油品調合需求分析的設計專題方案

1、汽油辛烷值智能調合系統(tǒng)需求分析及可行性報告概述油品調合是煉廠生產日勺最后工序，通過調合操作使半成品油變成成品油。由 于生產裝置和加工工藝日勺限制，初期日勺汽油調合操作對象是直餾汽油，MTBE, 催化裂化汽油和重整汽油等，它們分別寄存在不同罐內，通過調合把它們按比例 合在一起形成合格產品。隨著加工工藝和生產裝置控制水平勺提高，催化、重整 生產勺汽油基本上達到質量勺規(guī)定。但由于操作條件和生產加工過程勺復雜性， 仍有相稱多勺油品需要調合。具體可以分為兩種狀況：欠指標(辛烷值不夠)過指標(辛烷值過高)這兩種狀況都必須認真看待：狀況(1)不合格；狀況(2)導致經濟上勺揮霍。 為理解決這些問題，仍須調合工

2、作：對狀況(1)需增長MTBE或高辛烷值勺油品; 對狀況(2)增長直餾汽油，減少辛烷值，減少成本，避免經濟上勺揮霍。本項目作為中國科學院沈陽自動化所、錦西煉化總廠、沈陽化工學院共同申 請勺“863 ”課題“流程公司智能排產與優(yōu)化調度技術研究”勺一部分，將以汽 油辛烷值調合為主，為籌劃和生產指揮部門建立一種計算機輔助智能決策支持系 統(tǒng)，使汽油調合方案科學合理、既滿足產品質量指標又獲得良好勺經濟效益。研究內容可概括為如下三個方面：(1)油品調合勺數(shù)學模型重要是根據(jù)調合機理研究油品特性、調合配比及油品調合質量指標勺數(shù)學關系，目勺是在滿足調合質量勺條件下為獲取最大勺經濟效益提供一種基本參照模型。在調合

3、質量指標數(shù)學計算日勺基本上，以獲取最佳經濟效益為目日勺進行 調合生產調度方案日勺計算。開發(fā)建立一套以便、實用、具有可視化界面勺智能油品調合系統(tǒng)。該 系統(tǒng)將可以完畢：辛烷值計算；根據(jù)組分油勺質量特性、成品汽油勺質量原則等計算、輸出油品調合當方案變動時，調節(jié)單個組份油引起勺辛烷值和經濟指標勺變化，變 化量勺多少可以即時顯示?？捎X得籌劃處、生產調度提供最佳勺調合生產籌劃和調合方案。3 .智能油品調合系統(tǒng)解決方案3.1方案設計思想放棄基于建立一種精確模型勺思想，承認目前機理不清勺研究狀況，采用一 種在線學習不斷提高、建立一系列模型勺思想，這不是一種悲觀、被動勺思想。 一方面根據(jù)目前所知勺效果相對較好勺

4、模型，建立起參數(shù)化勺油品調合模型，然 后根據(jù)模型勺實際應用狀況進行合適勺修改，動態(tài)變化勺模型參數(shù)，形成一種系 列模型。在此基本上再加入有關勺經濟指標及其他客觀制約勺因素，來形成最后 勺油品調合生產調度方案，供生產指揮調度人員參照。當調度人員要修改方案時， 根據(jù)已有模型提供相應勺變化數(shù)據(jù)及工藝指標和經濟指標勺變化趨勢。使系統(tǒng)成 為一種科學、和諧勺輔助決策支持系統(tǒng)。這里所說勺能動態(tài)變化勺模型參數(shù)系統(tǒng)，是指系統(tǒng)具有機器自主學習勺能 力，可以根據(jù)外部條件勺變化來自主勺對內部參數(shù)進行相應勺調節(jié)，達到具有適 應環(huán)境變化勺能力；并且采用了相應勺數(shù)據(jù)挖掘算法，隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)勺不斷累積會變得越來越精確可靠。2汽油

5、辛烷值調合的基本模型把調合用日勺多種汽油組分簡化為虛擬日勺純組分，把組分之間日勺互相作用關系 歸結為可變日勺作用參數(shù)，于是有下面日勺辛烷值計算公式：Ex R Q r = Ex j=i m i X Q j ij其中：Rm :調合汽油辛烷值j=1X:組分j日勺質量分數(shù)；圖1：辛烷值計算公式R” ：組分i j勺辛烷值;Q” ：組分i J勺作用參數(shù)。圖2：組分汽油調合關系Qj.作為調合組分之間勺作用參數(shù)，受組分油性質、調合比例、調合關系 （如加和性）、及其他因素影響。開始時取經驗值作為先驗知識，隨后運用實測 勺調合汽油辛烷值修正和改善作用參數(shù)，作為在線學習勺后驗知識。學習公式為：一8RQ. = Q.

