专利名称：炼油化工组分跟踪方法
技术领域：
本发明涉及计算机控制方法，特别涉及一种炼油化工组分跟踪方法。
背景技术：
在炼油化工中，生产装置侧线的输出称为组分。组分的流向大体上有这样几种一 是作为加工原料送到下游装置，二是参加油品调和形成产品，三是暂存到某一个或某几 个中间罐。无论从企业的整体来说，还是针对某一装置或某一储罐，组分的进和出是等 量的，这就是所谓的组分平衡。从这个角度出发，通过油品移动管理得到的组分流动起 止源、起止时间和量值数据，以及根据其它相关条件建立的数学模型，去实施组分跟踪， 是加强企业的精细管理，采用信息技术带动企业的快速发展，最大程度获取经济效益的 要求。而这种过去不被人们关注或者没有办法关注的组分跟踪，已成为传统炼油化工的 最大弱项,存在很大不足。为了能及时了解各种组分从哪来到哪去和来多少去多少，从 而准确掌握企业生产活动的实时状态，而且根据组分跟踪的结果，审核原有已经做过校 正的生产数据准确与否，进行更深层次的调理和校正，大大提高基础数据的可靠度，便 成了组分跟踪的技术课题。
发明内容
本发明的目的是克服现有的技术存在的缺陷，提供一种可以加强生产的精细管理， 提高基础数据的可靠度,为生产优化提供重要依据并给企业带来较大的经济效益的炼油 化工组分跟踪方法。
为达到上述目的，本发明提供的炼油化工组分跟踪方法由计量系统、LIMS实验室 管理系统、MES系统和组分跟踪计算机构成的组分跟踪系统，实施对炼油化工企业油品 组分实时状态的监测，实现对生产活动的精细管理，该方法执行如下步骤
①所述MES系统确定各组分流动起止源、起止时间和量值数据；
O所述计量系统采集各组分的侧线流量、油罐储量数据；
G)所述LIMS实验室管理系统获取各组分的质量数据；
④所述组分跟踪计算机调用上述各系统数据，建立组分跟踪模型，并根据所述组 分跟踪平衡模型进行计算，实施组分跟踪；
4 所述组分跟踪计算机将组分跟踪结果传输至上述各系统。
本发明炼油化工组分跟踪方法，其中所述步骤④建立组分跟踪平衡模型和实施组分 跟踪，执行如下步骤
④-l建立"流动——组分"集合，初始化其为空； ④-2对各节点的初始组分进行初始化；
④-3对于所有的节点，将与之相关的流动按照起始时间进行先后排序，对于起始时 间相同的流动，按照先入后出进行排序；
④-4将所有由侧线作为起始点的流动及其组分纳入记录中；
④-5搜索所有的节点，如果满足l)该节点存在这种流动；2)该流动以该节点为起 始点；3)与该节点相关的所有排在该流动前的流动均已被纳入"流动——组分"集合中； 则对于该节点进行以下操作
1) 根据节点组分计算流动组分；
2) 将该流动纳入"流动——组分"集合；
3) 修改该流动目的节点的组分记录；
4) 修改该流动目的源点的组分记录； ④-6重复步骤④-5，直到所有流动均被处理。
本发明炼油化工组分跟踪方法，在其中所述步骤①中，MES系统所确定的组分流
动包括
1) 原油罐至一次加工装置；
2) 原油罐、 一次加工装置至二次加工装置；
3) —次加工装置至成品、半成品储罐；
4) 二次加工装置至成品、半成品储罐；
5) 储罐至储罐。
本发明炼油化工组分跟踪方法，在其中所述步骤Q)中，计量系统采集的各组分数据 包括原料进厂数据、油品罐存数据、装置侧线流量数据和产品出厂数据。
本发明炼油化工组分跟踪方法，在其中所述步骤③中，LIMS实验室管理系统获取
各组分的质量数据包括装置馏出口、原料、罐区和进出厂油品质量数据。
