（化学工程专业论文）原油调合技术的研究与应用.pdf

摘要 随着大庆油田的逐年减产，中国石油天然气股份有限公司大连石化公司( 以下简称 “大连石化”) 加工的原油越来越依赖于进口，尤其2 0 0 0 万吨年配套改造项目建成投 产后，作为国内加工能力最大，并且8 5 原油依赖进口的炼油企业，如何才能降低成本， 保证生产装置操作平稳，实现本质安全，借鉴国外已有的成功经验，配套原油调合措施， 采用先进的原油调度管理是非常必要的。 本文对与原油调合相关的原油调度的定义、调度方法以及调度软件集成性等作了详 细介绍，并列举了国外的一些成功案例加以具体说明。本文的重点是通过对大连石化现 有的原油结构、加工设备、生产方案以及在建项目的深入研究，加以实际数据证明了原 油调合项目在大连石化的初步实施，已经取得了一定的经济效益；通过利用国际业内先 进的软件进行分析，证明了原油调合技术在新建装置实际生产运行中的可行性。通过实 施原油管理项目，改善原油卸载、调度和调合等业务环节的软、硬件环境，提升原油管 理的业务水平，实现常减压装置的平稳生产，同时考虑二次加工装置的平稳运行有效的 控制全厂的生产波动。同时，原油管理水平的提高将帮助大连石化进一步深挖效益，从 原料的优化，管理的优化中实现效益的提升。 关键词；原油，调合，优化，平稳，效益 a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho f t h ec r u d eb l e n d i n gt e c h n o l o g y z h a og a n g ( p r o c e s se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f t uy o n g s h a n a b s t r a c t w i t ht h er e d u c t i o no fo u t p u to fn a q i n go i lf i e l dy e a ra f t e ry e a r , c r u d ef o rp e 订o c h i n a c o m p a n yl i m i t e dd a l i a np e t r o c h e m i c a lc o m p a n y ( f o rs h o r t p e t r o c h i n ad a l i a n b e l o w ) t o b er e f i n e dm o r ea n dm o r ed e p e n d e do ni m p o r t , e s p e c i a l l ya f t e rh e rr e b u i l d i n go f r e f i n i n g2 0 m i l l i o nt o n sc r u d ee v e r yy e a ri sc o m p l e t e d a st h eb i g g e s tr e f i n e r yi nn a i l o na n da h o u t8 5 p e r c e n t sc r u d ed e p e n d i n go ni m p o r t ，h o wt or e d u c et h er e f i n e r y sc o s ta n de n s u r et h eu n i t s o p e r a t i o nr e p o s e f u l l y , i t si m p o r t a n tf o rp e t r o c h i n ad a l i a n t ou s ea d v a n c e dm a n a g es y s t e m o f c r u d e c r u d eb l e n d i n ga n di n t e g r a t i o nf o rt h es o f to fa t t e m p e rb ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s ， e n u m e r a t i n gs e v e r a ls u c c e s s f u le a s ei na b r o a dt oe x p l a i n e dt h ed e t a i l t h ee m p h a s e si nt h i s t h e s i si s e x p a t i a t i n gt h ei m p o r t a n c eo f c r u d eb l e n d i n gf o ri m p r o v i n gt h eb e n e f i to f p e t r o c h i n ad a l i a n , t h r o u g hl u e u b r a t i n gc u r r e n tc r u d e ，m a c h i n i n ge q n i p m e n t , p r o d u c tp r o j e c t p e t r o c h i n ad a l i a nc a ni m p r o v et h ee