PIMS模型在石油化工企业中的应用.pdf

第 4 0卷， 第 2 期 2 0 1 4年 4月 安 徽 化 工 ANHUI C HE MI C AL I NDUS T RY V0 l _4 O No 2 4 9 Ap r ． 2 01 4 P l MS模型在石油化工企业 中的应用 彭家玮 中石化安庆分公 司， 安徽 安庆 2 4 6 0 0 1 摘要 介绍了 P I M S模型的基本组成、 模型机理与主要作用。通过资料研究法、 对 比法、 图表法说明了P I MS 模型在石油化工企业原油采 购 、 生产计划制定 、 加丁方案优化以及产品升级评估等方面的应用情况。 关键词 P I MS模型； 石油化工； 优化； 应用 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 5 5 3 X． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 8 中图分类号 T Q 0 1 8 文献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 8 5 5 3 X 2 0 1 4 0 2 0 0 4 9 0 4 1前言 随着国民经济的快速发展 ， 社会对石油化工原材料 的需求与13 俱增， 由此促进了石油化工企业的不断发展 壮大， 而企业的经营管理问题随之而来， 如何科学合理、 安全高效地进行原料选择 、 产品结构优化、 生产计划制 定以及企业的中长期战略规划成为企业生产经营中必 须解决的问题。 为适应建设大型石油化工企业 的要求 ，中石化 自 2 0 0 1年 引 进 了 A s p e n公 司 P I MS P r o c e s s I n d u s t r y Mo d e l i n g S y s t e m 流程工业模 型系统 ， 为石油化工企业的 生产运行和加工方案设计进行优化 。 该系统是一个功能 强大且易于使用的流程工业线性规划模型系统⋯ 。 2 P I MS模型简介 2 ． 1 P l MS模型的组成 P I MS模型是由一系列复杂 的电子表格组成 ，其 中 主要包括 S u p p l y ／ D e ma n供需 表 、 D i s t i l l a t i o n原油蒸 馏 、 S u b M o d e l副 模 组 、 B l e n d i n g调 和 、 R e c u r s i o n递 归 、 Mi s c e l l a n e o u s 杂项 、 P e r i o d i c 周期表等近百张表格。 2 ． 2 PI MS模型的工作机理 P I M S 模型是使用线性规划技术、 分布递归技术、 迭 代技术 、离散技术 以及 D E L T A B AS E数据库技术建立 的流程工业系统模型软件 ， 用 以解决系统优化问题。 它适 用于各种周期计划的制定 ， 并辅助长期战略规划的制定。 P I M S 模型的核心技术即线性规划、 递归技术， 其最 终 目标 为生产利润最大化。模型运作机理见图 l 。 P 丑 惦 L 0T US 压强 阻P 眦 s 菜 单 H 数 据 管 理 器H 辫 P I M S P I MS C P L E X 报 告 结 果 H 递 归 H 最 优 化 S u mma m／ S o ] u fio aL S T 离散散 I ～L F 讪 s a a lL L S T 图 1 P I MS模型工作 过程 线性规划的二大要素是 目标函数和约束方程组。 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 6 作者简介 彭家玮 1 9 8 4 一 ， 男， 毕业于辽宁石油化T大学， 助理工程师， 从事炼油化工生产和经营管理工作 ， 1 3 9 5 5 6 2 6 2 4 2 ， 0 5 5 6 5 3 7 4 2 3 1 p e n g j w．a q s h s i n o p e c ．c o i n 。 参 考 文 献 [ 1 ]顺俊华． 