本发明炼油化工组分跟踪方法的优点在于通过对组分的跟踪，实现了对生产的精 细管理，能够准确了解物流状况，为物料平衡提供了真实数据的支持，合理地调配和利 用各种生产资源，在发现问题时迅速调整生产方案或工艺参数，确保生产装置安全稳定长期优质运行，可以为企业获取更大的经济效益。
下面结合实施例参照附图进行详细说明，以求对本发明的目的、特征和优点得到更 深入的理解。
图1为本发明炼油化工组分跟踪方法的系统示意图； 图2为本发明实施例的组分跟踪系统结构图3为本发明实施例对组分跟踪进行分析的示意图。
具体实施例方式
炼油企业以原油和天然气为主要原料，生产出燃料、润滑油、石蜡等产品，满足社会 的需要，同时谋求企业的最大经济效益。炼油的流程是连续生产，规模宏大，由许多复杂 内部关联的单元操作模块组成，参见图l，单元模块之间由物料流、能量流及设备的相互连 接而组成不同的炼油化工过程流程。
装置炼油企业生产汽油、柴油、煤油、蜡油等产品的设备组合称之为装置。炼油企
业的装置有常减压、催化裂化、重油催化、加氢裂化、延迟焦化、垸基化、重整、加氢 精制等。
一次加工和二次加工就炼油过程来说，通常划分成一次加工和二次加工。 一次加工， 指的是把原油蒸馏，通过物理过程，按不同的沸点切割生成汽油、柴油、煤油、蜡油等多 种成品和本成品，统称为直馏产品。二次加工，指的是将一次加工所生成的馏分，通过化 学过程，再经进一步的加工生产汽油和柴油等成品，其目的是提高轻油收率，为企业获取 更大的经济效益。
油品原油、汽油、柴油、煤油、蜡油、渣油等成品，以及半成品(中间产品)，统称 之为油品。
储罐储罐是贮存石油及产品的容器。储罐的分类可其安装位置、使用材质、整体结 构和油品类型来区分。
罐区储罐按生产需要，把几个、十几储罐集中起来管理，称之为罐区。罐区一般分 为原油罐区、中间(半成品)罐区、成品罐区、原料罐区、重油罐区、液化气罐区、石油 气体罐区、润滑油罐区等。
收付储罐通过管线接收装置或其它储罐送给它各种油品称之为"收"，储罐通过管线 把油品接送到装置或其它储罐称之为"付"，两项操作合起来称之为"收付"。
油品移动炼油企业的生产流程是连续的，其物料(液体或气体)根据工艺要求所提
6供的温度和压力等条件， 一方面在塔器中发生物理或化学变化，另一方面又在管道中产生 流动。这种物料的流动就是油品移动。
侧线输油管线是炼油企业油品移动的重要组成部分。输油管线由管道、阀门、管架 及各种连接附件组成。装置和装置之间、储罐和装置之间、储罐和储罐之间都是通过管线 相互连接，各种油品，如原油、成品油、半成品油、石油气体等，也都要经过管线进行输 送，从而实现炼油厂的连续生产流程。这种和装置、储罐相连的输油管线称之为"侧线"。
流量输油管线中，单位时间通过的油品(质量)的多少，称之为"流量"。对输油管 线中油品流量的计量采用专用的油品计量仪表，如差压式流量计(孔板)、涡轮流量计、超 声波流量计、质量流量计等。炼油企业只有在贸易结算和重要部位采用高精度的质量流量 计(液体的测量精度为读数的O. 10%，气体的测量精度为读数的0.50%)。
罐量储罐所装油品油品(质量)的多少，称之为"罐量"。对罐量的计量有两中，一 是采用专用的储罐液位监测仪表(如钢带式液位计、光导电子液位仪、雷达式液位计等)， 二是人工检尺计量(静态计量，是炼油企业计量交接和贸易结算所采用的传统计量方法)。
计划主要的职责是每月给各装置下达生产计划(产量、质量、能耗等)，并负责对各 装置上月生产(产量、质量、能耗等)的统计。
