（模式识别与智能系统专业论文）石化企业产品质量跟踪理论与应用研究.pdf

摘要 摘要 近几十年来，为了满足日益严格的环保要求和机动车尾气排放标准，汽、 柴油的质量标准有不断升级的趋势。我国的炼油企业正面临着原油价高劣质、 成品油质量要求日益苛刻的双重压力。因而，在石化行业加强全面质量管理显 得尤为重要和迫切。p d c a 循环是全面质量管理应遵循的最基本的工作程序， 它涵盖了计划、实施、检查，执行这四个环节，是质量管理研究工作的基础。 本文以石化行业为研究背景，以p d c a 循环为核心分析框架，分别开发了 石化质量跟踪平台、质量检测跟踪工具的投资评价、质量富余超标事件的场景 分析。其中，石化质量罡艮踪平台基于质量传递建模理论搭建了质量优化和质量 仿真系统，能辅助质量计划阶段的决策。质量检测跟踪工具的评价基于加权评 分法建立了投资方案评价体系，能辅助质量检查阶段的投资决策。质量事件的 场景分析能够对质量富余和超标事件进行根本原因追溯。全文共由六章组成： 第一章为绪论，综述了石化行业质量管理的工业背景，产品质量管理理论 的基本概念，以及石化行业质量管理研究与应用的情况。针对研究现状存在的 不足，提炼本研究课题的创新点，提出了论文的研究目标和意义。 第二章介绍了炼油的主要生产流程，提出了产品质量传递的通用建模框架。 基于流程的工艺特点和统计建模方法，详细阐述了石化产品供应链环节的建模 原理以及质量传递模型 第三章基于质量传递建模原理和优化、仿真策略，进行石化质量罡艮踪平台 的开发。提出了系统的总体结构和设计思路，以及相应的关系数据库的设计过 程，并对质量优化和质量仿真平台进行了对比分析。 第四章介绍了质量跟踪平台在某炼油企业生产过程对象的实施，结合测试 数据来验证优化模型和仿真模型对质量计划阶段辅助决策的可行性和有效性。 第五章阐述了产品质量检验跟踪工具的投资方案评价，并对质量事件进行 根本原因追溯，开展质量指标富余与超标的场景分析并建议纠正预防措施，以 确保类似质量问题以后不再发生。 第六章对本研究工作进行总结并讨论了需要进一步研究的命题。 关键词：质量管理质量传递模型 质量跟踪平台 产品质量检验质量场景分析 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n td e c a d e s ，i no r d e rt om e e tt h ei n c r e a s i n g l ys t r i n g e n te n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t sa n dm o t o rv e h i c l ee x h a u s te m i s s i o ns t a n d a r d s ，t h e r e st r e n do fg a s o l i n e a n dd i e s e lq u a l i t ys t a n d a r d se s c a l a t i n g c h i n a sr e f i n e r i e sa r ef a c e dw i t ht h ed u a l p r e s s u r eo fh i i g hc r u d eo i lp r i c e sw i t hp o o rq u a l i t y , a n dt h ei n c r e a s i n g l yd e m a n d i n g q u a l i t yr e q u i r e m e n t so fr e f i n e do i l t h e r e f o r e ，e n h a n c i n gt o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n ti s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n ta n du r g e n ti nt h ep e t r o c h e m i c a li n d u s t r y p d c ac y c l ei st h e m o s tb a s i cp r o c e d u r et h a tt o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n ts h o u l df o l l o w ；i tc o v e r sf o u r p h a s e si n c l u d i n gp l a n ，d o ，c h e c k ，a n da c t i o n ，w h i c hi sa l s ot h eb a s i sf o ro u rq u a l i t y m a n a g e m e n tr e s e a r c h w i t hp e t r o