一种支持多公用组分的汽油在线双调合头协调优化方法

摘要

本发明公开了一种支持多公用组分的汽油在线双调合头协调优化方法，采用在线双调合头协调优化算法，在两个调合头均能满足各自生产工艺设备约束的条件下，使调合油性质均符合质量指标，并降低生产成本。通过在线汽油双调合头协调优化，能实现各公用非直调组分流量之和不超出其输出管线流量限制，各公用直调组分分配到两个调合头分流量之和等于其来油总流量。该方法可为炼厂汽油调合提供满足质量指标的调合配方，且避免质量过剩，提高了企业经济效益，特别适用于炼油企业的汽油加工。

说明书

技术领域

本发明涉及炼油企业汽油调合领域，尤其是汽油在线双调合头的协调优化方法，具体是一种支持多公用组分的在线汽油双调合头协调优化方法。 

背景技术

目前我国针对汽油先后颁布了国III、国IV和国V三个标准，每个标准里又有多个牌号。大型炼厂一般都会生产多种牌号汽油。实际生产中，如果采用单调合头生产多牌号汽油会导致生产频繁切换的问题。因此，炼厂一般采用双调合头同时生产不同牌号汽油，以提高灵活性。但双调合头若同时使用公用组分，可能发生公用组分争抢的问题，影响两调合头任务的完成。 

公用组分分为公用直调组分和公用非直调组分。直调组分从生产装置生产出来后，直接参与调合，其流量不可控，波动较大；而非直调组分从生产装置出来后，先经过组分罐，再参与调合，其流量可控。 

针对两个调合头争抢公用组分的问题，目前没有很好的解决方法。有些炼厂简单地将一个调合头中公用直调组分的流量固定不变进行调合，而该公用直调组分的剩余量参与另一个调合头调合，此方法易导致生产成本高，甚至调合油不符合质量指标的问题。还有一些炼厂首先对两个调合头在各自约束条件下独立进行优化计算求出配方，再判断公用组分总流量是否超出限制，若超出则启动双调合头协调功能，修改两个调合头产品流量和公用组分约束条件，并重新执行单调合头控制算法。但此方法实时性稍差，不能根据直调组分流量的波动及时解决双调合头公用组分争抢的问题。 

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种支持多公用组分的汽油在线双调合头协调优化方法，该方法能够在同时满足两个调合头的设备工艺等约束条件前提下，协调公用组分在每个调合头的用量，保证每个调合头产品质量的同时，实现性质卡边，降低成本，提高企业经济效益。 

一种支持多公用组分的汽油在线双调合头协调优化方法，通过求解目标函数同时获得两调合头的调合配方和公用直调组分的分流量，该目标函数既考虑了汽油性质偏差最小，又考虑了生产成本最小化；同时，各公用非直调组分的分流量之和在其输出管线流量约束范围内，各公用直调组分的分流量之和等于其总流量。具体包括以下步骤： 