聚氰胺生产 中催化剂的选型[ J ] _ 中氮肥， 2 0 1 2 3 3 9- 40． [ 2 】陈修海． 分析三聚氰胺生产中催化剂的选型问题 【 J l _ 科技传 播 ， 2 0 1 2 1 8 1 1 4 ， 1 2 7 ． 口 Br i e f I n t r o du c t i o n o f LS AN-2 0 0 Ca t a l y s t f o r M e l a mi n e a nd I t s Tr i a l Us a g e o n l k t ／ a M e l a mi n e Cr u d e S e c t i o n ZHU Re n- ／t o C NS G An h u i Ho n g s i f a n g Co ． L t d ． ， He f e i 2 3 0 0 2 2 。 Ch i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e c a t a l y t i c me c h a n i s m。 p r o p e r t i e s ， a n d t h e a p p l i c a t i o n t e c h n i c a l c o n d i t i o n s o f L S AN一 2 0 0 Al u mi n u m Si l i c a t e Ca t a l y s t o f Me l a mi n e ． a s we l l a s t h e t r i a l u s a g e o n 1 kt ／ a me l a mi n e c r u d e s e c t i o n． Ke y wor ds LS AN- 2 00 c a t a l y s t ；me l a mi n e ； a p pl i c a t i o n 5 0 总第 1 8 8 期 2 0 1 4年第 2 期 第4 0卷 安 徽 化 T P I M S中目标函数是经济效益最大化，即目标函数 销 售收入 一原料成本 一生产成本 外售产品 出厂价 一 外购原料 到厂价 一公用工程消耗 外购价 。P I MS中 的约束方程组包括 物流数量约束、 装置负荷约束、 产品 质量约束、 其它约束。 P I M S中所用到的数据都是 目 标函 数和约束方程组的系数 。P I MS的运算过程就是解线性 规划问题的过程 ， 得出的结果就是此线性规划问题的解 。 2 ． 3 P I MS模型的主要作用 P I MS模型的主要作用是为企业的生产经营管理提 供技术与数据支撑，提高企业经营的科学性与有效性。 其主要功能包括为企业进行原料品种和数量 的优选 ， 优 化选择产 品结构 ， 优化中间物流最佳流向， 按照各物流 价格选择最佳库存量， 进行生产模式及调合优化 ， 计算 盈亏平衡点 ， 寻找系统瓶颈 ， 为企业做长期规划等。 3 P l MS模型的应用 3 ． 1原油的优化选择 原油成本 占石油化工企业生产成本 的 9 0 ％左右 ， 原 油品种繁多 ， 仅中石化原油评价数据库中所切割过 的原 油就高达 1 7 8 种回 ， 且原油数据库中的原油品种还在逐 年增加。这些原油按组成可分为石蜡基原油 、 环烷基原 油和中间基原油三类 ；按硫含量可分为超低硫原油 、 低 硫原油 、 含硫原油和高硫原油 四类 ； 按 比重可分为轻质 原油 、 中质原油 、 重质原油 以及特重质原油 四类 ； 按计价 方式可分为 wT I 、 B R E N T 、 D U B A I 三类 。如何根据企业 的自身装置结构 、 生产特点选择原油成为众多石油化工 企业一直难 以解决的问题 ，而利用 P I MS软件可以很好 地解决此类问题 。 以某石油化工企业为例 ， 该企业拥有 8 0 0万 吨 ／ 年 炼油综合配套能力， 1 0 0 万吨 ／ 年连续重整装置、 2 0 0 万 吨 ／ 年重油加氢装置以及总量为 4 0 0万吨 ／ 年的催化裂 化加工能力， 装置结构特点是重整加工能力大， 装置吃 重能力强 ， 蜡重油转化能力足 ， 因此可选择重整料 收率 高 、 重油收率高的原油。