c h e m i c a li n d u s t r ya st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h i st h e s i si n t r o d u c e s p d c ac y c l ea si t sc o r ea n a l y t i c a lf r a m e w o r k t h r e ek e yi s s u e sa r ed e a l tw i t h ， n a m e l y , t h ed e v e l o p m e n to fp e t r o c h e m i c a lq u a l i t yt r a c k i n gp l a t f o r m ，t h ei n v e s t m e n t e v a l u a t i o no fq u a l i t yi n s p e c t i o n t r a c k i n gt o o l s ，a n dt h ei n c i d e n ts c e n a r i oa n a l y s i so f q u a l i t ys u r p l u s e x c e e d s a m o n gt h e s e ，p e t r o c h e m i c a lq u a l i t yt r a c k i n gp l a t f o r mi s b a s e do nt h em o d e l i n gt h e o r yo f m a s st r a n s f e ra n daq u a l i t yo p t i m i z a t i o na n dq u a l i t y s i m u l a t i o n s y s t e m i sb u i l t r e s p e c t i v e l y , w h i c h i s c a p a b l e o fs u p p o r t i n gt h e d e c i s i o n m a k i n go fq u a l i t yp l a np h a s e t h ee v a l u a t i o no fq u a l i t yi n s p e c t i o n t r a c k i n g t o o li sb a s e do nw e i g h t e de v a l u a t i o ns y s t e m ；i t se s t a b l i s h m e n ti sa b l et oa s s i s tt h e i n v e s t m e n td e c i s i o n so fq u a l i t yc h e c kp h a s e t h es c e n a r i oa n a l y s i so fq u a l i t y i n c i d e n t sc a nc o n d u c tt h er o o tc a u s ea n a l y s i so fb o t h q u a l i t i e s r e d u n d a n ta n d e x c e s s i v e t h em a i nc o n t e n t so f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： i nc h a p t e r1 ，t h eo v e r v i e wo fp e t r o c h e m i c a li n d u s t r yb a c k g r o u n da n dt h eb a s i c c o n c e p t so fq u a l i t ym a n a g e m e n tt h e o r ya r ei n t r o d u c e d ，a sw e l la st h el a t e s ti n d u s t r y r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f q u a l i t ym a n a g e m e n ti np e t r o c h e m i c a li n d u s t r y l a t e r ，t h i s p a p e r sr e s e a r c ho b j e c t i v e sa n di n n o v a t i v ep o i n t sa r ep r e s e n t e d i nc h a p t e r2 ，a f t e rt h ed e s c r i p t i o no fm a j o rr e f i n i n g p r o c e s