炼油厂初馏塔生产计划与工艺的优化集成.doc

炼油厂初馏塔生产计划与工艺的优化集成 2007年1月 石油炼制与化工 PETROLEUMPROCESSINGANDPETROCHEMICALS第38卷第1期 炼油厂初馏塔生产计划与工艺的优化集成 王如强,何小荣,陈丙珍 (清华大学化学工程系,北京100084) 摘要将石化企业的生产计划与装置的操作工艺作为两个等级进行优化集成,从而构成了一 个带有信息反馈通道的闭环系统.在分析了该系统基本内容的基础上,提出了相应的优化集成策 略;利用GIOPIMS优化得到生产计划,采用过程模拟软件求取实现计划指标的装置操作条件,经 过决策一检验一修正一决策的循环求解过程,实现生产计划和装置操作工艺的优化集成.以炼油厂初 馏塔为例介绍了该闭环系统的优化集成过程. 关键词:预分馏塔生产计划工艺设计优化 1前言 生产计划是企业生产操作的目标和依据,是连 接上级公司的长期规划与下级车间,装置调度及操 作的纽带.石化企业的生产计划需要在兼顾上级 公司规划的同时,考虑市场原油供应情况以及产品 需求和装置约束条件,确定生产方案,装置加工量 和产量等.但由于石化企业装置多,产品品种繁 多,工艺流程多样,所以在根据具体情况制定最优 生产计划时,仍有很多可供选择的方案,需要通过 优化来确保最大的经济效益. 目前国内外大型的石化企业应用生产计划软 件来编制生产计划,但是生产计划的指导作用仅限 于向各个车间或各个生产装置下达任务,至于这些 车间或装置能否保质保量地完成任务,运行过程中 如何因情况的变化来调整生产计划以及各个装置 之问如何进行协调等,都未能加以考虑,从而也就 无法保证这样的优化计划确实能被完全实现. 针对这些问题,本课题提出利用GIOPIMS优 化得到生产计划,采用过程模拟软件求取实现生产 计划的装置操作条件,并使装置操作条件与其需要 完成的计划任务进行协调,从而得到可行的生产计 划和相应的装置操作条件,实现生产计划与工艺的 优化集成. 2优化集成的基本内容 将石化企业的生产计划作为I级优化,生产装 置的操作工艺作为I1级优化,将优化集成作为两 个等级来研究.重点是研究II级的模拟与优化, 并求取II级实现生产计划的操作条件.生产计划 与工艺优化集成的两个等级见图1. Ⅱ 级 图1生产计划与工艺优化集成的两个等级划分 将工级优化得到的生产计划任务下达给车问 或装置,这是下行过程;如果Ⅱ级优化找不到实现 计划的操作条件,说明原计划不能实现,就需要将 信息(如推荐的计划)反馈给I级,这是上行过程. 这样就形成了一个带有信息反馈的闭环系统_1]. 首先,根据石化企业的具体情况,利用商业生 产计划优化软件G10PIMS来方便地建立I级生 产计划优化模型并求解,确定生产计划任务.然 后,根据Ⅱ级各生产装置的工艺模型均具有变量多 及非线性强的特点,利用过程模拟软件Aspen Plus实现Ⅱ级装置的模拟计算,求取实现生产计 划并满足检验指标的生产装置的操作条件.最后, 利用反馈信息替换工级模型中相应的约束条件,得 收稿日期2006—05—10;修改稿收到日期;2006—0625. 作者简介:王如强,男,清华大学化工系博士研究生,主要从事 过程系统工程方面的研究工作. 第1期王如强等.炼油厂初馏塔生产计划与工艺的优化集成55 到修正后的I级模型,进一步调用优化软件来 求解. 综上所述,整个石化企业的优化集成可看作是 一 个决策一检验一修正一决策的循环过程,从而形成了 闭环模式.这种模式可使整个石化企业成为一个 十分协调的体系,能够比较确切地反映实际生产的 运行过程,不但能及时发现和纠正计划中不切实际 的部分,同时还可根据各装置的潜力,不断修正计 划,从而真正成为企业优化决策的依据. 3优化集成的策略 利用界面友好,交互式,可视化的建模平台 GIOPIMS建立的I级生产计划优化模型【2]如下; 1-flaxobj—CTX(1) S.t.AX—b(2) 巩≤≤戤i∈U(3) ≤Y,≤J∈{UkUPk}(4) 其中,式(1)为目标函数,式(2)为物料平衡方程, 式(3)为装置k各侧线收率上下限方程,式(4)为装 置k处理能力或产品指令性方程. 利用GIOPIMS内嵌的LP求解包对上述模型 进行求解,得到企业的生产计划任务如下: Y一(,,…,,…,广)i∈U(5) 当I级优化将生产计划分配到Ⅱ级的生产装 置k后,装置k能否完成这一任务,是在实施全厂 优化总目标过程中的一个关键问题.为了判断优 化得到的任务是否可行,运用AspenPlus软件进 行模拟计算查看是否可以求得实现计划的操作条 件.如果能够找到相应的操作条件,说明I级分配 的任务可以完成,得到的操作条件可以指导该装置 的实际运行;否则,说明I级分配的任务不可行,需 要根据模拟计算,对I级模型中式(3),式(4)进行