根据装置结构特点及企业实际 情况 ， 初步框定了番 禺原油 、 文 昌原油 、 陆丰原油 、 涠洲 原油 、 马力布原油、 沙轻原油 、 沙中原油 、 阿曼原油 、 巴士 拉原油 、 达混原油 、 卡夫基原油 、 南 巴原油 、 E S P O原油 、 威特亚兹原油等 l 4 种原油。在此列举其中5 种原油的 测算结果， 其原洫l生 质见表 1 。 表 1 原油性质涮 因为 P I MS模型能模拟企业 的整个流程 ，所以能为 原油选购提供精确的数据支撑。在固定原油加工总量 后 ， 设置基准原油数量 、 价格 ， 同时按照 1 万吨为基数选 取 目 标原油， 在综合分析的基础上完全放开装置生产负 荷和产品产量负荷约束， 选取最优原油。以上述 5 种原 油为例， 在现行的价格体系下， 考虑一季度生产实际， 以 1 8 3万吨原油为基准加工负荷 ， 1 8 2万吨管输混合原油 为基础原 油设 定 C a s e方 案 ，分别设 置 C a s e l 、 c a s e 2 、 C a s e 3 、 C a s e 4 、 C a s e 5进行原油测算。P I MS 模型测算结果 见表 2 。 表 2原油利润与技术经济指标表 表 2数据表 明，在相 同的基础油数量与价格条件 下， 马力布原油的总利润最高， 外购原料油最少， 柴汽比 最低 ， 各项技经指标在 5种原油中排在中等水平 ， 而沙 轻原油利润最低 ， 各项技经指标排在最末 。虽然马力布 原油到厂价格最高， 但收益最好 ， 所以当期该厂购买了 性价比最高的马力布原油。 彭家玮 P I MS模型在石油化工企业 中的应用 5 1 3 ． 2月度原油 j n - r 量 的选择 石油化工企业月度排产的主要依据是加工效益 ， 影 响加工效益的因素主要有装置实际工况的改变 、 企业生 产流程的改动 、 原油结构 的变化 、 产品价格体系 的变动 等等。加工量并非越高越好 ， 过高的加工负荷会影响装 置的能耗 、 物耗 、 产品分布 、 变动费用 ， 从而影 响装置 的 技经指标 ， 进一步影响企业的效益。月度原油加工量 的 选择 已成为石油化工企业经营 的重 中之重 ， P I MS模型 可帮助计划人员进行合理排产 。 以某石油化工企业为例 ， 该企业月度最大原油加工 能力为 6 8万吨 ， 即装置 1 0 0 ％负荷为 6 8万吨 ／ 月。通过 固定原油品种 、 价格体系， 适 当放开 C A P S与 S E L L上下 限 ， 按 比例分别在 P I MS模型 中设置 C a s e l ～ C a s e 5 ， 分别 为 5 5 万吨 ／ 月 8 0 ％负荷 、 5 8 万吨 ／ 月 8 5 ％负荷 、 6 l 万吨 ／ 月 9 0 ％负荷 、 6 5万吨／ 月 9 5 ％负荷 、 6 8 万吨／ 月 1 0 0 ％负荷 ， 对 C a s e l ～ C a s e 5 进行测算。 P I MS 模型测 算结果见表 3 。 表 3 负荷效益对 比表 由表 3可得出 ， 在相同的装置工况 、 生产流程 、 原油 结构及产 品价格体系下 ， C a s e 4 9 5 ％负荷 的总效益最 高， 装置收率与产品结构最佳。 3 ． 3加工方案优化 追求效益最大化是企业生产经营的基本 目标 ， 根据 装置实际情况 、 目标产品价格变化情况 ， 适 时优化生产 方案 ， 改变加工流程是效益最大化的根本方法 。 3 ． 3 ． 1外购重整料的路线选择 连续重整装置是炼油化工企业重要的创效装置 ， 该 装置可生产高标号汽油、 氢气、 混合二甲苯、 纯苯等高价 值产品。连续重整装置的满负荷生产是企业创效的保 证 。以某石油化工企业为例 ， 该企业拥有 1 0 0万吨 ／ 年 连续重整装置 ， 在目前的原油加工负荷下， 企业 自产重 整料无法满足连续重整装置满负荷生产， 外购重整料是 最佳解决途径 ， 但重整料的价格 、 运费是装置能否盈利 的关键。