s e s ，ac o m m o n m o d e l i n gf r a m e w o r ko fp r o d u c tq u a li t yt r a c k i n gi sp r o p o s e d b yi n t e g r a t i n gp r o c e s s c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es t a t i s t i c a lm o d e l i n gm e t h o d s ，t h es p e c i f i cq u a l i t yt r a n s f e r v 浙江大学硕士学位论文 m o d e lo f e a c hp r o c e s si np e t r o c h e m i c a ls u p p l yc h a i ni se l a b o r a t e d i nc h a p t e r3 ，t h ep e t r o c h e m i c a lq u a l i t yt r a c k i n gp l a t f o r mi sb u i l tb a s e do nt h e m o d e l i n gp r i n c i p l e sa n dt h eo p t i m i z a t i o n s i m u l a t i o ns t r a t e g y t h eo v e r a l ld e s i g na n d t h ei m p l e m e n t i n gp r o c e d u r ea r ed e s c r i b e di nd e t a i l ，a sw e l la st h ec o r r e s p o n d i n g r e l a t i o n a ld a t a b a s ed e s i g np r o c e s s t h ec o m p a r a t i o no fo p t i m i z a t i o na n ds i m u l a t i o n s y s t e mi sp u tf o r w a r d i nc h a p t e r4 ，t h eq u a l i t yt r a c k i n gp l a t f o r mi s i m p l e m e n t e do nas i m p l i f i e d r e f i n e r y c o m b i n e d w i t ht h et e s td a t a ，t h e f e a s i b i l i t y a n de f f e c t i v e n e s so f o p t i m i z a t i o nm o d e la n ds i m u l a t i o nm o d e lt oa s s i s tt h ed e c i s i o n m a k i n go fq u a l i t y p l a ni sv a l i d a t e d i nc h a p t e r5 ，t h ei n v e s t m e n te v a l u a t i o no fp r o d u c tq u a l i t yi n s p e c t i o na n d t r a c k i n gt o o li sd e s c r i b e d ，a sw e l la st h er o o tc a h s ea n a l y s i so fq u a li t yi n c i d e n t s ， p r e v e n t i v em e a s u r e sa r er e c o m m e n d e dt oe n s u r es i m i l a rq u l i t yi s s u ew o n th a p p e ni n t h ef u t u r e i nc h a p t e r6 ，t h et h e s i si sc o n c l u d e dw i t has u m m a r ya n dt h eq u e s t i o n sw h i c h n e e df u r t h e rr e s e a r c hi nt h ef u t u r ea r ea l s od i s c u s s e d k e y w o r d s ：q u a l i t ym a n a g e m e n t ，q u a l i t yt r a n s f e rm o d e l ，q u a l i t yt r a c k i n gp l a t f o r m ， p r o d u c tq u a l i t