6、+ B * A Q.。A Q.=-ij其中，B為學習步長。汕j為Q.日勺學習增量，是辛烷值誤差R對Q.日勺 偏微分。3效益優(yōu)化計算根據(jù)油品調合模型、組分油勺成本、數(shù)量、庫存量、生產籌劃、成油品勺辛 烷值、市場價格等，以最大經濟效益為目勺建立數(shù)學模型，計算組分油勺數(shù)量， 形成最后勺調度參照方案。輸入數(shù)據(jù)：各組分油勺成本/噸乃，庫存量鳥.，成品油價格C。目勺函數(shù)：Max Z=cY*p. X.約束條件：(1)汽油辛烷值調合模型。物料平衡：Y = EX.庫存限制:X. W s.這是一種非線性規(guī)劃數(shù)學模型，可轉化為無約束優(yōu)化問題，用最優(yōu)化數(shù)值解 法計算。3. 4調度方案調節(jié)智能油品調合系統(tǒng)是一種計算機輔

7、助決策支持系統(tǒng)，并不是一種直接勺生 產指揮調度系統(tǒng)，其生成勺調度數(shù)據(jù)是一種優(yōu)化勺參照方案，調度人員可以根據(jù) 生產實際進行必要勺調節(jié)。為以便調度調節(jié)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將提供一種可視化勺輔助 計算功能。設AX,為組分i勺調節(jié)數(shù)量，根據(jù)調合模型：項Ex.R = Ex 和目勺函數(shù)Z=cY-p.X.m xq1 1j jj=1計算Rm日勺變化量#和效益損失狀況乙 以輔助調度決策。智能油品調合系統(tǒng)勺系統(tǒng)構造根據(jù)以上勺構思所形成勺智能油品調合系統(tǒng)重要由調合汽油編號選擇模塊、 辛烷值預測模塊、經濟效益優(yōu)化模塊、方案可視化輸出模塊、參數(shù)學習模塊等重 要模塊構成。與這些模塊相相應勺數(shù)據(jù)庫有：組分油特性數(shù)據(jù)庫、成品油特性數(shù)

8、據(jù)庫、模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫、理論調合方案數(shù)據(jù)庫、實際調合測數(shù)據(jù)庫這五個重要勺 數(shù)據(jù)庫構成。它們之間勺互相關系如下圖所示：圖3：智能調合系統(tǒng)重要功能模塊構造圖其中數(shù)據(jù)庫涉及：組分油特性數(shù)據(jù)庫存儲組分油（含添加劑）勺產地、種類（直餾、裂化還是重整）、重 要勺質量指標（辛烷值）、成本、庫存數(shù)量、存儲地點、存儲日期等。成品油特性數(shù)據(jù)庫存儲成品油日勺標號、質量指標、成本價格、市場價格、籌劃數(shù)量、 存儲能力、存儲地點、存儲日期等。實際調合數(shù)據(jù)庫實際調合勺各組分油勺種類及比例、實測成品油勺辛烷值、生產日 期等。理論調合方案數(shù)據(jù)庫存儲每一套方案中參與調合勺各組分油勺種類及比例，各組分油勺 成本，及調合后成本、存儲日

9、期等。模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫按調合汽油勺編號，參與調合勺組分油產地、種類、基本油、調合 油等分別寄存調合模型中勺互相作用參數(shù)。調合汽油編號選擇接受來自顧客勺信息：組分油勺指標、成品油勺指標以及 對多種調合方案勺評價和選擇，并將信息存入相應勺數(shù)據(jù)庫。辛烷值計算根據(jù)組分油勺辛烷值及模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫中勺有關信息給出調合 比例并對推算出調合成果勺質量指標，之后將數(shù)據(jù)存入預測勺辛烷值數(shù)據(jù)庫，以 次作為下一步進行經濟效益預測勺基本數(shù)學模型。經濟效益優(yōu)化計算根據(jù)組分油、成品油勺各項經濟指標、辛烷值計算模型、 廠內資源約束條件及市場需求量，以最大經濟效益為目勺給出參與調合勺各組分 油勺數(shù)量，并將有關數(shù)據(jù)存入調合方案數(shù)據(jù)庫。方案可視化輸出把調合方案用圖表、工藝流程圖、裝置管道布置圖等可視化 體現(xiàn)方式輸出到計算機屏幕上，供調度人員參照。在