通过 P I M S 模型可以测算出在当前重整料与产 品价格 体系下企业能否盈利 ，从而决定是否外购重整 料。同时通过 P I MS模型还可以优化外购重整料 的加工 途径 ， 即进重整本体加工方案与进重整预加氢加工方案 的选择。 选定基准 C a s e 方案 ， 分别按照不外购重整料 、 外购 重整料进重整预加氢 、外购重整料进重整本体对基准 C a s e方案 以及 B U Y表 、 B L N P R O P表 、重整预加氢汇流 表 、 重整 汇流表进行维护 ， 分别得出 C a s e l 、 C a s e 2 、 C a s e 3 三个方案进行效益测算 ， 测算结果见表 4 。 表 4方案效益对比表 由表 4各方案效益对 比图可看出， 在加工原油价格 为 4 6 6 8元 ／ 吨 、外购重整料价格为 5 4 9 5元 ／ 吨的价格 体系下 ， 外购重整料进重整本体方案 ， 即 C a s e 3效益较 好 ， 可以得 出在相同的加工负荷下 ， 外购重整料进重整 本体的汽油产量最大， 柴汽比最低。虽然综合商品率居 中， 但轻油收率较高， 炼油利润最大， 故外购重整料进重 整本体加工方案为最佳方案 。 3 ． 3 ． 2焦化汽油经深度加氢做 重整料 由 3 ． 3 ． 1 得知该企业重整料资源不足 ，为弥补重整 料资源的缺口， 该企业拟将焦化装置生产出的焦化汽油 经过深度加氢后做重整料， 但该方案关系到焦化装置能 耗以及加氢装置 的能耗 、 氢耗 、 损失 的增加 ， 连续重整装 置的产出效益能否弥补加氢装置的损耗成为测算 的重 点。通过 C a s e 方案设置及 B L N P R O P表 、 重整预加氢汇 流表的维护 ， 以及加氢装置的数据维护后 ， 对方案进行 测算， 测算结果为该方案可行。 3 - 3 - 3常Ⅲ线做蜡油进料 常 Ⅲ线性质介于重柴油与蜡油之间 ， 若适当压低常 Ⅲ线干点 ， 可将常Ⅲ线做蜡油进料， 从而走蜡油加氢进 催化加工 的工艺路线 。 该措施可增产轻烃 、 汽油组分 ， 压 产直馏柴油组分， 从而降低柴汽比， 增加效益。 针对工艺 路线的调整 ，利用 P I MS模型对基准模型和常 Ⅲ线干点 降低 7 ．4 3 ℃后的测算模型进行了对比分析， 分析结果见 表 5。 5 2 总第 1 8 8期 2 0 1 4年第 2期 第 4 0卷 安 徽 化 工 表 5主要装置产 品分布及变化 表 5 列出了常减压、 催化裂化和蜡油加氢装置产品 变化及收率。从表 5 可以看出， 常Ⅲ线干点降低 7 ．4 3 ℃ 后 ， 3 ． 9 8 t ／ h直馏柴油组份作为蜡油组份进入蜡油加氢装 置。降低常Ⅲ线 9 5 ％ 点后， 蜡油加氢装置石脑油和精制 柴油收率基本不变， 蜡油收率变化较大。 催化装置中， 液 化气收率减小幅度较大， 汽油收率基本不变 ， 柴油和油 浆收率增幅较为明显， 生焦率明显降低。从绝对增量上 看， 汽油产量增幅显著， 达 1 ．6 3 t／ h ， 其次是液化气和柴油 收率。从测算结果看， 常Ⅲ线做蜡油进料增效明显。 3 ． 4寻找并解决装置加工瓶颈 石油化工企业装置多 ，如何快速寻找装置加工瓶 颈， 并解决存在的问题 ， 成为企业增效减亏的重要手段。 解决企业装置加工瓶颈主要有 以下两种方式 一种是无 需改造装置 ，采用 P I MS 模型最大化地利用现有 的装置 资源 ， 使企业 的加工效益最优 ； 另一种是根据 P I MS的计 算结果， 配合企业的装置改造， 通过修改装置改造后的 装置收率 、 产品物性来优化整个企业 的加工流程 ， 从而 为企业的装置改造提供测算数据和理论依据。 通过 P I M S 设置基础 C a s e 方案， 放开所有装置的最 小量负荷约束， 仅控制最大量约束， 然后根据企业的实 际情况对主要装置进行加工能力和进料性质优化 ， 以找 到企业的加工瓶颈。根据加工瓶颈提出建设性意见 ， 构 建解决方案 C a s e 。 3 ． 5产品升级的评估 随着环保法规越来越严格 ， 石油化工企业必须根据 需求调整和升级产品结构， 但产品升级带来的影响是全 方位 的， 要系统地分析整个企业的加工瓶颈和所需 的优 化工艺流程 ， 甚至还需要对主要装置进行改造 ， 所 以产 品升级评估是一个整体优化的范畴。