原油运作过程中输油管道输油方案的研究.pdf

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1、研究与 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 3 1 0 0 2 2 原油运作过程中输油管道输油方案的研究术 李 勇，白丽平 ( 广东工业大学 机电工程学院， 广州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要：炼油企业生产计划是一种递阶的运作模式。在制定炼油生产计划的时候，首先根据市场需求以及现有生产环境来确定一 个 目 标炼油计划，然后再根据这个目标炼油计划得出一个详细炼油计划。然而，这个详细炼油计划只是记录了相关的输油管道 的信息，但没有给出输油顺序 ， 针对此情况 ， 根据详细生产计划得出输油管道的输油顺序 ， 并计算出每次输送原油

2、的体积。 关键词 ：炼油计划 ；输油管道 ；输油顺序 中图分类 号：T E 8 3 2 文献标 识码 ：A 文章编 号：1 0 0 99 4 9 2( 2 0 1 3 1 1 00 0 7 70 4 Th e Co u r s e o f t h e Op e r a t i o n o f t h e Cr u d e Oi l P i p e l i n e Oi l Pr o g r a m LI Yo n g， BAI L i p i n g ( G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，C ME E

3、，G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Re fi n e r y p r o d u c t i o n p l a n n i n g i s a h i e r a r c hi c a l mo d e o f o p e r a t i o n I n t h e d e v e l o p me n t o f o i l r e fin i n g p r o d u c t i o n pl a n，a c c o r d i n g t o ma r k e t d e ma n d a n d e

4、 x i s t i n g p r o d u c t i o n e n v i r o n me n t t o i d e n t i f y a t a r g e t r e fi ni n g p l a n s ， a n d t h e n b a s e d o n t h i s g o a l r e fin e r y p l a n a d e t a i l e d r e fin i n g p l a n s Ho we v e r ，t h e d e t a i l e d r e fin e r y p l a n i s r e c o r d e d

5、 i n t h e p i p e l i n e， b u t d i d n o t g i v e t h e o r d e r o f o i l ， o i l p i p e l i n e o r d e r ， a n d e a c h t i me t h e v o l u me o f t r a ns p o r t a t i o n o f c r u d e o i l t h i s a r t i c l e i s b a s e d o n a d e t a i l e d p r o d u c t i o n p l a n Ke y wo r

6、 d s ：r e fin i n g p l a n s ；p i p e l i n e；o i l o r d e r 0引言 从 生产计划和调度 的角度来看 ，整个炼油生 产过程大致可分为三个阶段： 一次加工阶段、 二次 加工阶段 以及成品储运 阶段 。 目前二次加工阶段 以及成品储运阶段 的研究 已趋于完善。然而一次加 工阶段，即原油处理过程的研究比较复杂，生产过 程涉及众多参数，生产过程既有离散过程又有连续 过程 的特征f2 叫。然 而这些研究方法所 涉及 的原油 处理问题并没有考虑输油管道作为中间传输装置 的一些约束 ，因此本文正是在这些研究的基础上 添加了输油管道的约束来综合考

7、虑原油处理过程。 1 输油管道的制约因素 本文所 研究 的输 油 管道 的约 束 问题处 于一 次 加工 即原 油处理 过程 ，输油 管道 在原油 处理 过程中起着运输作用 ，这个过程受多方面因素 的约束u l ： ( 1 )输油管道长达数十千米，管道中的原油 以万吨计算 ，因此 ，这些管道 中滞 留的原油必须 考虑为库存 ； ( 2 )输油管道 内可能因含有不同种类的原油 而分为若干段，当原油在输送的过程中，一次只 能输人到一个供油灌 ； ( 3 )输油管道通常可以接收多个储油罐 同时 送来的原油 ，但任何时刻只输出到一个供油灌 ； ( 4 )输油管道在运输 不同品种的原油之间进 行切换 的

8、时候 ，也会 出现两种或几种不同原油之 间的混合 ，造成一定的损失 ； ( 5 )输油管道的输油速率可在一定 的范 围内 变化 ，但其 费用 不同 ，在一组泵工作的条件下 ， 额定速率 的情况下最经济 ，而在两组泵工作 的条 件下 ，其额定输油速率小于单个泵工作时的额定 速率的两倍 ； ( 6 )有些原油的熔点比较高 ，在温度较低的 季节需要事先将输油管道加热才能输送原油 ，一 批这样 的原油输送完成之后 ，只有用低熔点 的原 油将它挤 出输油管道后 ，才可以停止输油 ，否则 会造成管道因凝结而堵塞。 正是 由于 以上 因素 以及炼 油厂炼 油生产 成 国家 自然科学基金 ( 编号 ：6 0