yc h e c k ，q u a l i t yi n c i d e n ts c e n a r i oa n a l y s i s v i 表格 表1 1 我国汽油标准变化情况2 表1 2 我国柴油标准变化情况2 表1 3 世界原油质量趋势3 表1 4i s 0 9 0 0 0 系列标准的核心内容7 表2 1 阿曼油的实沸点蒸馏性质数据2 0 表2 2 典型原油馏分油的沸程范围2 5 表2 3a s t m - t b p 数据转化关系的系数取值2 7 表2 4 某二次原油各馏分油的切割点和质量收率范围2 7 表3 1 优化系统的开发软件列表3 8 表3 2 优化模型中的集合定义4 3 表3 3 优化系统的数据模型设计4 3 表3 4 优化系统的数据模型设计4 4 表3 5 仿真系统的开发软件列表4 7 表3 6 仿真系统的数据模型设计，5 2 表3 7 优化平台和仿真平台的模型比较5 3 表4 1 原油及原料市场的供应量、价格及质量5 7 表4 2 产品市场的需求量，价格及质量5 8 表4 3 固定切割点和悬摆切割点在两种方案下的质量收率6 0 表4 4 不同对照方案下优化后的原料采购量6 0 表4 5 不同对照方案下优化后的产品质量6 1 表4 6 原油及原料数据6 l 表4 7 原油关键物性在常减压装置的传递系数6 2 表4 8 常减压装置各侧线的切割温度6 2 表4 9 催化裂化装置的基本配置6 3 表4 1 0 其他二次加工装置( 除f c c ) 的基本配置6 3 表4 1 1 生产装置的侧线产量、收率和物性6 4 表4 1 2 油品的产量和关键物性6 5 表5 。l 质量检测工具的投资评估方案7 2 浙引：大学硕十学位论文 表5 2 本场景采用的原油及原料配置7 9 表5 3 工厂原型的产品质量数据8 0 表5 4 催化重整装置的质量检测数据和质量传递仿真理论数据8 l 表5 5 下一轮质量计划采用的原油及原料配置8 2 表5 6 下一轮质量检测所得到的产品质量数据8 3 x l i 插图 插图 图1 1 目前世界原油含硫情况3 图1 2 目前世界原油密度情况4 图1 3 我国石油消费量和原油进口比例4 图1 4 精益六西格玛项目不同阶段工具图6 图l 一5p d c a 循环的4 个阶段8 图1 6p d c a 循环的8 个步骤8 图l 一7 论文的讨论框架1 2 图2 1 石化企业通用的供应链网络示意图1 7 图2 2 典型的过程单元图18 图2 3 来自不同产地的一次原油t b p 聚类分析2 3 图2 4 常减压装置馏分的实沸点重叠2 6 图2 5 三种中东原油直馏产品的硫含量分布情况2 8 图3 1 优化系统的总体结构示意图3 7 图3 2 仿真系统的总体结构示意图，一4 6 图4 一l 炼油生产的典型流程一5 6 图4 2 一次原油聚类后得到的二次原油t b p 曲线5 7 图4 3l i n g o 的非线性s l p 策略选项5 9 图4 4l i n g o 的全局一多初始点求解器选项一5 9 图5 1 质量信息系统评价指标一7 2 图5 2 质量管理p d c a 的闭环回路图7 4 图5 3 质量指标富余的场景分析逻辑图7 6 图5 4 质量指标超标的场景分析逻辑图7 8 术语及符号 术语及符号 重要术语： a s t m 恩氏蒸馏 t b p 一实沸点蒸馏 m a t l a b 数学仿真软件 l i n g o - 求解优化问题的软件包 o d b c 开放数据库互连 p d c a 一戴明质量循环 重要符号： r 温度 丁校正后的温度 耳一恩氏蒸馏温度 五一摄氏温度 乃兰氏温度 乃御一侧线玎的初馏点 z 胛一侧线 的终馏点 r n 。一侧线聆的固定切割点 - 侧线门的悬摆切割温度 乙印一馏分的中平均沸点 s u l 物料的含硫量 s u l d 组分的含硫量上限 l ，实沸点收率 y - 油品的质量收率 虼- 二次加工装置的基准收率 a c c e s s 一种关系式数据库 k m e a n s 聚类算法 d e l t a - b a s e 加工装置产率预测技术 a s p e np l u s 一流程模拟软件 a s p e np i m s 一过程工业模型系统 c i a s t m t b p 数据转化校正因子 o n 汽油辛烷值 p p 柴油凝点换算因子 k 拟合的多项式次数 乃一第_ ，种原油的密度 哆- 混合原油中原油j 所占比例 刃。