苗占東

PIMS是一種應(yīng)用于煉油化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化排產(chǎn)、原油資源優(yōu)化加工等業(yè)務(wù)工作中的模型系統(tǒng)。目前，在煉油化工領(lǐng)域進(jìn)行線性和非線性規(guī)劃的軟件較多，其中艾斯本的PIMS軟件和霍尼韋爾的RPMS軟件使用范圍較為廣泛。這兩種軟件均是以Excel文件為建模載體，由系統(tǒng)自動(dòng)生成模型并進(jìn)行求解運(yùn)算。這類模型系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)給石化企業(yè)帶來(lái)很大效益。經(jīng)調(diào)研和對(duì)照國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況，我們目前的應(yīng)用還存在一定差距。

國(guó)外煉油企業(yè)PIMS模型應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，煉油企業(yè)PIMS模型主要應(yīng)用在常減壓裝置子模型模擬數(shù)據(jù)、二次裝置Base（基本）收率數(shù)據(jù)和Delta（增量）數(shù)據(jù)的計(jì)算領(lǐng)域。國(guó)外煉油企業(yè)應(yīng)用情況主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

系統(tǒng)集成和深化應(yīng)用程度較高。一是與公用工程系統(tǒng)集成。國(guó)外將PIMS模型與公用工程系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)全廠整體優(yōu)化的應(yīng)用較普遍。在利用PIMS模型優(yōu)化原油選擇和原油配比、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、優(yōu)化加工流程、優(yōu)化調(diào)和比、決定最佳生產(chǎn)和操作模式等方面取得了十分有效的成果。二是與流程模擬模型集成?，F(xiàn)在大多數(shù)煉油單元和過(guò)程都擁有模擬模型，過(guò)程模擬工具在維護(hù)、改進(jìn)PIMS模型的精度方面很有價(jià)值，先進(jìn)的模擬技術(shù)能幫助煉油者彌合模型和計(jì)劃間的距離，從操作獲得效益，增進(jìn)計(jì)劃的作用，從而提高模型的精度。提高模型精度主要集中在兩個(gè)領(lǐng)域：改進(jìn)絕對(duì)精度和改進(jìn)增量（遞增）精度。這兩個(gè)領(lǐng)域的改進(jìn)都可獲得相當(dāng)可觀的效益。三是與計(jì)劃系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的集成。PIMS模型系統(tǒng)與計(jì)劃系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的集成是最有效并被廣泛采用的集成。四是與原油物性分析系統(tǒng)集成。減少原油選擇的風(fēng)險(xiǎn)是PIMS模型幫助煉油廠做好計(jì)劃調(diào)度的重要工作。五是與其他系統(tǒng)的集成。國(guó)外煉油廠還將PIMS模型系統(tǒng)與產(chǎn)品調(diào)和計(jì)劃的集成、與MES、ERP系統(tǒng)的集成等都取得了較好的效果。

PIMS模型維護(hù)的經(jīng)?；岣吡四Ｐ偷木?。模型的維護(hù)是延長(zhǎng)模型生命周期至關(guān)重要的一環(huán)。模型維護(hù)包括模型數(shù)據(jù)的更新、模型的完善、提升、模型結(jié)構(gòu)的修改、模型版本的升級(jí)等。生成PIMS模型的數(shù)據(jù)、維護(hù)PIMS模型在模型開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中至關(guān)重要。國(guó)外大多數(shù)企業(yè)在修改模型和模型數(shù)據(jù)時(shí)，都是利用試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果、歷史數(shù)據(jù)和收率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)間的結(jié)合來(lái)進(jìn)行模型的維護(hù)。

模型系統(tǒng)可隨業(yè)務(wù)的變化由用戶擴(kuò)展新的模型。由于國(guó)外用戶對(duì)模型系統(tǒng)應(yīng)用的熟練程度很高，除得心應(yīng)手地按照系統(tǒng)條件要求給出相應(yīng)的變量，讓模型系統(tǒng)自動(dòng)生成模型外，還給用戶一定自由空間，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要自由地寫(xiě)一些模型的方程，包括非線性方程和非線性方程組，以彌補(bǔ)模型生成難以包羅萬(wàn)象的不足。

國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀和差距

中國(guó)石化從2001年利用PIMS模型系統(tǒng)開(kāi)展“中國(guó)石化原油資源選購(gòu)與配置優(yōu)化”工作以來(lái)，已經(jīng)建成用于總部、企業(yè)兩個(gè)層面的各類優(yōu)化模型，成為煉油、煉化企業(yè)和總部進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策不可缺少的工具，而且隨著業(yè)務(wù)管理的不斷深化，正在不斷地在深度和廣度上延伸。