o n d i t i o n go fs o m eo p e r a t i o nt a c h e ，s u c ha sc r u d e d i s c h a r g i n g ，c r u d ea t t e m p e r , e r u d eb l e n d i n ga n ds oo n , b ya c t u a l i z i n gc r u d em a n a g e m e n t i t e m a to n et i m e ，t h ei m p r o v i n go fl e v e lf o rc r u d em a n a g e m e n tc a nh e l pp e t r o c h i n ad a l i a n o b t a i nm o r eb e n e f i tf r o mc r u d eo p t i m i z ea n dm a n a g e m e n t o p t i m i z e k e yw o r d s ：c r u d e ，b l e n d i n g ，o p t i m i z e ，t r a n q u i l i z a t i o n ，b e n e f i t 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 么越 日期：刀7 年月。日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印。将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：) 7 年 月o p t 日期呷年，p 月f ，目 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 亚太地区经济发展及石油需求推动了世界石油需求的增长，并且今后仍将继续下 去。特别是中日韩三国对石油、天然气和煤炭等能源的进口需求量将会随着经济的发展 继续快速增加，其在全世界能源消费中所占的比例也将会大大增加“3 。目前，石油资源 主要分布于亚洲、非洲、欧洲及拉丁美洲等几大洲，今后世界围绕石油资源的竞争将主 要集中在中东北非、中亚俄罗斯、中国南海等地区。中东北非是世界石油 资源最丰富的地区，由于世界对其石油依赖程度的不断加大，该地区的石油争夺将更加 激烈。中亚俄罗斯介于欧、亚两大消费区之间，刚刚开放的石油开发市场吸引了众 多跨国石油公司参与竞争，特别是西方国家及其石油公司。俄罗斯远东地区的石油资源 潜力和地理位置更为东亚各国所瞩目。中国南海油气资源丰富，且是中东石油东运的咽 喉要道，战略位置十分重要。目前马来西亚、文莱、越南等国已在该区形成年生产原油 4 0 0 0 多万吨、天然气3 1 0 亿立方米的生产能力，且有进一步扩大的趋势，围绕油气资 源的争夺会进一步加剧。1 。随着一些老油田如大庆油田的多年开采，产量逐年递减，原 油酸值和硫含量逐渐增加，品质不断变差。1 。世界各国越来越重视含硫原油的加工，除 了增加脱硫装置外，也使用了很多其他加工手段，通过不同的方案走高硫原油加工路线 旧。目前国内一些老的炼化企业，多是采用低硫油加工方案，因此很少有脱硫设施， 对低硫原油的依赖程度越来越高嘲。随着加工量越来越大，对进口原油的依赖程度越来 越高，在油价日益上涨的背景下，很多国内炼厂也开始改造脱硫设施，加工高硫原油”1 御。大连石化公司2 0 0 0 万吨年配套改造项目建成投产后，大约有8 5 的原油要依赖于 进口。目前，由于大连石化公司生产装置的不配套，缺乏原油脱硫设施，迫使在进口原 油采购过程中只能选择低硫原油，进而导致进口原油采购成本增加。而且由于低硫产地 地域跨度广，原油品种较多，造成装置切换频率增加，影响到生产装置平稳操作和生产 安全9 1 。下表是近几年来大连石化公司的原油采购趋势图。 第一章前言 图卜12 0 0 3 2 0 0 6 年进口原油情况比较 f i 9 1 - 1c o m p a r i s i o no fi m p o r t e dc r u d eo nf r o m2 0 0 3t o2 0 0 6 从图卜1 中很容易看出，随着大连石化公司生产能力的日益扩大，原油的采购量也 在逐年增加，同时，国际市场的原油价格也在节节攀升。尤其是2 0 0 0 万吨年配套改造 项目建成投产后，在如此高油价的背景下，如何控制成本、增加效益，将成为一个从领 导到员工都不得不认真考虑的首要问题“”。 原油调合可以弥补单种原油的缺陷，其目的就是通过调合手段，将几种价格低廉的 劣质原油调合成能够满足生产需要的混合原油，原油调合作为一种手段其最终目标是提 高生产稳定性和安全性，降低原油采购成本“。目前国际原油价格日益走高，己从9 0 年代的几美元一桶涨到近1 0 0 美元一桶，而且，新开发油田中，高硫油田比例占多数， 高硫原油于低硫原油的差价越来越大，炼油企业应充分重视含硫原油加工，抓紧提高加 工含硫原油的适应性，解决好环境保护和不断升级的清洁燃料生产问题，同时获取较高 的加工效益“”。针对大连石化公司，在脱硫装置正式建成以前，原油调合应该说是最合 适的解决办法，通过完善调合设施和调合手段，提高自身加工高硫原油的适应性。 