9、4 7 4 0 6 1 ) 收 稿 日 期 ： 。 一 一 匿 蒌 受 蒌 二 二 譬 与开发 本 、库存成本等一系列成本因素的制约 ，输油管 道不能根据蒸馏塔详细炼油计划来依次运输港 口 油罐中的原油。综合这些制约因素 ，本文研究出 一种实用 的按照详细炼油生产计划单来安排原油 的输油顺序。 2 原油运作过程中输油管道输油方案的研究 2 1 输油方案的提 出 原油在输送到厂内供油灌之后 ，都要经过一 段时间的沉淀才能输送至蒸馏塔内进行蒸馏 ，而 输油管道输送原油与否 ，由供蒸馏塔蒸馏的供油 灌 内储存 的原油体 积 以及 蒸馏塔 的蒸馏 速度决 定 ，因此可以得到公式 ： ( 1 ) 表示供

10、蒸馏塔 i 的蒸馏时间 ； 表示供蒸馏塔 i 的供油灌 内储存 的原油体 积 ； 表示蒸馏塔 i 的蒸馏速度 。 定理 1假定炼 油厂有 K个蒸馏塔 的情况下 ， 每个蒸馏塔都有l ， 3 ) 个供油灌为其供油 ，该 统在满足一定 的初始条件下 ，按照上述公式 ( 1 ) 得到的一组时间序列作为输油策略来规定输油管 道的输油顺序 ，则该系统是可调度 的。 证 明 ：假 设 炼 厂 有 个 蒸 馏 塔 ， 即 D S ， D S ， ，DS ，每个蒸馏 塔 D S 对应 的供油灌有 3 ) 个 ，每个供油灌 内的储油量为 G，那得 到 的每个蒸馏塔蒸馏完对应的所有供油灌 内原油的 时间为 ，现假

11、设有一组时间序列 同 时 有 六 个 供 油 灌 C T K ， C T K ! ， C T K , ，C ，C T K 和 为这两个蒸馏塔供油 ， 并 且 C T K。 ， C T K 2 和 c 为 蒸 馏 塔 D S 。 供 油 ， C T K 4 ，C T K 5 和C T K , 为蒸馏塔D S ： 供油，每个供油 灌对 应 的在 其 内部 储存 的原 油量 为 C ( 1 i 6 ) ，而每个供油灌的容积为 ( 1 i 6 ) ，所以 C 。同时又由于原油到达供油灌后必须在供油 灌 内沉淀一段时间 后才能被蒸馏塔使用 ，沉淀 时间 听需要 的炼油量分别为A = S 2 和A = 0

12、- 1 ； 在初 始边界条 件 的情况 下 ，供 油灌 C T K 干 C T K 2 中原 th # 1 的储油量为 C = c = A ， ，同时供油灌 C T K 4 和 C T K , 中原油# 2 的储油量为 = e= A ! ，供油 灌 C T K , 和 c 为空灌 ，供油灌 C T K 和 c 在 分别对蒸馏塔DS 和D S 。 供油。由上述输油策略公 式 ( 1 )可 知 ，两个蒸 馏塔 对应 的蒸馏 时间 = ，即可选择其 中一个蒸馏塔进行先输 油 ，假设 就选择蒸馏塔 D S 进行先输送原油 l ，那么就应 该 在 时 刻 为 0时 先 为 蒸 馏 塔 D S 在 周 期

13、 0 ， 内输送原油# 1 ，在时刻 时再 为蒸 内输送原油# 1 ，在时刻 时再 为蒸 J p m J _l n ， 馏塔 D s 在周期周期 ，明 内输送原油# 2 ， J n m q I 并且每次在对应 的时间周期内输送原油的量分别 为A 。 和A 。 假设六 个供 油灌 C T K 。 ，C T K 2 ，C T K 3 ，C T K 4 ， C T K 5 和 C T K 6 内的原油都是满载的情况下 ，那么由 上述输油策略公式 ( 1 )可知 ，两个蒸馏塔相对应 的蒸馏时间 T ， 同 时 有 九 个 供 油 灌 C T K。 ， CT K 2 ，C 3 ，C T K4 ，CT K

14、5 ，C T K6 ，C T K7 ，C s 和 C 为这 三个蒸馏塔 供 油 ，并且 C T K。 ，C 和 f l l ； u u 曩f 7 8 f_ 一。 。 1 - - - - - - 1 I - - j - 一 李 勇 等：原油运作过程中输油管道输油方案的研究 C T K 3 为蒸馏塔D S 供油，C T K 4 ，c 和c 为蒸 馏塔 D S 供油 ，C T K 7 ，C T K 8 和 c 为蒸馏塔D S 供 油 ，每个供油灌对应的在其 内部储存 的原油量为 C ( 1 i 6 ) ，而每个供 油灌 的容积为 ( 1 i 6 ) ，所 以有 e 。同时又 由于原油到达供油灌 后必