I、设定各组分油价格，以及非直调组分输出管线的流量约束； 

II、分别设定两个调合头的生产汽油牌号和调合总量，参与调合组分油及其流量约束条件； 

III、分别设定两个调合头优化性质项、优化范围及优化方向； 

IV、获取各组分油当前性质值，以及直调组分总流量； 

V、通过求解目标函数计算双调合头各自的配方，以及两调合头分别分配的直调组分的分流量； 

VI、将两个调合头的配方及直调组分的分流量下发到控制系统执行； 

VII、判断是否有调合头完成调合任务，若无则回到步骤IV，否则结束双调合头在线协调优化算法。 

本发明中，所述目标函数为： 

$\left(\begin{array}{c}\min \Phi (X1,\mathrm{DFR}1,X2,\mathrm{DFR}2)=\{\underset{i=1}{\overset{k1}{\Sigma }}{\left[{\lambda 1}_i(f{\left(X1\right)}_i-{\mathrm{goal}1}_i)\right]}^2+{\lambda 1}_{\mathrm{Price}}\mathrm{\Sigma Price}1·X1\}+\\ \{\underset{i=1}{\overset{k2}{\Sigma }}{\left[{\lambda 2}_i(f{\left(X2\right)}_i-{\mathrm{goal}2}_i)\right]}^2+{\lambda 2}_{\mathrm{Price}}\mathrm{\Sigma Price}2·X2\}\\ s.t.\mathrm{\Sigma X}1=1;\mathrm{\Sigma X}2=1\\ {X1}_{\min }\le X1\le {X1}_{\max };{X2}_{\min }\le X2\le {X2}_{\max }\\ \mathrm{TDFR}=\mathrm{DFR}1+\mathrm{DFR}2\\ \mathrm{TFR}1=\mathrm{DFR}1/{X1}_{\mathrm{direct}};\mathrm{TFR}2=\mathrm{DFR}2/{X2}_{\mathrm{direct}}\\ {\mathrm{TDR}1}_{\min }\le \mathrm{TFR}1\le {\mathrm{TFR}1}_{\max };{\mathrm{TFR}2}_{\min }\le \mathrm{TFR}2\le {\mathrm{TFR}2}_{\max }\\ {\mathrm{FR}1}_{\min }\le \mathrm{TFR}1·X1\le {\mathrm{FR}1}_{\max };{\mathrm{FR}2}_{\min }\le \mathrm{TFR}2·X2\le {\mathrm{FR}2}_{\max }\\ {\mathrm{PFR}}_{\min }\le \mathrm{TFR}1·{X1}_{\mathrm{undriect}}+\mathrm{TFR}2·{X2}_{\mathrm{undriect}}\le {\mathrm{PRF}}_{\max }\\ t1·\mathrm{TFR}1\le M2;t2·\mathrm{TFR}2\le M2\\ {\mathrm{rangeL}1}_{n1}\le f{\left(X1\right)}_{n1}\le {\mathrm{rangeU}1}_{n1};{\mathrm{rangeL}2}_{n2}\le f{\left(X2\right)}_{n2}\le {\mathrm{rangeU}2}_{n2}\end{array}\right)---\left(1\right)$

式(1)中，Φ(X)为目标函数；X1、X2分别为1#调合头和2#调合头参与调合各组分的优化配方，X1＝[x1₁,x1₂…x1_m1]，X2＝[x2₁,x2₂…x2_m2]；X1_min和X2_min分别为1#调合头和2#调合头配方下限， X2_min＝[x2_min,1,x2_min,2…x2_min,m2]，X1_min≥0，X2_min≥0；X1_max和X2_max分别为1#调合头和2#调合头配方上限，X2_max＝[x2_max,1,x2_max,2…x2_max,m2]，X1_max≥0，X2_max≥0；X1_direct和X2_direct分别为1#调合头和2#调合头直调组分的配方，X1_undirect和X2_undirect分别为1#调合头和2#调合头非直调组分的配方；m1、m2分别表示1#调合头和2#调合头汽油参与调合组分的个数；DFR1和DFR2分别为各直调组分分配到1#调合头和2#调合头的分流量，DFR为各直调组分的总流量；k1、k2分别为1#调合头和2#调合头参与优化性质项的个数；goal1、goal2分别为1#调合头和2#调合头参与优化性质项的优化目标；λ1、λ2分别为1#调合头和2#调合头有优化目标性质的权重，λ1＞0，λ2＞0；f(X1)、f(X2)分别为1#调合头和2#调合头参与优化性质调用的调合规则，如调合领域常用的线性调合规则、相互作用法、Stewart法和Chevron法等；Price1、Price2分别为1#调合头和2#调合头参与调合各组分油的价格，Price2≥0，Price1＝[price₁,price₂,…price_m1]，Price2＝[price₁,price₂,…price_m2]；λ1_Price、λ2_Price分别为1#调合头和2#调合头价格优化的权重，λ1_Price＞0、λ2_Price＞0；TFR1、TFR2分别为1#调合头和2#调合头调合总流量；TFR1_min、TFR2_min分别为1#调合头和2#调合头调合总流量下限；TFR1_max、TFR2_max分别为1#调合头和2#调合头调合总流量上限；FR1_min、FR2_min分别为1#调合头和2#调合头参与调合各组分流量下限；FR1_max、FR2_max分别为1#调合头和2#调合头参与调合各组分流量上限；PFR_min为参与调合各非直调组分输出管线的流量下限，PFR_max为参与调合各非直调组分输出管线的流量上限；t1、t2分别为1#调合头和2#调合头本次调合预计执行时间；M1、M2分别为1#调合头和2#调合头本次调合调合量；rangeL1、rangeU1分别为1#调合头参与优化性质项下限和上限，rangeL2、rangeU2分别为2#调合头参与优化性质项下限和上限；n1、n2分别为1#调合头和2#调合头参与优化性质项的个数。 