根据近十年的工作经验以及对生产过程的长期研究，实现以上目标是一个复杂的系 统工程，应该从生产实际出发，依托现有的生产环境，原油存储和调合物理环境以及管 理环境，进行系统的研究和设计。单一进行利用工程技术手段实施原油调合项目是不够 的。该项目建设不是单纯的工程项目，也不同于以往的a p s 、m e s 或其它的应用系统建 设，也不是独立的管理优化问题，而是结合三者的一个复杂的系统工程，管理、应用技 术、工程改造三者相互独立，但从实现原油调合项目建设目标的角度看有着内在的逻辑 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 关系。 图1 - 2 原油调合与管理体系建设架构图 f i 9 1 - 2c r u d eo nb l e n d i n ga n ds t r u c t u r e so fm a n a g e m e n ts y s t e m s 首先，实现常减压的平稳生产，关键在于常减压的进料，进料性质稳定了，常减压 的运行会随之稳定，同时应用控制技术和模拟技术对常减压内进料的加工情况进行模 拟，在原油切换时对常减压的操作进行控制，共同作用下常减压的操作得以稳定。由上 图可以看出实现常减压的操作稳定的两条主线是进料性质控制和原油切换控制。从另外 一个角度来说就是原油调合和常减压进料切换控制。同时常减压性质的稳定必然带动后 续二次加工装置进料性质的稳定，适当的考虑二次加工装置的调合需求，可以从根本上 保证全厂的生产运行稳定和安全。 进料性质控制这条主线，也就是指原油调合，包含两个领域的内容，上图黄色矩形 描述的原油调合手段，分成批次调合和在线调合或者叫在线控制调合，这是工程领域的 内容，每一种调合方式有其自身的适用特点。在应用技术方面有三个内容，分别是原油 组分跟踪、原油调合配方、原油卸载和调度，三者之间有内在的联系。 常减压进料切换控制这条主线，主要是模拟技术和控制技术的结合，属于应用技术 的范畴，其对于稳定常减压收率波动起到促进作用，应该说进料性质稳定是常减压稳定 的前提，进料切换控制会在进料性质稳定的基础上，更多的考虑到在生产上频繁出现的 原油切换操作，尽量减少其对生产波动的影响，随着本次项目建设的逐步推进，常减压 进料切换控制技术的重要性将会逐渐凸现。 第一章前言 抛开两条主线，单就工程改造和应用技术这两个领域来说二者之间相互依存缺一不 可，应用技术为使用者提供便捷的平台进行实际的生产模拟和预测，而工程改造帮助实 现模拟或预测的结果，工程改造改变了硬件环境，应用技术解决了软件环境，单独的工 程改造只能带来设备能力的提升，以及操作便捷度的提升，并不能完全解决问题。原油 调合应用技术为使用者提供了原油调合配方，以及原油的调度方案，工程改造帮助方案 执行人员方便、快捷的执行调度计划，并且在一定程度上为调度员的调合和调度方案提 供更为宽松的模拟环境，硬件基础好，调度执行会更加灵活。 上面所说的两条主线，即进料性质控制与常减压进料切换控制。两个工程改造和应 用技术，搭建了原油调合管理体系的基础2 维空间架构，在此基础上引入原油管理组织 流程平台，构成完整的三维原油调合和管理体系架构，如下图： 图1 - 3 原油调合和管理体系三维架构图 f i g l - 3 c r u d eo hb l e n d i n ga n d3 ds t r u c t u r eo fm a n a g e m e n ts t r u c t u r e 原油管理组织流程平台作为重要的概念引入本项目，起因于诸多影响常减压装置稳 定操作的因素是现有的管理体制与业务发展的不匹配所引起的。 综上所述，大连石化原油调合项目的建设目标为提高生产装置的操作稳定性，为安 全生产提供保证，通过调合手段降低对原油采购过程中原油品种的限制，进而降低成本、 实现效益“”。文中引入的三维原油调合与管理体系架构将是原油调合项目建设的一个总 体框架，以下将从管理组织流程平台、应用技术方案以及工程改造三个方面进行描述。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 2 1 原油管理机构和职能 原油管理机构作为实现原油调合和调度的基础平台，其作用是保证在原油调合和调 度的各个相关业务环节中，提供人员和制度的支持，保证从原油计划、采购、卸载、调 合、调度，加工等各个业务环节都有相应人员负责，并且分工明确、责权清晰且互相支 持。原油调合与管理的整体业务流程可以根据原油的物理流动而关联起来，如图2 1 ： 原油采购原油调合与调度 厦油加工 图2 - 1 原油调合业务流程关联图 f i 9 2 1s t r u c t u r eo f c r u d eo i lb l e n d i n gp r o c e s s 首先，原油采购是决定买什么样的原油，多少钱买，什么时间进厂，如何协调现有 库存和安排生产，在这一业务环节中进行了原油的选择和船期的排定工作，执行了原油 的交易。此时，原油在第三方的供货商处，通过生产计划模拟，库存预测以及其它必要 的应用技术，确定了参与原油调合的原油品种，并提供了预计的原油进厂时间，为下一 步的原油调合与调度提供了参考依据。 