炼油调度排产优化管理

黄松桥，张兴龙

（中国石油化工股份有限公司广州分公司，广东广州 510700）

中国石油化工股份有限公司广州分公司（简称广州石化）通过持续实施油品质量升级，目前已经能够生产国V汽油、国V柴油，油品质量升级步伐走在石化行业前列。随着炼厂加工原油品种数量多、组分性质变化大，工艺流程及调度逻辑复杂，现在的调度排产装置模型计算精度不足，系统模拟运行缓慢，炼厂受一、二次生产装置加工匹配度及环保装置处理能力限制，对精细化排产提出了更高要求。炼厂生产调度部门除编制周加工计划方案，还需编制月度生产加工计划、大修生产计划等，影响了调度排产工作的组织。目前调度排产计划发布通过线下完成，计划完成情况需手工记录，计划与实际完成对比的分析时间长、难度大，生产管理没有实现以周计划为核心业务的闭环管理。为此，生产调度部门从业务效能和业务管理两方面对原有调度排产系统进行了优化改造，以满足目前的工作需要。

1 计划排产存在问题

广州石化现采用Aspen公司ORION系统进行生产调度排产，系统始建于2004年，2005年正式投入使用。系统应用于炼油生产调度排产已十多年，存在较多问题。

1）国际油价近年来波动剧烈，原油的采购和生产加工情况也变得复杂，需要更加细致地考虑原油的混合加工问题。公司对精细化排产提出更高要求，生产调度层面不仅每周编制周加工计划方案，每月也要编制月度生产加工计划，每逢大修期间还要编制大修生产计划，从而增加调度排产的难度和工作量，对排产系统提出了更高要求。现有的ORION系统经多年使用，虽然逐步完善，但其不具备原油和成品油的调和及周期优化计算功能，不具备滚动排产功能，系统操作繁琐，无法高效快捷实现优化原油调和、成品油调和；未考虑二次加工装置部分原料性质指标的设防值。

2）与PIMS、MES、LIMS等信息系统的集成度不高，无法利用月度计划、装置投入产出信息，分析生产装置计划加工和实际加工数据之间的差异，比对硫、氢、瓦斯平衡预测与实际之间的差异，校正业务模型，提高模型精度。

3）未实现以周计划为核心业务的生产闭环管理系统流程，周计划从编制、执行到结果反馈的全过程缺少痕迹管理，不能比对分析实际生产结果与计划排产数据，生成周计划完成报告和特殊生产工况的排产报告。

2 改进目标

建设生产调度与优化管理系统，完成自船期到岸—原油接卸—原油调和/输送—原油加工—二次装置加工/硫平衡/氢平衡/瓦斯平衡—成品油调和的炼油全流程调度作业计划排产安排与计划完成情况管理。集成MES、LIMS、计划报表等系统信息，实现周计划制定、发布、执行、反馈闭环管理，优化原油调和、成品油调和，深化生产调度管理层的应用，进一步提升广州石化炼油生产管理水平，创造更高的企业经济效益。

2.1 高效快捷的全流程调度作业计划安排

新系统能够实现原油多周期调和优化、管输调和等ORION不支持的功能。保证每个批次调和原油的总体性质保持相对稳定，避免在常减压装置原料切换时造成大的产品性质波动，减少对后续加工装置的影响。

提供先进的排产工具，可以方便、快捷地实现滚动排产。有效地减少调度人员获取数据的时间，提供更加实用的信息，较大地提高排产的工作效率。在发生突发事件时，调度人员可以通过该系统快速调整作业计划，减少突发事件对生产造成的影响。

实现炼油区周计划、月计划和大修计划排产，实现硫、氢、瓦斯等系统平衡与预测。实现成品油调和优化的滚动生产安排。

2.2 构建以调度计划为核心业务的生产闭环管理流程

实现周计划从编制到执行、到结果反馈的全过程均有对应的管理痕迹，特别是增加生产装置工艺技术人员对周计划执行情况反馈这一业务流程，深化系统应用效果，提升周计划执行效力。

3 解决方案

完善升级生产调度与优化管理系统，通过流程模拟、规划求解以及专家系统技术，实现全流程调度作业计划编制。通过工作流引擎技术，实现调度作业计划制定、发布、执行、反馈闭环管理以及主要生产数据监控。

3.1 总体架构

从功能上看，整个系统分为生产调度优化排产和调度计划管理及生产监控两大模块，通过集成接口后台服务定期从MES、LIMS、PIMS等系统获取原油评价数据、罐存/组分数据、月度计划数据、原油性质等。在生产调度优化排产中实现炼油生产工艺流程建模，原油调和/输送、一次装置加工、二次装置加工、成品油调和的计划排产，以及硫平衡、氢平衡、瓦斯系统平衡等功能，在调度计划管理及生产监控中实现作业计划管理、生产监控等功能。

生产调度与优化管理总体架构如图1所示。

图1 生产调度与优化管理总体架构

3.2 生产调度优化排产

通过建立炼油全流程业务模型，实现以原料性质、二次加工装置设防值为约束条件的原油多周期排产，以避免出现原油组分使用不平衡的情况，并同时达到满足约束条件下的成本最低。通过原油自动排产，调度人员可以快速地完成原油周期作业计划的初步生成工作，将更多的精力放在细化、优化生产作业上。