15、须在供油灌 内沉淀一段时间 舌才能 被蒸馏 塔使 用 ，沉 淀 时间 所需要 的炼 油量分别 为A = 。 ，A ： = 2 和A 3 -M2 。 初始边界条件为供油灌 C T K , 和 C T K ： 中原油# 1 的储油量为 C 。 = c 2 = A 。 ，供油灌 C T K 4 和 c 中原油 # 2的储油量为 C 4 = C = A ，供油灌 C T K 7 和 C T K s 中原 油# 3的储油量为 C = C = A ， ，供油灌 C T K 3 、C T K 6 和 C T K 9 为空灌 ，供 油灌 C T K 、C T K 4 和 C T K 7 正在分 别对蒸馏 塔

16、D S 。 、D S 和 D S ， 供油 。由上述输 油策 略公式( 1 )可知 ，两个蒸馏 塔对应 的蒸馏 时间 = = ，即可选择其 中一个蒸馏塔进行先输油 ， 那假设就 选择蒸馏塔 D S 进行 先输送原油# l 。那 仃， 么就应该在周期 0 ， 内先为蒸馏 塔 ， J J s 。 输 j 9 n n 送原油# 1 ， NC l ， 内 再为蒸馏 送原油# 1 ， ， 内 再为蒸馏 J p m a x J p m a x r)， 塔 D 5 输送原油# 2 ，在周期 ， 内为蒸馏塔 口 m n D S 输送原油# 3 ，并且每次在对应的时问周期内输 送原油的量分别为A ， 、A ：

17、和A 。 2 2 3 k 个蒸馏塔炼油的情况 假定有 个蒸馏塔D S 、D S 、D S ，它们 的 炼 油 速 度 。 = ，同 时有 3 个 供 油 灌 CT K。 ， CT K2 ， CT K3 ， ， C ： ，且所有蒸馏塔的蒸馏速度之和小 于 或 等 于 输 油 管 道 的 最 大 输 油 速 度 ， 即 ，同时每个蒸馏塔 D s 都有I ， 个供油灌 I =1 为其蒸馏过程进行原油供给，每个供油灌对应的 在其内部储存的原油量为c ( 1 6 ) ，而每个 供油灌 的容积为 ( 1 i 6 ) ，显而易见 C 同时 又 由于 原 油 到 达供 油灌 后 必 须 在 供 油 灌 内沉

18、淀 一段 时 间 后 才 能 被 蒸 馏 塔 使 用 。 此 时根据公式 ( 1 )的输油策略可以得到一组时 间 序 列 ， 即 T x ，假 设 + ( 1 一1 ) ，应该在时刻 ( 一 +里 给 j p m a x j p m a x 蒸 馏 塔 D S 输 送 原 油 的体 积 为 ( + 一 、 十 一 针对上面的普通条件下输送的原油的体积，在 时间 ( + 一 一 + )内给蒸馏 j p m a x j p m a x 塔 D S 输送原油 的体积 存在两 种可能的情 况 ， 一是在这段时问 内输送 的原油的体积超过蒸馏塔 D S 对应的供油灌的容积，则即可停止对该蒸馏塔 进行输

19、油 ，转至对下一个蒸馏塔进行输油安排 ； 另外是即使蒸馏塔D S 。对应的某一个供油灌并没有 完全满油状态 ，此时也必须要停止对其输油而转 至对下一个蒸馏塔进行输油安排。 3 实例验证 某炼油厂有 4 个蒸馏塔 D S 。 ， D S ，D S ， 和 和 l 5 个供油罐 C T K 1 C T K 。 ， C T K ,。 3 ，C T K I ， 与开发 CT K, o 5 ， CI K1 0 6 ， CI Kl 0 7 ， CT Klo 8 ， CT K1 o 9 ， C7 K1 1 0 ， C T K ，C T K ，C T K ，C T K , 和 C T K 1 短期 生 产计划

20、的周期为 1 0 d 。从港 口储 油罐 的原油 由一 条输油管道把相应原油输送 到炼厂蒸馏塔对应 的 供油罐。4 个蒸馏塔的炼油速率分别为5 0 0 t h 、 4 0 0 t h、3 0 0 t h和 2 0 0 t h 。 原 油 在 油 罐 的 驻 留 时 间 为 3 h， =2 0 0 0 t h ，表 1 表示厂 区各个 油罐的容量和初始库存 。 表 1 油罐的容量和初始库存 由表 1 可看 出，供油灌 C T K 1 和 C T K , 为空 ， 短期生产计划中并未使用它们 ，暂作储油罐使用 ， 无需 向蒸馏塔进行供油 。C T K。 正在供 给蒸馏塔 D S ，C T K 。