其次，原油调合与调度是在原油采购的基础上决定了已采购原油的调合配方，卸载 和调度计划，并执行原油调合，并在调合和调度过程中进行组分的跟踪，在这一阶段原 油已经归属企业，在港口或者罐区，利用原油卸载和调度的模拟技术，原油组分跟踪技 术，借助原油调合的设备，实现原油调合优化，并准确跟踪调合前后组分的变化情况， 以及性质的变化，为下一步原油加工提供指导。 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 最后，原油经过调合达到预期的性质要求，并清晰的跟踪其组分的变化，对常减压 的收率进行预测，在这一阶段调合后的原油将进入常减压装置进行加工，根据预测的结 果对常减压的操作设定理想的操作工况，保证常减压的平稳、可控的运行，从而可以提 前预测常减压产品的性质，为二次调合计划的制定与执行提供指导。 在三个不同的阶段，原油所处的空间位置是流动的，需要多个业务环节支持原油走 向的流动。采购阶段，需要有专业的原油贸易人员、生产计划人员，以及生产分析人员 进行支持。调合与调度阶段，需要有专业的原油调度人员、罐区要有调合操作人员、对 于原油组分跟踪要有专业的分析人员。在原油加工环节还要有车间的操作技工、生产监 控人员、生产分析人员以及调度人员。此外，作为横向的支持对于原油数据的化验分析 要有专职的人员、对于生产数据的统计分析要有专职的人员。这么多的岗位和人员都处 于上图所示的整个原油移动的链条上，其工作的最终目标是为保证常减压的稳定安全生 产。各岗位之间的有效互动和权责关系以及机构的完整和统一指挥是重点。 参考韩国s k 公司、e x x o n m o b i l 等几大石油公司的原油相关岗位设置，提出大连石化原 油管理机构岗位与职能架构图如下，该架构只作为最佳实践参考。 图2 - 2 原油管理相关岗位组织与职能架构图 f i 9 2 - 2o r g a n i z a t m na n df n c f i o n so fr e l a t e dc r u d eo f fb l e n d i n gp o s i t o n $ 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 将原油移动的过程中所涉及的岗位看作一个整体的机构，即原油的管理中心负责原 油从采购、卸载、调合、调度、生产等各业务环节的管理监督和执行工作。原油管理中 心是一个操作部门，与日常生产活动密切相关，服务于生产并执行企业的整体原油储备 和经营战略。原油管理中心设1 2 个岗位，其职能如下所述： 原油管理总监：统一管理协调各岗位人员的日常工作 原油计划和调度经理：整体负责原油的采购、卸载、调合、调度工作 原油贸易员：负责原油交易和船期的排定 原油生产计划员：运行月度原油生产计划、分析月度原油生产计划 原油供应经济效益分析员：评估原油采购、分析原油加工经济 原油调度员：原油卸载调度、原油调合调度、原油加工调度 原油计划模型维护员：原油计划模型事后分析，更新原油计划模型 原油调度模型维护：预测和实际差异分析、更新原油调度模型 原油数据库维护：为计划和调度生成切割的原油数据、依据实验室的t b p 结果更 新原油数据 原油数据检测实验员：t b p 实验室检测 原油生产经理：负责原油的加工执行监控 原油绩效监控：监控实际、计划、调度的差异、分析实际、计划、调度的差异、 提供差异分析报告 数据统计：运行原油组分跟踪、跟踪原油罐中实际组分和品质、跟踪实际原油收 率、监控常减压操作的稳定性 在原油调合与管理上最重要的是原油生产计划、原油经济性分析，以及原油调度， 三者之间有一定的逻辑关系，并在职能上相互弥补，如图2 - 3 所示： 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 图2 - 3 原油生产计划、经济性分析、原油调度逻辑关系图 f i 9 2 - 3c r u d eo i lp r o d u c t i o np l a n ，e c o n o m i ca n a l y s 缸a n dc r u d es c h e d u l i n gl o g i c 原油计划和调度经理全面负责原油的采购计划，生产计划以及调度计划，下设的三 个岗位：原油生产计划、原油供应经济效益分析、原油调度。 原油供应经济效益分析员，对市场上的原油进行海选，结合企业自身的生产特点、 原油的可获得性、企业经济效益和其它约束条件为原油生产计划员提供可供生产的原 油，进行生产计划的排产工作，经过生产计划确认后的原油采购清单转交原油贸易人员 进行原油交易，其间对于原油市场的波动所带来的各方面的影响，分析人员、计划人员 与交易员进行及时的沟通和互动，保证原油采购流程的顺畅。生产计划将排定的9 0 天 或3 0 天的滚动生产计划，转交生产调度进行进一步的细化，包括原油的加工量、库存 的整体安排、以及其它生产约束。调度一般为4 5 天的滚动调度计划，精确到日或者任 意一个时间段，调度是依照计划的执行过程，其间的调整应该尽量满足生产计划的整体 需求，必要时及时调整生产计划。原油绩效监控负责监控实际、计划、调度的差异，分 析实际、计划、调度的差异并提供差异分析报告。起到了事后监控的作用，由于原油 生产计划，以及调度是预测和模拟，不可能做到与生产完全一致，因此事后的监控可以 帮助校核计划和调度的预测模拟工作，使其逐渐逼近真实的生产情况。 