3.2.1 系统集成

系统集成模块包括初始罐存/组分数据导入、初始管道数据导入、LIMS数据导入、原油评价数据导入和其他数据导入功能。通过其内置的接口程序将以上数据定时自动从MES、LIMS、PIMS等系统中读取出来，然后经过数据处理后，保存到系统数据库中，经调度人员确认及调整后作为系统的初始数据使用。

3.2.2 系统建模

系统采用流程图可视化方式建立炼厂的生产工艺流程模型，系统内置了码头、原油储罐、调和头、长输管道、装置、混合/分流器、中间罐、球罐等设备模型，能够进行快速建模[3]。

3.2.3 排产工具

系统排产及工具模块包括的功能有：原油排产工具、装置排产工具、成品油排产工具和测算工具，虽然系统可以在甘特图界面上人工添加事件，但通过排产工具可极大地提高排产效率，并且实现滚动排产。

3.2.4 计算优化

针对不同场景提供模拟计算、调和优化计算和平衡计算3种功能。模拟计算指的是在已安排周期生产调度事件后的全生产过程模拟计算，系统通过将常减压装置、二次加工装置等耗时大的计算放置在系统内部，减少了计算时间，实现了快速模拟计算。系统调和优化采用规划求解方式计算，通过将周期内同类调和事件整理成方程阵列，经求解器计算后，得到优化的周期调和优化事件。考虑到平衡计算的复杂性，系统将平衡计算以用户自定义方式计算，在Excel工作表中定义输入、输出和计算过程，在模拟计算时生产优化排产将自动计算这些模块，最终得到相关的平衡计算结果[1]。

3.3 调度作业计划管理及生产监控分析

实现生产管控和业务的双闭环管理，计划从编制到执行、到结果反馈的全过程均有对应痕迹的管理功能。生产管理人员能够及时掌握实际生产和周计划（包括加工量、硫分布、侧线收率等）的偏差，以便于及时调整排产模型，制定出更符合实际的周计划；并且能适时调整产品结构，使得产品分布更合理，进一步增强抗风险能力，满足市场需求，从而多创效益。

3.3.1 调度作业计划发布

实现调度周计划、月计划发布及审核。在调度作业计划正式发布后通过系统短信和自动发邮件提醒装置工艺人员。

3.3.2 调度作业计划查询

装置工艺人员可以通过此功能查询调度作业周计划，调度作业周计划以全局流程图的形式展现，点击相关装置可以查看详细信息，计划与实际的偏差情况在界面中以预警的形式突出展现。

3.3.3 调度作业周计划反馈

工艺人员可以通过此功能查询发布的调度作业周计划，并对计划的完成情况进行反馈。填写完成后可以在系统中提交。

3.3.4 调度作业周计划跟踪

生产调度管理人员可以通过此功能跟踪周计划的执行情况，了解工艺人员何时接收到周计划，何时提交反馈偏差情况，何时审核完成反馈情况。

3.3.5 生产监控分析

此功能模块主要是通过从其他相关系统中获取实际生产数据和模拟生产数据，经过计算、汇总以图文并茂的形式展示对比情况，包括装置加工情况、装置侧线产品收率情况，装置日平均加工负荷对比，氢气、瓦斯、酸性气趋势对比等。

4 优化效果

1）生产计划排产人员使用生产调度与优化管理系统后，按照高、低硫原油生产加工方案和更为细致的调和目标值，有效缩短了计划排产时间，从原来的4～6小时完成缩短至2～3小时，效率提升了1倍左右。同时利用系统优化功能，更加合理使用华德原油罐区、厂内原油罐区的相关油罐，减少“死罐”的时间达240小时以上，提高了油罐利用率[2]。

2）利用该系统，建立了以周计划为核心业务的生产闭环管理流程，有效督促工艺技术人员对周计划执行情况的分析、反馈，实现周计划事事有跟踪，问题有反馈。同时借助该系统的模型校正功能，及时跟踪、调整模型精度，使模型更加准确反映实际生产状况，提高计划排产准确性，蒸馏装置侧线理论收率与实际收率偏差控制在2%以内。

3）因为计划准确度增加，一、二次加工装置操作平稳率随之提高。从生产作业部反馈结果看，装置直供料比例可达90.54%，较应用系统前提高5.8个百分点，对公司节能降耗起到了一定作用。

4）应用该系统，调度人员优化装置生产安排，减少生产瓶颈约束，降低加工波动[3]。通过排产模拟计算，双闭环管理，回避由于原料库存瓶颈约束和紧急情况下产生的波动，降低生产加工波动，提高炼油综合商品率。按照广州石化1 240万吨/年原油加工规模计算，每年可增加约744吨的成品油（按汽柴油平均价格6 000元/吨计）产量，可创效446万元。

5 结语

与ORION系统相比，生产调度与优化管理系统建成后运行效率更高，模型计算更精准，能够更好地满足生产调度人员对调度计划安排、执行、反馈的闭环管理，从而进一步提升公司炼油生产管理水平，创造更高的企业经济效益。