一相对密度 k 兰氏特征因数 彳比重指数 z 0 一产品i 的性质p z 0 一产品f 基准收率对应的性质p g 影响装置收率的g 个主要性质 仃装置进料侧线流量 f o 一装置出料侧线流量 p 炼油企业季度利润 x v 浙江大学硕士学位论文 脚- 侧线刀初沸点对应实沸点收率d - 油品需求量 坛脚- 侧线刀终沸点对应实沸点收率q 一原油采购量 刀第胛条侧线 i 第i 神产品 j 一第j 种一次碌油 m 第m 种二次原油，操作方案 ，第，种混合原油 a - 实沸点曲线拟合常数 b 一直馏产品含硫分布常数 c 直馏汽油含辛烷值常数 d 一直馏产品a p i 值分布参数 a i a s t m t b p 数据转化系数 b i a s t m t b p 数据转化系数 k 一计划周期数 b l e n d 调合装置集合 p k ，p - 进料侧线聍的性质p x 一第石个装置操作参数 y 待分类的y 组样本系列 x v f v 原油采购价格 5 油品销售价格 尺装置加工量 c 装置单位加工费用 l o w 一下限 印一上限 b 原油库存量 ，油品库存量 【，所有加工装置的集合 “第u 个加工装置 - 所有装置侧线的集合 以第”条装置侧线 p - 侧线的第p 种物性 g 一侧线共有g 个物性 x 一所有装置操作条件的集合 办- 原油沸点低于丁的体积分数 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘茔或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：桶1 艮丽 签字同期：矽i o 年月，上开 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堑姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝 江盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行枪索，可以采川影印、缩印或于i l 描等复制手段保存、瓠：编学位论文。 ( 保密的学化论文n ：解密后迓川本授权j 忙) 学位论文作者签张：桷住丽 导师签名： 签。i | 均j ：如i 。 i i；jj ，zi i 签c 弘i i 期：娜年3 月、3 门 学位论义作打毕, i k 后去向： j t ：作坼他：汕瓦诳甍r 研蛟研 通讯地址：上毒奇沛焉斯巨钮，曳十搭f 6 8 弓 上海锄亏趣j 0 7 一i 1 0 7 生 f 乜话：口2 f j 9 7 占占宇2 7 母加 邮编：7 , o o l 2 , o 致谢 致谢 本文是在我的导师荣冈教授的悉心指导下完成的。作为荣冈教授的学生， 我感到非常荣幸值此毕业论文完成之际，我衷心地感谢荣冈教授三年多来对 我孜孜不倦的教育和指导。荣教授提供了一个宽松和谐的实验室氛围，耐心引 导我在科研工作中寻找合适的研究方向并在关键点通过适时提醒和讨论引导我 步步前进。荣教授扎实稳固的专业基础，广阔开放的研究视野，严谨的治学态 度和睿智达观的人生态度都给我留下了深刻的印象并将在未来的日子深深影响 我，是我今后学 - - - j 和工作的榜样。 感谢王树青教授对我们后辈晚生的谆谆教诲，您正直豁达的人格、一丝不 苟的态度都让我如沐春风，与您的交谈总能帮助我纠正错误的浮躁想法，勤勤 恳恳学基础，脚踏实地做事情。感谢冯毅萍副教授这些年来对我的热情关心和 生活上的帮助，是您最早带我进入实验室，也是您教导我树立乐观豁达的人生 观。 特别感谢吴玉成、王旭、顾海杰三位师兄，无论在科研方向和学术方法论 方面、还是在个人职业发展规划方面，你们都给我提供了大量宝贵的指导和建 议，并在之后的每个关键时刻给予我无私帮助和鼓励关心，一直让我非常感动， 并将铭记于心。 感谢廖祖维、朱炜、罗春鹏、李笕列、章建栋、邵纪东、吴婕、徐忠勇、 王强、许华、王继帅、朱玉韬、郑丽钰等师兄师姐，是你们的热情帮助和悉心 指导使我快速融入实验室的团队和研究工作，与你们的学术交流讨论给我带来 很大的启发，也开拓了我的认知视野，你们对学术的投入、执着和专研精神， 亦深深地鼓舞和鞭策了我。 感谢宣吉、金星、童凯亮、刘苏昱、陈昌菊、潘照杰、邬仲臻、周泽伟、 张国泽、陈嘹、刘笑、陈俊豪等实验室同门对我的帮助和支持，与你们的相处 是人生中难忘的一段美好时光，在与你们交流的过程中我也收获良多。 作为大学六年半生活的回顾，还要感谢唐晓芬、覃伙院、马涛、曹晶金、 杨靖、贺静漪、杜婧婧、祝露、石万伟、李忠远、郝钏钏、王志波、肖力墉、 王智磊、苏春园等挚友，在大学里和你们相识并结下深情是我人生一笔宝贵的 财富，也感谢你们这些年来的一路陪伴。 浙江大学硕士学位论文 最后，深深感谢我的父母、姐姐对我的关爱和支持。二十多年来，你们始 终给予我高度的理解、信任和包容，默默支持我做的每一个选择。在我挫败、 迷茫的时候教会我坚强、勇敢，是我最大的精神依靠你们身上那种善良、勤 劳、朴素的品质，是我永远的学习榜样。浓浓亲情，无以言表。也祝愿我的外 甥女健康快乐成长每一天。 谨以此文献给所有关心、帮助我的人，无法一一回报，唯有以更诚挚的心 意去帮助其他像我一样需要帮助的人! h 杨佳丽 2 0 1 0 年，月于求是园 第一章绪论 第一章绪论 摘要：本章综述了石化行业质量管理的工业背景，介绍了产品质量管理理论的基本概念， 以及石化行业质量管理研究与应用的情况针对研究现状存在的不足，提出本论文的研究 目标、研究内容和意义 关键词：石化行业，挑战，原油劣质化，油品质量升级，质量管理理论 1 1 石化企业质量管理的重要性 1 1 1 炼油企业油品质量升级趋势 随着改革开放后我国国民经济的快速发展，汽车保有量正逐年增加，在给 人们生活带来便捷的同时，机动车的尾气排放也成了城市大气污染之首，对人 类的健康、生存和发展都构成了较为严重的威胁。