由此可以看出计划、分析、交易、调度、监控、校核是一个完整的闭环的业务流， 各岗位分工不同但是有效的互动和内在的业务联系保证了原油物理移动的顺畅，同时保 证了原油调合的持续成功。 如果没有原油分析人员的工作，那么无法决定买什么样的油，调合无从谈起! 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 知道买什么样的油但是不经过生产计划的模拟排产，不能确定是否可以安排加工，调合 无法执行! 知道了买什么油也知道如何安排生产，但是交易人员无法买到这种油或者无法安排 合适的船期那么也不可能执行原油的调合! 买到了需要的原油、也能按时进厂，生产调度需要做的就是卸载、调合、调度，每 一个任务都需要严格的执行程序，调合的时间，泵的控制，进料的顺序等操作环节的问 题都直接关系到原油调合的质量，严格的管理控制不可缺少。 实时的监控和统计帮助计划和调度及时调整生产，保证生产计划和调度计划的顺利 执行防止生产的波动，并使计划模拟水平逐渐接近实际生产，进行生产的事前控制，而 不是事后调整。 随着本次项目建设进程的推进，整个原油调合与管理体系应当逐渐建立起来，包括 组织架构、业务流程、绩效考核、监控机制、操作规范等一系列管理规章制度要逐步完 善，为调合的执行，生产波动的控制提供良好的管控机制。下面举几个典型的原油管理 体系实践案例加以具体描述。 跨国炼化企业原油管控体系倾向于两种不同的模式：资产开发模式以及商品交易模 式。资产开发模式是以每个炼厂( 或生产资产) 的运作为一个单位，在其业务所覆盖的 区域内，对其资产的运作进行优化。其主要目的是整体调配纵向整合的资产，以达到效 益的最大化( 最佳例子是e x x o n m o b i l 石油公司) “”。通常是一个更集中、地区性或地域 性的模式，会对其整个的业务覆盖区域进行集中统一的供应计划制定和炼厂运行优化， 大约会包括1 0 家炼厂。商品交易模式其主要目的是整体调配生产及供应资产，以作为 规避风险的手段来支持其贸易业务的运作。( 例如：英国b p 公司和法国s h e l l 公司) 。 两种模式的组织特点如下： 资产开发模式下：总部的贸易及供应部门为炼厂服务、以单个炼厂一组炼厂为单 位进行运作、交易员和炼厂计划员关系紧密。 商品交易模式下：炼厂为总部的贸易部门服务、以区域为单位进行运作、交易员和 炼厂计划员关系松散，但交易员在执行交易过程中会与物流管理人员充分交流。 在原油管控体系中资产开发模式以及商品交易模式各有各的侧重点。在资产开发模 9 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 式中如e x x o n m o b i l 石油公司，原油供应经济分析员从全局角度出发，针对具体生产资 产的特点提出原油采购清单结合生产计划进行整体优化。资产的优化将着重于发掘资产 的结构协同性，同时通过提高高附加值特殊产品的产量，以获得公司整体效益的最大化。 生产计划员每月对模型提供约束条件，对运行结果进行审核分析，并对炼厂模型进行维 护。采购交易的原油范围，仅限于被批准的2 8 种原油，除非有公司高管的特殊批准。 采购部门的自主灵活性不强。原油调度在执行层面上严格依照生产计划执行，由于长年 加工的原油品种确定，原油的加工和调合流程相对固定，稳定性较强。 在商品交易模式中如法国s h e l l 公司，交易人员使用原油供应分析人员所提供总体 原油需求量及边际效益来进行原油交易，从而使交易利润最大化。在交易利润最大化的 前提下，生产计划员综合可获得的原油和产品需求信息，运行炼厂的线性规划模型制定 优化的供应生产计划。分析人员得知实际的原油采购量后，再根据获取利润最大化的原 则来给每个炼厂分配原油。炼厂计划人员从计划分析人员处获取所需原油、油品配置、 加工目标和边际效益的相关数据。根据这些数据，生产调度人员会对炼厂作业计划进行 排产，以完成生产目标。在这种模式下，原油被用作频繁交易的商品，炼厂的作用完全 是成本中心，为保证原油交易的顺利，进行整体战略下的原油加工和存储，原油调合的 变动可能性相对较大，但是由于s h e l l 公司拥有众多的炼厂。因此可以将不同区域的炼 厂进行优化分配，尽量缩小每一个炼厂的原油加工品种的范围，保证安全稳定的生产。 ( 1 ) e x x o n m o b i l 公司案例e x x o n m o b i l 公司推崇军事化管理的风格，实行集中化 豹自上面下的管理模式。统一的流程及各解决方案在e x x o r 湖o b i l 公司得到了很好的推 行和应用。e x x o n 与m o b i l 两家公司的合并，使公司更积极地实施更先进、更实用的信 息技术及工程技术。其中i m p a c t 计划系统( 集成时不够稳定、仅能进行简单模式的模 拟，无法模拟边际效益) ，逐步被a s p e n 的p i m s 取代。原有的m o b i l 公司的计划、模 拟及原油评价工具被e x x o n m o b i l 公司的统一标准所取代而e x x o n 公司的原油评价数据 库被更复杂的m o b i l 公司原油评价系统所取代。 合并后的e x x o n m o b i l 公司遵循着e x x o n 的战略，致力于将装置的利用率最大化， 同时专注于提高专业产品的利润。