21、正在供给蒸馏塔 D S ： ，C T K 。 正在供给蒸 馏塔 D S ，C T K 正在供给蒸馏塔D S。 按照表 1 的一些数据 ，结合公式 ( 1 )可以得 到一组 时 间数据 ：T 1 = 7 2 h ，T 2 = 7 5 h ，T 3 = 1 5 0 h ， T 4 = 1 0 0 h 。所 以可 以得 出一 组时 间序 列 ： T T 3 ，因此这个时间序列说明就应该要先对蒸馏 塔 D S 进行输送原油# 1 ，那 即刻起先对蒸馏塔D S 对应的供油灌输送# 1 原油 5 0 0 0 0 t ，分别装在供油 灌 C 。 ： 和 C T K 中 ；此步骤所用的时间为 2 5 h ；

22、然后再对蒸馏塔 D S ： 进行输送# 2 原油 ，在把# 1 原 油输送完成后立 即输送# 2 原油 3 1 0 0 0 t ，分别装在 供油灌 C T K 。 和C T K 1 。 中，这次输送# 2 原油所用的 时间为 1 5 5 h ；接下来就应该对蒸馏塔 D S 进行输 送# 4 原油 ，在把# 2 原油输送完成后立 即输送# 4 原 油4 3 0 0 0 t ，分 别装 在供 油灌 C T K。 。 ： 和 C T K 中 ， 这 次输 送# 4原 油所 用 的时 间为 2 1 5 h；最 后就 应 该对 蒸馏塔 D S 。 进行输 送# 3原油 ，在把 # 4原 油输送完成后立即

23、输送# 3 原油4 8 0 0 0 t ，分别装 在供油灌 C T K 。 、C T K 。 。 和 C T K 中 ，这次输送# 4 原油所 用 的时间 为 2 4 h 。这 一 回合输送 原油 之 后 ，总共耗时 8 6 h ，即蒸馏塔 D S 。 和D S 中原来的 原油 已经 被炼完 ，即可提炼 这次输送 过来 的原 油 ，这样就可 以保证系统能够持续稳定的运行下 去。 4 小结 本文只是讨论 了在现有的给出的短期生产计 划的基础上进行的一个输油策略 ，并且依赖炼厂 系统给出的准确短期生产计划 ，然而完整准确的 详细短期生产计划依旧还未取得有效进展，所以 如果能够确定出详细的短期炼油计

24、划，再配合本 文所提供的输油策略即可得 出炼油系统应该在什 么时刻输送哪种类 型和输送多少体积的原油 。因 此如何得到准确详 细的短期生产计划有待进一步 加强研究。 参考文献 ： 1 白丽平，伍乃骐 炼油厂原油处理过程短期生产计划 及 其 复 杂 性 J 工 业 工 程 ，2 0 1 1 ，1 4 ( 1 )： 6 7 71 1 2 J Wu N a i q i ，C h u F e n g S h o r t t e r m S c h e d u l a b i l i t y A n a l y s i s o f C r u d e O i l Op e r a t i o n s i

25、 n Re fi n e r y W i t h Oi l R e s i d e n c y T i me C o n s t r a i n t U s i n g P e t r i n e t s J I E E E T r a n s S y s t ， Ma n， Cy b e r n， P a rt C， 2 0 0 8， 3 8( 6) ： 1 9 1 6 - 1 9 21 1 3 j Wu N a i q i ，B a i L i p i n g A T r e e S t a g e Me t h o d t o F i n d R e fin i n g S c h e

26、d u l e s o f C r u d e Oi l O p e r a t i o n s i n Re fi n e r y A S e r v i c e O p e r a t i o n s ，L o g i s t i c s ，a n d I n for m a t i o n s C 2 0 1 1 I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e ，2 0 1 1 ：1 - 6 1 4 J Wu N a i q i ， Z h o u Me n g c h u ， C h u F e n g A P e t r i

27、 Ne t - b a s e d h e u r i s t i c a l g o r i t h m f o r r e a l i z a b i l i t y o f t a r g e t r e fi n i n g s c h e d u l e fo r o i l r e fi n e r y J I E E E T r a n s a c t i o n s o n Au t o ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g， 2 0 0 8， 5 ( 4 ) ：6 6 1 6 7 6 5 伍乃骐，白丽平 炼油生产计划和调度优化的研究 J 计算机集成制造 系统，2 0 0 5 ，1 l( 1 ) ：9 0 9 6 6 白丽平 炼油生产原油处理过程短期生产计划的建模 和优化 D 广州：广东工业大学，2 0 1 0 第一作者简介 ：李勇，男，1 9 8 6 年生，河南人，硕士研 究生。研究领域：生产计划、调度和控制。 ( 编辑 ： 王智圣) E W z z z z r 墨 I 8 0 羔 鲨