为了满足日益严格的环保要 求，世界各国和地区都对机动车尾气排放制定了一系列的标准【1 1 。为了综合治 理汽车尾气造成的污染问题，除了改进汽车发动机设计、改善燃烧过程、安装 尾气转化器等外，提高燃料的质量也是非常关键的措施【2 1 。相应地，国家政府 相关部门对车用燃料也制定了一系列的质量指标【3 1 。n q 5 化企业为了给汽车行 业提供环境友好的清洁燃料，生产清洁低污染的油品已成为当今石化企业的重 要主题4 1 。 汽油和柴油作为炼油工业的主导产品，其清洁燃料的发展历程主要表现在 f 2 1 ：汽油的辛烷值指标逐步提高，汽油的组分逐步在优化，汽油中硫、芳烃、 烯烃等有害物质的含量在逐步降低；柴油中的十六烷值指标也在逐步提高，柴 油中硫、芳烃等含量在逐步降低。 在汽车燃料清洁化方面，美国、欧盟、日本等发达国家和地区是走在世界 前列的，其清洁燃料的发展历程可以大体上分为以下三个阶段【5 】： 第一阶段：车用汽油从限铅到禁铅，真正实现汽油的无铅化。该举措最初 由美国在7 0 年代中期限制车用汽油中抗爆剂的用量，推广无铅汽油的使用，随 后欧盟国家和日本纷纷效仿其做法。到8 0 一9 0 年代，大部分发达国家实现了汽 油无铅化。 第二阶段：推广清洁汽油和清洁柴油的使用。1 9 9 3 年l o 月开始，美国强 制使用低硫( 5 0 0 u g g ) ，低芳烃( 3 6 ) 的清洁柴油；1 9 9 5 年开始，在空气 浙江大学硕士学位论文 污染严重的1 7 个州强制使用新的清洁配方汽油，以m t b e 作为高辛烷值组分， 降低苯的含量。欧盟在9 0 年代同期，也开始施行汽车燃料的l 阶段计划，全 面推广使用清洁柴油和清洁汽油 第三阶段：推广使用超清洁燃料。2 0 0 4 年开始，美国的汽柴油含硫量都要 降低到3 0 u g g 以下；2 0 0 6 年6 月开始，柴油的含硫量则要降低到1 5 u g g 以下。 欧盟则从1 9 9 7 年开始，实施汽车燃油的第1 i 阶段计划；并于2 0 0 5 年1 月开始， 全面推广使用含硫量 m ) ，聚类后使簇内样本具有较高的相似度，而且簇 间尽可能分开，相似度较低。相似度的计算则是根据一个簇中对象的平均值来进 行。计算机工作过程大致为： ( 1 ) 在实沸点曲线上取若干个典型温度点，视为原油的性质项，同时也作 为聚类的特征指标组，并将每种原油在对应温度下的馏出总收率数据存放在数据 库表中； ( 2 ) m a t l a b 读取数据库表中的对象矩阵，随机选取y 组点系列作为初始聚 类中心矩阵； ( 3 ) 计算每组待分类对象到各个聚类中心的平方差距离，并将其归到距离 最近的类中，将每类的重心作为新的聚类中心，不断迭代逼近，直到各类中心点 距离基本不变。 聚类后，每个类中的原油其实沸点蒸馏曲线相近，可以以该聚类中心的实沸 点蒸馏曲线来代表。因而，同类二次原油中的一次原油将采用该种二次原油的实 沸点曲线进行相同的常减压切割方案。 应用实例- 按照以上算法，对图2 3 中的8 种来自不同产地的一次原油进行 聚类，并调整截值到比较理想的情况( 指二次原油的种类) ，就可得到分类情况 为：( 1 ) ，( 234 ) ，( 5 ) ，( 67 ) ，( 8 ) 这个分类结果和图上的直观观察也是比较 相符的。根据这个计算结果，二次原油可定为5 类，每类的t b p 曲线取子集中 各元素的平均值，这个计算过程是相对简单的。归纳来讲，即通过对一次原油进 行聚类分析得到二次原油的类别以及具体的t b p 值。 = $ h “m 月镕a # 镕日 大庆一1 - 俄罗斯一2 圈2 - 3 来自不同产地的一次原油t b p 聚类分析 2 24 原油调合的物性传递 随着我国用油量的剧增，进口原油的品种、数目逐年增加，不同产地的原油 混炼已是大势所趋。一个炼油厂在原曲品种选择上，既要兼顾产品的需求情况 也要受到设备加工能力的制约，因而，合理选用不同的原油，并进行恰当的调合 优化，能有效降低采购成本，提高利润空间，并同时保证客户对产品质量的要求。 混炼两种或两种吼上原油时，需要满足一定的物性约束，诸如a p i 度，混合 原油的硫含量，酸值金属成分等m i 。根据生产实际情况和装置设备现状，对原 油调告建立旺下原则和物性约束【5 9 1 ： 假设原油两两以整数比调台从宴际工厂的原油调合情况看这样的假 设是合理的，整数比的设置不仅方便调合的具体操作，也符合实际现场的操作习 赁，同时仍有一定的选择和优化空问。 混合后的原油台硫量不大干l2 ，对于具体某套c d u 装置，还有相关 约束 混合后的原油台酸量小干10 m g k o h g 混合后的原油含镍量，含钒量小于催化蜡油进科物性约束。 