为了扩大整体的装置使用效率，各个炼油厂只允许使 用“被批准的原油”。在2 0 0 3 年，被批准的原油只有2 8 种。这种策略也限制了贸易 的灵活性，使整个公司将精力更集中于通过透彻理解如何处理原油，来实现公司整体价 值的最大化。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 图2 - 4e x x o n m o b i l 原油管控流程图 v i g z - 4c r u d eo i lm a n a g e m e n ta n dc o n t r o l l i n go f e x x o n m o b i l 公司总部的计划优化人员从全局角度出发，统一管理和运行线性模型，同时针对不 同炼厂具体生产资产的特点制定生产计划并进行整体优化。资产的优化将着重于发掘资 产的结构协同性，同时通过提高高附加值特殊产品的产量，以获得公司整体效益的最大 化。 炼厂的计划管理员每月对模型提供约束条件，对运行结果进行审核分析，并对炼厂 模型进行维护。采购交易的原油，仅限于被批准的原油那2 8 种，除非有公司高管的特 殊批准。采购部门的自主灵活性不强。 ( 2 ) s h e l l 公司案例s h e l l 公司的业务运行在1 4 0 多个国家和区域。他们拥有大 约1 0 9 ，0 0 0 多位员工。s h e l l 的营运范围包括： 上游：勘探、石油天然气的生产、l n g 的生产及供应、气体转为液体的生产、 和电与煤气的销售 下游：炼油厂、化工厂 下游：石油或化工产品的销售、加油站 s h e l l 公司依据大区进行区域集中管理，主要的大区包括：欧洲( 总部设在伦敦) 、 亚太( 总部设在新加坡) 、北美( 总部设在休斯顿) 每一个大区下设一定的供应圈。 一般说来，它们是配送系统各自独立的营销区域。在欧洲，供应圈的界限比其它大区更 模糊，对于这些供应圈的定义也随之更加灵活。s h e l l 公司已经将供应圈的数量合理化。 整合运作方式是区域管理的主题。各个大区致力于推行整合的系统，使用共同的数据定 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 义结构，使区域运作更具有效率。炼厂计划员在运作过程中的作用在于优化本厂生产 调度，保持运作的稳定性和运作效率，并将生产成本降到最低。炼厂的生产计划由中心 区域计划管理部门制定，炼厂作为成本中心参与运作。 图2 - 5s h e l l 区域管理分布图 f i 9 2 - 5 l o c a t i o nd b t 向u d 锄o f s h e r s h e l l 公司一直在分析b p 公司的商业模式和运作方式，以寻找能有效模仿b p 公司 的方法。大约5 年前，s h e l l 公司开始将其类似e x x o n m o b i l 公司“资产开发”模式的 商业运作( a x m ) ，转变向更具灵活性的商品交易模式( c t m ) ，更为关注从贸易活动中获 得更大的利润。目前，s h e l l 公司的贸易量已超过了b p 公司。有两个重要的商业模式 概念驱动着s h e l l 公司管理模式的转变： “需求驱动的供应链模式”：s h e l l 公司幕望改变传统的“供应推动”模式。整 合营销和炼油生产环节，完全以市场需求为驱动进行管理提供服务。 形成内部市场：增强内部各个单位的电子交易，增强供应的灵活性，将供应和需求 的管理做到区域内通盘最优化。 图2 - 6s h e l l 的原油管理和计划体系 f i 9 2 - 6 c r u d eo i lm a n a g e m e n ta n dp l a n n i n gs y s t e mo fs h e h 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 交易人员使用原油供应分析人员所提供总体原油需求量及边际效益来进行原油交 易，从丽使交易利润最大化。在交易利润最大化得前提下，生产计划员综合可获得的原 油和产品需求信息，运行炼厂的线性规划模型制定优化的供应生产计划。分析人员得知 实际的原油采购量后，再根据获取利润最大化的原则来给每个炼厂分配原油。炼厂计划 人员从计划分析人员处获取所需原油、油品配置、加工目标和边际效益的相关数据。根 据这些数据，生产调度人员会对炼厂作业计划进行排产，以完成生产目标。在这种模式 下，原油被用作频繁交易的商品，炼厂的作用完全是成本中心，为保证原油交易的顺利， 进行整体战略下的原油加工和存储，原油调合的变动可能性相对较大，但是由于s h e l l 公司拥有众多的炼厂，因此可以将不同区域的炼厂进行优化的分配，尽量缩小每一个炼 厂的原油加工品种的范围，保证安全稳定的生产。 ( 3 ) c h e v r o n 公司案例 c h e v r o n 公司基于区域层面进行原油供应和贸易的管理 和优化，很多计划和决策都在区域层面决定，且供应优化、交易员和计划员紧密合作。 他们的运营模式与s h e l l 公司相似。区域层面的整合优化是在有协同效应的地区进行。 供应优化员采用“多炼厂”模型，来管理和优化数个炼厂的计划。在大多数其它情况下， 炼厂都采用单厂模型，来优化单厂效益。资产规划员从全球角度平衡长期生产能力和需 求分配。