作为一种测量方案，步骤IV中，通过设置流量计来获取直调组分总流量。 

作为一种测量方案，步骤IV中，通过设置近红外分析仪在线检测点、硫含量分析仪在线检测点、流量计来获取各组分油当前性质值。 

作为另一种测量方案，对于不能通过分析仪获得的各组分油当前性质值，直接从实验室数据管理系统中获得。 

步骤II中两调合头可以分别设定参与调合的组分油，其组分油种类、数目及其流量约束可以根据需要进行不同设置。 

步骤III中两调合头所关注的优化性质可以分别设定，且可以根据需要设置不同的性质。 

步骤V中，两调合头同时进行优化，获取各自的配方和直调组分的分流量。 

在满足两调合头各自约束条件下，各直调组分的分流量之和等于其总流量，各非直调组分分流量之和满足其输出管线约束。 

有益效果： 

本发明提出了一种支持多公用组分的汽油在线双调合头协调优化方法，通过求解目标函数同时获得两调合头的调合配方和公用直调组分的流量，做到两个调合头同时兼顾。在两个调合头满足各自生产工艺设备约束的条件下，使调合油性质满足控制指标，并有效实现性质卡边，降低生产成本。 

附图说明

图1是汽油调合系统总体框图。 

图2是汽油调合双调合头协调优化系统工作流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的说明。 

下面以本发明在某炼化企业实际实施情况并结合一具体算例，给出详细的计算过程和具体的操作流程。该企业有两个调合头同时生产不同牌号的汽油，参与调合的组分油共6路，其中第1路的S_Zorb汽油和第3路的混合芳烃为直调组分；另外4路分别为己烷轻石、重整抽余油、MTBE和芳烃C9，为非直调组分。以前该企业采用各自独立优化调合的方法，存在质量过剩、效益不佳等问题。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。 

如图1所示，本汽油调合系统包括以下部分：汽油调合优化计算机、调合控制器、实验室数据管理系统和现场的设备及仪表。设备及仪表具体包括在线近红外分析仪、硫含量分析仪、调合组分罐、产品罐、调节阀、流量计、调合泵和静态混合器。调合控制器接受来自汽油调合优化计算机的两调合头各自配方指令，控制现场的调节阀完成流量控制。 

如图2所示，本方法的工作流程主要包括以下步骤： 

步骤I：设定组分油价格，以及非直调组分管线流量约束。 

分别设定6路组分当前的价格，以及各非直调组分输出管线约束，如表1所示。 

表1管线约束及组分油价格 

步骤II：分别根据生产计划设定两个调合头生产汽油的牌号和调合总量，参与调合组分油及其配方/流量约束条件。 

假设该炼厂当前安排1#调合头生产10000t的95#汽油，2#调合头生产5000t的92#汽油。设定各调合头参与调合的组分油，其中参与调合95#汽油的组分油有S_Zorb汽油、己烷轻石、混合芳烃、重整抽余油、MTBE和芳烃C9，参与调合92#汽油的组分油有S_Zorb汽油、己烷轻石、混合芳烃、重整抽余油和MTBE。各调合头参与调合组分油的配方和流量约束表2所示。 

表2两调合头参与调合组分油、调合头配方/流量约束 

步骤III：分别设定两个调合头优化性质项、优化范围及优化方向。 

由于参与95#和92#汽油的组分油不相同，因此其关心的性质不同。对于95#汽油比较关心研究法辛烷值、饱和蒸气压、硫含量和氧含量，且希望研究法辛烷值能够尽可能卡边；而对于92#汽油比较关心研究法辛烷值、饱和蒸气压、烯烃含量和终馏点，同时也希望研究法辛烷值能够尽可能卡边。两调合头优化性质项，及其优化范围和优化方向如表3所示。 