總部利用集成優(yōu)化模型，開(kāi)展了從原油采購(gòu)到成品油銷售的優(yōu)化，按上中下游一體化進(jìn)行原油資源選擇和優(yōu)化配置，化工輕油平衡和互供優(yōu)化，成品油流向優(yōu)化和供需平衡，為總部層面的生產(chǎn)計(jì)劃制定和經(jīng)營(yíng)決策提供了強(qiáng)有力的支持。企業(yè)利用企業(yè)級(jí)PIMS模型進(jìn)行了生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化排產(chǎn)、優(yōu)化原油采購(gòu)、優(yōu)化生產(chǎn)方案和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、優(yōu)化船期、庫(kù)存和檢修安排等多方面應(yīng)用，提高了企業(yè)精細(xì)化管理水平，為原油劣質(zhì)化降本增效起到了直接指導(dǎo)和推動(dòng)作用，為指導(dǎo)企業(yè)充分發(fā)揮已建成裝置生產(chǎn)潛力、優(yōu)化原油資源提供了很好的參考。

賀 時(shí) 供圖

中國(guó)石化PIMS模型應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化，在前期重視物料平衡與性質(zhì)傳遞的基礎(chǔ)上，多周期PIMS模型中對(duì)模型的應(yīng)用逐漸精細(xì)化，通過(guò)機(jī)理模型或數(shù)據(jù)回歸引入了原料性質(zhì)的微小變化對(duì)生產(chǎn)影響的數(shù)據(jù)，使主要裝置的模型體現(xiàn)了進(jìn)料性質(zhì)對(duì)裝置收率的影響。為提高模型維護(hù)的效率，在PIMS模型建設(shè)過(guò)程中還形成了一套行之有效、實(shí)用性和精度較高的集成方法，利用開(kāi)發(fā)的計(jì)劃優(yōu)化集成平臺(tái)將多個(gè)開(kāi)發(fā)單位開(kāi)發(fā)的不同模塊集成到煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型中。計(jì)劃優(yōu)化集成平臺(tái)體現(xiàn)了技術(shù)和管理兩個(gè)方面的創(chuàng)新，通過(guò)集成構(gòu)建的企業(yè)級(jí)PIMS模型,不僅提高了模型的整體精度、適用性和可操作性，而且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效管理和共享。

自2007年10月煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型推廣項(xiàng)目順利驗(yàn)收以來(lái)，中國(guó)石化利用該模型開(kāi)展生產(chǎn)方案優(yōu)化和生產(chǎn)計(jì)劃安排，主要應(yīng)用于年度、季度、月度煉油生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化排產(chǎn)，煉油企業(yè)高含硫原油、劣質(zhì)原油加工潛力優(yōu)化測(cè)算，成品油質(zhì)量升級(jí)方案優(yōu)化，化工輕油生產(chǎn)潛力優(yōu)化測(cè)算，原油及成品油價(jià)格變化、基準(zhǔn)原油價(jià)差變化對(duì)原油資源優(yōu)化的影響分析等。目前，煉油企業(yè)級(jí)PIMS已成為企業(yè)和總部計(jì)劃排產(chǎn)和生產(chǎn)優(yōu)化測(cè)算不可缺少的重要工具。

但和國(guó)外煉油廠應(yīng)用PIMS模型系統(tǒng)比較，主要還存在如下差距：

老版本的PIMS模型系統(tǒng)功能還不夠強(qiáng)。中國(guó)石化在用的煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型是基于PIMS 2004版本上開(kāi)發(fā)和使用的，該版本PIMS軟件主要使用CPLEX求解器和XPRESS求解器求解模型，模型矩陣規(guī)模較大時(shí)軟件求解耗時(shí)較長(zhǎng)，而且軟件還缺少處理非線性問(wèn)題和引入外部已有模型的有效接口。模型分析功能不強(qiáng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)測(cè)算、簡(jiǎn)約原料數(shù)量、求解范圍分析以及對(duì)運(yùn)行結(jié)果的評(píng)估，以文本格式展示為主，缺少圖形、曲線展示工具，展示效果形象感不佳。