供应优化员在大区基础上管理物流和存货需求，并以利润最大化为原则配置 原油到各厂。交易员在原油采购交易方面有很大的自主性和灵活性，并致力于将交易 利润最大化。 资产规划员：将平衡全球范围内的供求，并尝试发挥全球整体的规模经济效益。他 们汇集市场需求预测，并根据现有的资产能力制订整体计划。这是一个持续而长久的计 划过程，并不直接影响到日常的原油采购和交易。 供应优化员：负责着制订日常生产及供应计划。他们运行炼油l p 模型并进行边际 效益分析，以支持交易员的决策。他们还负责汇集各炼厂原油需求量并依据利润最大化 为原则确定原油配置计划。根据l p 模型运行结果，能产生最大效益的炼厂将优先分配 原油。但事实上，并不会有如此多的结构化的分析过程。 炼厂计划调度员依据供应分析员所提供的边际效益和调整建议进行具体的炼油计 划和调度。他们还负责维护自身和供应协调员所使用的模型。 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 图2 7 岗位职能分配图 f i 9 2 - 7f u n c t i o nd 缸t r i b u t i o no f p o s i t i o n s c h e v r o n 公司针对不同地区原油采购和配送特点，采用不同模型来管理其生产计划 和调度计划。 ”一。”赘 一 1 ”。 伦敦：总部模型 一鬟 新加坡；单厂横蕉 。 荑胃；单厂模壁- 多厂模囊 鹜瓣蚕馨。譬蚕3 馨 - 管理线性模 型、每周编 制并优化生 产计划 - 预测市场趋 势 - 每隔两周进 行原油选择 和购买 - 维持炼厂生产- 每月购买原油管理线性模璀， 的稳定性 每月编制和优化 控制运营成本 生产甜划 - 编制战略计划 - 选择原油 和确做资计 划 - 编制调度和进 行混合 优化原油采购 计划 - 提前2 3 个月 进行原油期货 交易 评估原油期货 价格 _ 管理线性模型、 编制和优化生产 计划 - 进行原油铲价 - 选择原油 图2 - 8c h e v r o n 原油管控流程图 f i 9 2 - 8c r u d eo i lm a n a g e m e n ta n dc o n t r o l l i n gp r o c e s so f c h e v r o n 炼厂不定期采用“回顾”机制对计划和调度模型进行检查： 编制计划前一测试由供应交易部门的价格预测 原油评价一对选择更合时的原油 监控月度生产和调度计划执行一评估实际结果和生产计划的差异 计划和调度模型的有效性一调整模型约束条件 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 委矿i 孽霭 墨 一皆蠹同圈 行计划 图2 _ 9 计划与调度模型检查图 f i 9 2 - 9c h e c k u po fp l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gm o d e l s 2 2 原油调合和管理应用技术 原油管控体系平台是实现原油优化调合的基础，在此基础上引入原油调合和管理应 用技术，帮助实现稳定生产装置运行，保障安全生产的目标。从实际生产角度出发去解 释原油调合，可以分为原油计划与原油调度两个层次，在实现原油计划与调度的过程中 将涉及到一些在实践中实际应用并得到认可的应用技术。 对于炼油企业的生产而言，生产调度是企业生产和经营的协调中心，而生产作业计 划的落实要靠每天生产装置的运行情况来安排实现，这种具体而明确的短期执行的生产 作业计划，就是所谓的生产调度作业计划。炼油企业生产调度作业计划系统主要包括生 产过程优化管理、生产过程监测与调度、调度成本控制管理和综合统计分析等内容。 由于炼油企业的装置多、生产流程复杂，加之调度本身要求可操作性强，因此相对 于计划而言，调度的精细程度要高得多，那么也就不难解释为什么没有任何一个调度模 型可以囊括从原油到港至生产加工再到产品出厂整个供应链条。通常情况下，整个调度 过程被拆分成原油调度、装置生产调度和产品调合调度三部分，因此就会存在解决这三 个方面调度问题的软件和方案，一个完整的调度系统也必然包含这三个调度模块。 原油调度是整个调度过程的龙头，原油调度的好坏直接影响到常减压装置以及二次 加工装置的安全平稳生产，最终直接影响出厂产品数量和质量，因此对于加工多种原油， 尤其是对于原油依赖水上运输的炼厂，原油调度的意义就更为重要了。9 0 年代，国内 一些炼油企业自主研制开发一些生产调度系统以后，很快认识到仅有生产调度系统是远 第二章原油管理机构、职能及管理技术的应用 远不够的，就好比一条腿长，一条腿短，受木桶效应的影响，整个调度水平提升不上去， 因此把原油调度系统实施提上重要日程。以下列举国内两个案例。 1 9 9 0 年，石油化工科学研究院与兰州炼油化工总厂共同研制开发了炼油企业生产调 度作业专家系统。该系统把专家系统与线性规划有机地结合来解决生产方案，集中于调 度作业计划的编制和调整、意外事件的处理以及对调度作业计划的优化。在模型的基础 上，采用专家知识和经验分解月计划，确定原油及各装置的加工方案、加工时序，选择 流程，确定约束条件，简化建模过程。该系统曾应用于兰州炼油化工总厂的实际生产调 度。1 9 9 9 年，该院又开发了油罐调度管理系统。