原油在进行调合后，物性舍发生变化，这些变化会直接影响后续的加工方案 和产品质量，因而，对混畚原油性质的准确估算是十分有意义的。叫。原油作为一 浙江人学硕士学位论文 种复杂的混合物，在实际的调合过程中，物性的传递多为非线性关系。虽然商业 化流程模拟软件能计算混合原油的性质，但往往价格昂贵、操作复杂；而学术研 究中建立的系统模型虽然实验结果较为理想，但计算过程也比较复杂1 6 1 1 。因此， 本文采用的混合原油性质估算方法假设为原油为理想混合，并兼顾复杂度和精度 的要求。总体而言，这是一种简单的估算手段，特点是方便便捷，能够满足科研 实践和日常生产中快速估算混合原油性质的要求。 混合原油t b p 曲线的计算方法如下。一般地，来自不同产地的原油评价报 告可从炼油厂获取，故我们假设已知原油，的t b p 体积曲线，则混合原油的t b p - 体积曲线计算如式( 2 9 ) 所示： 幻= 蝣e j ( 2 9 ) 式中，为原油种类，痧，为混合原油中沸点低于丁的组分的体积分数，幻为 原油j 中沸点低于t 的组分的体积分数，够为混合原油中原油j 所占的体积分 数。 硫含量作为影响原油价值最主要的元素之一，在原油调合过程中，对其跟踪 亦有重要意义。在已知原油，的硫含量时，可按照式( 2 1 0 ) 计算混合原油的硫含 量： s u l , = o , p _ ，s u l j ( 2 1o ) j 式中，- s 呜为第种原油的硫含量，s u l , 为第，种混合原油的硫含量，乃 为第种原油的密度。 2 3 常减压切割收率及侧线性质 2 3 1 常减压切割的原理 原油常减压蒸馏是石油加工的第一道工序，印原油的一次加工该工艺流程 通过依次采用常压蒸馏和减压蒸馏的方法，将原油按照沸程范围切割成汽油、煤 油、柴油、润滑油原料、裂化原料和渣油等；这些馏分或作为油品直接出厂，或 作为下游二次加工装置或化工装置的原料6 2 1 。由于常减压装置承担着将原油进行 初步分离的任务，是石油化工企业的龙头装置，在炼油厂加工总流程中有重要作 第二章石化食业质量跟踪的建校策略 用，因而，其收率、能耗和分离精确度对全厂和下游加工装置的影响很大。 2 3 2 侧线切割温度和收率的确定 从常减压蒸馏装置分离出来的馏分产品，其产品规格一般以简单的恩氏蒸馏 ( 也叫a s t m 蒸馏) 试验为依据【6 3 1 。恩氏蒸馏通常在标准的蒸馏烧瓶中进行， 是一种常用的测定石油产品馏分组成的条件性方法，其本质为渐次汽化，我们记 馏出第一滴馏出液的气相温度为初馏点，蒸馏终时达到的最高温度为终馏点。一 般地，常减压馏分的思氏蒸馏范围可从炼油厂设计部或者相关文献上得到，本文 所采用的馏分其思氏蒸馏初馏点和终馏点范围如表2 - 2 所示。 表2 2 典型原油馏分油的沸程范酬6 q 常减压馏分的出料量等于原油进料量乘以该馏分在进料中的体积分数。如果 已知某馏分的初沸点( i b p ) 和终沸点( e b p ) ，就可以在进料原油的t b p 体积 曲线上得到该馏分的体积分数。即通过式( 2 11 ) 计算： 只= 脚一匕脚 ( 2 1 1 ) 式中，艺肿为侧线门在初沸点下对应实沸点收率，l 。脚为侧线胛在终沸点 下对应实沸点收率。 然而，常减压馏分的实沸点蒸馏范围通常并不能直接从设计手册上得到，而 是需要先将常减压侧线馏分的思氏蒸馏范围转化成实沸点蒸馏范围，然后才能计 算某一馏分的质量转化率6 5 1 。汽油、柴油、煤油等馏分的实沸点范围通常有较大 部分的相互重叠，如图2 4 所示，这一重叠区域也是进行切割优化方案的事实依 浙江大学硕士学位论文 据。由于切割点可以在适当范围内摆动的，因此能将固定收率的方案转化为可变 收率区间达到优化目的1 6 7 1 。本文建立的生产计划优化模型中，常减压装置采用了 悬摆温度切割和可变收率范围的方式( s w i n g c u t ) 来确定方案，具体实现过程如 下： 喜 耋 星 。 图2 4 常减压装置馏分的实沸点重叠1 6 6 1 ( 1 ) 将侧线的恩氏蒸馏数据转换为实沸点蒸馏数据6 引。首先，将已知的恩 c 氏蒸馏温度耳转化成摄氏温度乏，两者的关系式为乏= 丢( 耳- 3 2 ) 。如果恩氏蒸 y 馏数据的温度高于2 4 6 c ，则需要先进行裂化校正 6 9 1 ， 砭= 1 0 ( o 0 0 8 5 2 乏一1 6 9 1 ) + t c ，其中乏是校正后的摄氏温度。标准的a s t m t b p 转化公式采用兰氏绝对温标，故需要将恩氏蒸馏温度变为兰氏温度，转换后， 还需将实沸点温度转回摄氏温度。兰氏温度t r 与摄氏温度耳间的转化关系为 t r = ( 乃+ 2 7 3 15 ) 幸1 8 。a s t m t b p 数据转化关系为t = a i 宰( 乃 6 f ) 木c f ，其中： 丁是实沸点温度，乃为恩氏蒸馏数据；a i ，b i 是系数，不同收率点的系数如表 2 3 所示；c i 是校正因子，对1 0 0 点的校正因子是1 0 1 6 ，其他点的校正因子是 i 。