企業(yè)應(yīng)用情況不平衡。由于各企業(yè)的基礎(chǔ)情況不同，人員配備有差異，應(yīng)用人員流動(dòng)性大，在一些企業(yè)應(yīng)用PIMS模型出現(xiàn)了一些問(wèn)題。如在常減壓裝置子模型應(yīng)用方面，常減壓蒸餾裝置所有切割溫度、生產(chǎn)方案和懸擺切割餾分在矩陣生成時(shí)就已確定，只有在模型校核時(shí)，才能對(duì)模型中的原油切割數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，以期符合生產(chǎn)實(shí)際。懸擺餾分在做上下懸擺時(shí)，其性質(zhì)是使用整個(gè)懸擺餾分的平均性質(zhì)，致使直餾側(cè)線性質(zhì)存在一定誤差。在Delta-Base結(jié)構(gòu)維護(hù)方面，現(xiàn)有模型中只針對(duì)裝置原料進(jìn)料的性質(zhì)建立了Delta-Base結(jié)構(gòu)，部分企業(yè)沒(méi)有針對(duì)裝置的工藝操作條件建立Delta-Base結(jié)構(gòu)，因而裝置模型不能準(zhǔn)確反映工藝操作條件變化對(duì)產(chǎn)品收率帶來(lái)的影響，也無(wú)法利用PIMS模型進(jìn)行工藝操作條件的優(yōu)化。在全廠硫傳遞結(jié)構(gòu)維護(hù)方面，模型中雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫含量的物性傳遞，但硫傳遞系數(shù)是依據(jù)全廠硫平衡預(yù)測(cè)模型計(jì)算得到后由人工維護(hù)到模型中，需要有專人維護(hù)數(shù)據(jù)且維護(hù)過(guò)程較為專業(yè)和耗時(shí)，精度有待提高。在公用工程模型維護(hù)方面，模型中裝置公用工程單耗是人工給定的平均值，沒(méi)有隨加工量變化而改變，也沒(méi)有考慮裝置單耗受原料進(jìn)料性質(zhì)的影響。在模型維護(hù)方面，模型所需的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均需由人工收集、整理，然后維護(hù)到模型中。由于模型維護(hù)耗時(shí)、費(fèi)力、繁瑣，而且有些數(shù)據(jù)不易得到，難以做到根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)維護(hù)，大大降低了模型的實(shí)用性和有效性。在氫氣平衡方面，模型中對(duì)不同純度氫氣間的純度折合關(guān)系核算不細(xì)，也未考慮氫氣純度對(duì)臨氫裝置耗氫量的影響。

改進(jìn)方向

1.進(jìn)行PIMS軟件升級(jí)。對(duì)煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型做適當(dāng)調(diào)整，使之滿足在新版本PIMS中正常使用的需求。利用PIMS軟件新增功能，制定PIMS新增功能的案例應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)模板，編制配套的教材。為企業(yè)模型實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)規(guī)劃、簡(jiǎn)約原料數(shù)量、參數(shù)分析和范圍分析等新功能提供技術(shù)支持和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用服務(wù)。

2.加強(qiáng)總部煉油區(qū)域優(yōu)化模型建設(shè)。根據(jù)區(qū)域優(yōu)化模型集成要求，調(diào)整煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型，將煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型進(jìn)行集成，建立區(qū)域優(yōu)化模型。利用建立的區(qū)域優(yōu)化模型，逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)煉油企業(yè)的整體優(yōu)化，綜合考慮區(qū)域內(nèi)各煉油企業(yè)要求，進(jìn)行管輸進(jìn)口原油品種、數(shù)量、船期和庫(kù)存優(yōu)化等測(cè)算，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域效益最大化。

3.優(yōu)化結(jié)果分析系統(tǒng)。根據(jù)中國(guó)石化煉油生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)分析需求，建立適應(yīng)新版本PIMS模型要求的模型優(yōu)化結(jié)果分析系統(tǒng)，基于PIMS新版本下數(shù)據(jù)庫(kù)格式進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果的分析與展示。除生成已有報(bào)表外，需增加多周期合并流程圖、重要物料平衡表。針對(duì)區(qū)域優(yōu)化模型生成綜合指標(biāo)表、裝置負(fù)荷表、流程圖、利潤(rùn)表和互供表等業(yè)務(wù)報(bào)表。

4.提升原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)?，F(xiàn)有原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)中切割精度和性質(zhì)計(jì)算精度有待進(jìn)一步提高，原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)輕端組分收率、性質(zhì)數(shù)據(jù)存在一定誤差，需要在企業(yè)庫(kù)中增加相應(yīng)的功能。

5.做好與其他系統(tǒng)的集成工作，提高工作效率。隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，MES、ERP、TBM、LIMS等信息系統(tǒng)已逐步上線，成為各企業(yè)專業(yè)化管理的重要工具。煉油企業(yè)級(jí)PIMS模型由于開(kāi)發(fā)較早，目前還沒(méi)有與這些系統(tǒng)進(jìn)行集成。為充分利用這些系統(tǒng)為PIMS模型服務(wù)，建立PIMS模型與這些系統(tǒng)的集成是必要的，這樣不僅可大大減少模型維護(hù)的工作量，增強(qiáng)模型的實(shí)用性和有效性，還可以進(jìn)一步提高企業(yè)人員使用模型的主動(dòng)性和積極性，提升模型的應(yīng)用水平。同時(shí)應(yīng)做好與裝置機(jī)理模型、物性計(jì)算模型、調(diào)度模型、計(jì)劃管理業(yè)務(wù)平臺(tái)的集成。