该系统通过实时推理，自动地进行港 驳卸油排序和原油罐收、付油排序，实时调度油驳、原油储罐，完成油驳卸油、原油罐 收油及付油等任务。实现原油分卸、分储、分送，动态显示原油罐装油品种、状态、库 存量及原油性质等。合理调度以减少油驳卸油等待时间，降低原油卸船和运输等过程的 成本，减少损失，提高经济效益。预报原油船卸油、原油罐收油及付油的时间，实现可 视化调度，为计划和调度人员提供决策信息。 广东茂名石化公司也从9 0 年代就开始探索和研究原油调度问题，曾与国防科工委合 作开发的炼油厂生产调度作业计划专家系统，由于装置多、工艺过程复杂，所以该专家 系统不能完全适应实际而未被投入使用；曾在1 9 9 7 年购买美国b e c h t e l 公司的p s s 用 于原油调度，但由于p s s 未能给出茂名原油混输的正确结果，最后未投入使用；2 0 0 0 年作为中石化炼油调度项目的试点实施了o r i o n 调度系统，该系统涵盖原油调度，但是 受软件限制，只具备模拟功能，不能进行优化。 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第三章大连石化现有调合技术的研究 在进行大连石化原油调合研究以前，首先引入原油调度这个概念，目前大连石化 现有的生产调度其实本身就身兼着原油调度的部分职能，为在以后的深入设计中能完善 原油管理的职能，因此说现引入这一概念。 3 1 原油调度系统的定义 原油调度系统是一个包括油轮、码头罐、装置罐和原油蒸馏装置( c d u ) 在内的多级 体系，涉及了油轮到达炼厂码头，原油从油轮卸入码头罐，从码头罐输入到装置罐进行 混合，再进入原油蒸馏装置这一过程“”。假定炼厂的月生产计划确定，即原油的供应计 划和生产计划已明确，原油调度作业计划则将月计划分解成时间周期更短( 如：日) 的 可“操作”计划，该“操作”应满足原油供应和生产计划，同时使操作成本最小。由于 油轮中的原油供应不连续，而蒸馏装置的原油进料是连续的，所以必须将油轮中的原油 存放在码头罐中。并且，如果炼厂使用不同种原油作为蒸馏装置进料，原油需要在管道 输送或油罐中进行混合，混合后的原油须满足蒸馏装置以及后续二次装置进料的数量和 质量要求。因此需要对原油的原油接卸、调合、运输和油罐的库存进行管理。原油管理 的操作成本包括库存成本、油轮靠泊港口卸油成本、油轮滞期成本以及每套蒸馏装置的 进料切换成本等，其约束包括作为蒸馏装置进料的混合原油的数量和质量约束、每个油 罐的物料平衡、油罐容量和泵流量限制等， 原油调度问题的决策过程如图3 - 1 所示： 油轮向码头罐卸油调度 码头罐向装置罐输油调度 装置罐中的混合油进装置调度 图3 一l 决策过程的概要流程图 f i 9 3 1 as h o r td i a g r a mo fd e c i s i o n - m a k i n gp r o c e s s 7 第三章大连石化现有调合技术的研究 3 2 调度方法介绍 调度方法总结起来有三种，动态模拟方法、数学规划的方法以及专家规则( 人工智 能技术) ，每种方法都有自身的特点。 动态模拟方法通常采用图形化的界面，以甘特图、流程图或趋势图等方式来展现结 果，很直观。首先需要手工定义物料、装置、流程、算法以及调度事件等信息，根据定 义的调度事件进行动态模拟，计算出相应的结果。举例说明，油轮a 往1 号码头罐输2 万吨油，输送速率为2 0 0 0 吨d , 时，可以模拟出某个时刻码头罐库存、组分、性质等相 关信息。采用这种方法的软件，开发和实施的工作量大，周期较长，并且对于用户的要 求非常高。对于经验丰富的调度员，可以对多种调度方案进行模拟，比较分析得到相对 好的结果；但是对于经验较少的调度员，很难事先拟定出相对合理和较好的方案进行模 拟，其重要原因是没有优化功能。 数学规划方法，顾名思义就是利用数学规划模型来解决调度问题。人们已经大量地 研究如何利用数学规划技术来解决炼厂长期多装置计划问题，并且卓有成效。炼厂计划 的计算工具如r p m s 和p i m s ，都是基于线性规划( l p ) 模型，解决了长期计划的最优化 问题。描述原油调度问题数学规划模型需要一定量的整型变量，因此该调度模型是混合 整数线性规划模型( m i l p ) 。模型需要考虑油轮到港时间、设备容量限制、原油流向、 关键组分的浓度范围、生产对原油要求等诸多因素来实现企业对于原油卸载分类存储、 原油切换最小化、保持合理库存、降低操作成本、达到常减压目标收率等目标。基于 m i l p 技术的软件，模型结构已经固化在软件中了，用户只需要根据实际配置一些参数， 系统能够自动生成模型矩阵，调用求解器求解得到满足各种约束条件，调度规则的最优 方案。因此该类软件项目实旋周期短、工作量小、用户操作简便、不需要专人迸行系统 维护。虽然用户能够较容易的得到最优调度方案，但是此种方法也存在一定的弊端。线 性规划技术只是对真实世界一种近似，很难考虑到一些非线性因素的影响，例如有些性 质不成线性关系，就不能在模型中做线性化处理；另外，m i l p 模型的求解速度 e 起l p 模型成指数倍下降，当模型规模太大的时候，很难在有限的时间内得到最优解，也就是 所谓“组合爆炸”问题，因此该方法受到模型规模的限制，目前调度大多只能做到日调 度。随着计算机技术的迅速发展，其处理能力