最终换算后各侧线的实沸点蒸馏摄氏温度数据范围如表2 - 2 所示，并将第月条 侧线的初馏点记为肿，终馏点记为7 ：，驴。 第j ：章石化企业质量跟踪的建模策略 表2 3 a s t m t b p 数据转化关系的系数取值1 7 0 】 ( 2 ) 确定常减压悬摆切割温度范围。一般固定切割点可表示为轻馏分终馏 点与重馏分的初馏点的中间点，即乃，。= l 2 ( 瓦，御+ 瓦1 t e p ) 然后在固定切割点附 近建立一个较小的馏分段( 实际切割温度上下不超过1 5 c 1 6 7 1 ) ，以便根据市场情 况适当调整产品产量。由此，悬摆切割温度乙【瓦，- 1 5 ，l ，。+ 1 5 】。 表2 4 某二次原油各馏分油的切割点和质量收率范围 ( 3 ) 确定常减压各馏分的质量收率。2 2 2 节中，利用3 次多项式来回归拟 合二次原油的实沸点蒸馏曲线，实沸点收率与切割温度间的非线性模型表达式为 3 k = 吼群；根据切割温度瓦，不难得到实沸点收率k ，进而得到第，z 条侧线 x = 0 的质量收率只= 匕一匕一。由于通过原油分类，不同二次原油的实沸点蒸馏曲线 有较大的差异，故每种二次原油都对应一组侧线收率范围，也即不同的生产方案。 表2 - 4 为某二次原油各馏分油的切割点和质量收率范围，采用的二次原油实沸点 收率函数为艺= - 2 7 4 3 0 + 0 0 4 8 3 宰乃+ o 0 0 0 2 5 木砰一0 0 0 0 0 0 0 1 4 巧。 2 3 3 常减压侧线性质的选取 随着原油劣质化日趋严重，硫含量超标问题也日渐受到关注，因而，对一次 浙江大学硕十学位论文 加工装置馏分含硫量的分布追踪就具有重要意义【7 1 1 一般地，各馏分的含硫百分 数是原油产地特性、原油含硫百分数以及馏分切割温度的非线性函数泓1 ，且馏分 切割温度越高，含硫量越大。可记一次原油的含硫量为s v g ，馏分切割温度为瓦， 则某馏分含硫百分数s 叱，= f ( s u l j ，瓦) 。通过对文献或工程化验数据的回归， 来估算该函数关系式。此处仍采用三次多项式来拟合，馏分含硫百分数可表示为： 3 s u l ，= 良j t _ k ，图2 - 5 表示了三种含硫量分别为l 、1 5 、2 的中东原油， x = o 其直馏产品的含硫百分数拟合情况。馏分油若直接出厂，则含硫量约束应参考产 品具体规格要求；若作为中间产品，则依次往后续二次加工装置进行硫传递。本 炼油生产计划优化模型中，允许同类二次原油中的几种一次原油进行调和加工， 因其t b p 曲线相近，调和后的常减压切割方案保持不变，而直馏产品的含硫量 则按照单种一次原油在常减压加工分布情况后的线性叠加计算，这样即使采购适 量高硫原油也能进行处理，从而提高炼厂经济效益。 ：，彩 一 2 0 0 图2 5 三种中东原油直馏产品的硫含量分布情况 常减压侧线其它性质的跟踪选取，一般要考虑两类情况：( 1 ) 对于直接参与 调和的侧线，考虑调和所需要的性质；( 2 ) 作为重整、催化、加氢、焦化等装置 进料的侧线，考虑对这些装置的进料性质控制。由于炼油厂产品复杂，各种产品 的质量要求各异，同种产品还需同时满足多项质量约束条件，如果考虑全部细节， 必然会使生产计划优化模型的规模剧增，计算的复杂度影响到求解效率为兼顾 第_ 章石化企业质量跟踪的建模策略 模型复杂度和质量约束的目标，本文生产计划模型中仅对常减压关键馏分的关键 物性进行跟踪和约束，如直接进入调和装置的直馏汽油选取辛烷值指标进行估 算，可根据经验数据给出的大庆汽油辛烷值与质量收率的关系曲线【7 甜，可拟合得 2 二次多项式关系o n j = q 彳又如，常减压馏分的a p i 值，可表示为中馏分 x = 0 4 收率的多项式函数关系彳噬m = d x m i d v x , ，。显然，当馏分切割点变化时， x = 0 相应物性也会跟着发生变化，进而影响最终产品的质量。 2 4 二次加工装置的方案和侧线收率及性质 2 4 1 二次加工装置的工艺流程简介 炼油厂的二次加工装置是在常减压装置的基础上，提高加工深度，使汽柴油 产品质量逐步提升，产品结构进一步优化。二次加工装置的主要工艺简介如下： ( 1 ) 催化裂化：催化裂化是在热裂化工艺上发展起来的，能通过一系列裂化反 应将重质油转化为轻质油，是提高原油加工深度，生产优质汽油、柴油最 重要的工艺操作。催化裂化已成为我国原油二次加工的核心装置，许多炼 厂都是以催化裂化为主体来构建原油深度加工体系的。 ( 2 ) 催化重整：催化重整是在催化剂和氢气存在下，以常压蒸馏所得的轻汽油 ( 石脑油) 为原料，通过脱氢芳构化反应生产高辛烷值汽油或纯芳烃的过 程。其工艺过程可分为原料预处理和重整两部分。在汽油质量升级换代、 以无铅汽油取代含铅的时代，催化重整是提高汽油的辛烷值的重要手段。 ( 3 ) 加氢裂化：加氢裂化是在高压、氢气存在下进行的，需要催化剂，把重质 原料转化成汽油、柴油、煤油和润滑油。 ( 4 ) 延迟焦化：延迟焦化是在较长反应时间下，使原