表3两调合头优化性质项，及其优化范围和优化方向 

步骤IV：获取各组分油当前性质值，以及直调组分总流量。 

由于MTBE性质相对稳定，因此其输出管线上不设置近红外采样点；而S_Zorb汽油、己烷轻石、混合芳烃、重整抽余油和芳烃C9性质不稳定，因此在其输出管线上设置近红外采样点，通过在线近红外分析仪检测各组分油性质；同时S_Zorb汽油的硫含量波动大，需实时监控其实际硫含量，故在S_Zorb汽油输出管线上设置硫含量采样点。对于不能从分析仪上获得的性质值，可以从实验室数据管理系统获得。假设各组分油当前性质值如表4所示。此外，假设从S_Zorb汽油和混合芳烃输出管线的总流量计上得到其当前总流量分别为90t/h、15t/h。 

表4各组分油当前性质值 

步骤V：通过求解目标函数计算双调合头各自配方，以及两调合头直调组分的分流量。 

在上述参数设定完成后，直接根据式(1)优化，其优化结果如表5所示。 

表5两调合头组分配方及各组分分流量 

步骤VI：将两调合头的配方及直调组分的分流量下发到控制系统执行。 

步骤VII：判断是否有调合头调合生产任务结束，若有则结束在线汽油双调合头协调优化，否则返回步骤IV。 

通过计算来验证本发明的技术方案能够在两个调合头满足各自生产工艺设备约束的条件下，使调合油性质满足控制指标，并有效实现性质卡边，降低生产成本。 

本发明的技术方案：根据直调组分S_Zorb汽油在1#调合头的分流量65t/h和其相应的配方48.88％，计算出1#调合头的总流量132.98t/h，并结合非直调组分的配方计算出非直调组分的分流量。2#调合头的总流量和非直调组分的分流量计算方式同1#调合头，具体计算结果如表5所示。 

通过两个调合头各自的配方和各组分油当前的性质值和单价可以以计算出调合油的性质值和单价，如表6所示。 

表6两调合头调合油性质值及价格 

序号 优化项 单位 1#调合头(95#) 2#调合头(92#) 1 研究法辛烷值 - 95.20 92.20 2 饱和蒸气压 KPa 52.60 63.00 3 硫含量 ppm 2.20 - 4 氧含量 wt％ 1.06 - 5 烯烃含量 v％ - 10.58 6 终馏点 ℃ - 140.06 7 价格 元/吨 6,237.74 6,355.05

原有的技术方案：需要指出的是，企业以前采用的是两个调合头分别优化。为便于比较，将以前优化的结果计算如下。根据S_Zorb汽油和混合芳烃的输出管线当前总流量90t/h和15t/h，人为设定S_Zorb汽油分配给1#调合头的流量为60t/h，分配给2#调合头的流量为其剩余流量30t/h；混合芳烃分配给1#调合头的流量为9.5t/h，分配给2#调合头的流量为其剩余流量5.5t/h。根据组分油当前性质和两调合头各自配方/流量、性质约束条件分别进行优化，其结果如表7所示。 

表7两调合头单独优化时，各组分配方及流量分配 

根据各组分配方和组分油当前性质值及价格，计算出不采用在线汽油双调合头协调优化算法时调合油的性质值及价格，如表8所示。 

表8两调合头单独优化时，调合油性质值及价格 

序号 优化项 单位 1#调合头 2#调合头 1 研究法辛烷值 - 95.20 92.20 2 饱和蒸气压 KPa 52.43 63.00 3 硫含量 ppm 2.29 - 4 氧含量 wt％ 1.04 - 5 烯烃含量 v％ - 10.95 6 终馏点 ℃ - 141.90 7 价格 元/吨 6,244.42 6,355.50

结论：通过两种优化方式比较得出，优化配方及流量均满足两调合头的约束条件，各组分的总流量也满足各组分管线输出流量约束条件，调合油性质满足控 制指标且两调合头的研究法辛烷值也均卡边。但是单独对两调合头分别进行优化时，其调合油的单价分别为6244.42元/吨和6355.50元/吨，而采用双调合头协调优化算法进行优化时其其调合油的单价分别为6237.74元/吨和6355.50元/吨。可见，生产1吨汽油即可节约6244.42-6237.74＝6.68元。以一个年产300万吨汽油的中等规模炼化企业为例，仅此一项即可节约资金约2000万元/年。此外，由于采用了双调合头协调优化，既避免了质量不合格问题，同时又避免了各自单独优化造成的反复计算问题，节约了时间，提高了生产的实时性。由此可见采用本发明方法进行优化更具优势。 

本发明未涉及方法均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。