如何高效 、 准确的 评估产品升级所带来 的影响是 P I M S模型应用 的一个重 要方向。 通过调整 P I M S 模型 B L E N D S P E C中的性质指标， 以及 涉 及 到 汽 油 升 级 的 MM T结 构 和 交 互 影 响 的 I N T E R AC T ，根据实 际情况构建企业产品升级 C a s e ， 通 过计算结果对企业产品升级所带来的影响进行全面评 估， 并对评估结果提供数据支撑。 4优化结果 通过 P I MS 模型对原油采购 、 月度加工负荷 、 外购重 整料以及焦汽进重整加工等方案的优化测算，经统计， 合计为企业增效约 3 7 0 0 万元 ，尚未包括装置加工瓶颈 寻找与产品升级评估所带来 的潜盈。 5结束语 P I MS模型是一个功能强大且易于使用的流程工业 线性规划模型系统， 尽管机理深奥， 结构复杂， 但贴近生 产实际。通过模拟测算可快速发现问题并建立解决方 案 ，能够有效提升企业生产效率和经营管理的科学性 ， 对石油化工企业 的计划排产 、 原油选购 、 产品结构优化 、 加工流程优化等日常工作提供数据与技术支撑 ， 是石油 化工企业不可缺少的管理工具。 参 考 文 献 【 1 】【 美 】 P I MS T r a i n i n g M a n u a l B y A s p e n T e c h p o l o g y ． I n c ． 3 J u n u a r y ， 2 001 ． [ 2 ]中石化原油评价委员会． 原油评价数据手册[ Mt ． 北京 中国石 化 出版社 ． 2 0 1 1 1 9 5 1 9 7 ． 口 P I M S M o d e l Ap p l i e d i n Op t i mi z a t i o n o f Pe t r o - c h e mi c a l En t e r p r i s e s P ENG J i a we A n q i n g P e t r o c h e mi c a l C o mp a n y ， S i n o p e c ， A n q i n g 2 4 6 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r ac t Th e a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e b a s i c c o mpo n e n t o f P I MS mo d e l ， me c h a ni s m mo d e l a nd ma i n f un c t i o n ． Th r o u g h t h e r e s e a r c h me t h o d ， c o mp a r a t i v e me t h o d ， c h a r t me t h o d ， i l l u s t r a t e s t h e P I MS mo d e l o f c r u d e o i l i n p e t r o c h e mi c a l e n t e r p r i s e p r o c u r e me n t ， p r o d u c t i o n p l a n n i n g ， p r o c e s s o p t i mi z a t i o n ， p l a n t b o t t l e n e c k f o r a p p l i c a t i o n a n d p r o d u c t u p g r a d i n g a s s e s s me n t a n d S O o n． Ke y wo r d s P I MS mo d e l ； p e t r o - c h e mi c a l ； o p t i mi z e ； a p p l i c a t i o n