调度主要的职责是根据计划部门制定的月度生产计划，综合考虑原油、装置、罐区 等生产现状和目前市场的销售信息，将月度生产计划分解为可执行的短周期(一般为五日 或一周)生产安排计划，并依此进行生产调度和生产安排。
组分跟踪是为了及时了解各种组分从哪来到哪去和来多少去多少，准确掌握企业生产 活动的实时状态。本发明炼油化工组分跟踪方法的基础是
■通过油品移动管理得到组分流动起止源、起止时间和量值数据，通过计量系统获 得侧线流量和油罐储量数据，通过LIMS获得组分的质量数据；
■对原油组分跟踪(原油掺炼比) 一次加工装置的原料含哪几种原油和各占的比例 是多少；二次加工装置原料(蜡油、渣油等)含哪几种原油和所占比例是多少；
■对侧线组分跟踪储罐含有哪个装置侧线的油品，以及所占比例是多少；
■通过组分跟踪，及时了解各种组分从哪来到哪去和来多少量去多少量，准确掌握 企业生产活动的实时状态；
■根据组分平衡的结果，审核原有已经做过校正的生产数据准确与否，进行更深层 次的调理和校正，提高基础数据的可靠度；
■组分跟踪模型建立在工艺原理、物质守恒原理、统计数学原理、经验数据累计
7和油品移动数据支持下完成。
下面以实施例说明本发明炼油化工组分跟踪方法的步骤。
参见图1，该方法由计量系统、LIMS实验室管理系统、MES系统和组分跟踪计算机 构成的组分跟踪系统，实现对炼油化工企业生产活动实时状态的监控，实现精细管理。执 行具体的步骤如下
MES系统确定各组分流动起止源、起止时间和量值数据。MES系统所确定的组分 流动包括
1) 原油罐至一次加工装置；
2) 原油罐、 一次加工装置至二次加工装置；
3) —次加工装置至成品、半成品储罐；
4) 二次加工装置至成品、半成品储罐；
5) 储罐至储罐。
0)计量系统采集各组分数据。计量系统采集的各组分数据包括原料进厂数据、油品罐
存数据、装置侧线流量数据和产品出厂数据。
G) LIMS实验室管理系统获取各组分的质量数据。LIMS实验室管理系统获取各组分 的质量数据包括各组分的装置馏出口、原料、罐区和进出厂油品质量数据。
④组分跟踪计算机调用上述各系统数据，建立组分跟踪模型并根据所述组分跟踪模型
进行实时跟踪，执行步骤如下
④-l建立"流动——组分"集合，初始化其为空； ④-2对各节点的初始组分进行初始化；
④-3对于所有的节点，将与之相关的流动按照起始时间进行先后排序，对于起始时 间相同的流动，按照先入后出进行排序；
④-4将所有由侧线作为起始点的流动及其组分纳入记录中；
④-5搜索所有的节点，如果满足l)该节点存在这种流动；2)该流动以该节点为起 始点；3)与该节点相关的所有排在该流动前的流动均已被纳入"流动——组分"集合中； 则对于该节点进行以下操作
1) 根据节点组分计算流动组分；
2) 将该流动纳入"流动——组分"集合；
3) 修改该流动目的节点的组分记录；
4) 修改该流动目的源点的组分记录；④-6重复步骤④-5，直到所有流动均被处理。
组分跟踪计算机根据组分跟踪模型进行计算，并将组分跟踪的结果传输至上述各系统。
在本发明炼油化工组分跟踪方法的实施例中，组分的流向大体上有这样几种 一是生 产出合格的成品油送到成品罐，二是作为加工原料(原油)送到一次加工装置或下游装置， 三是暂存到某一个或某几个中间罐。
"组分跟踪"，顾名思义，就是要记录侧线和储罐中的油品，是由哪些部分(组分) 组成，量是多少，以及各组分的来源(具体是哪个装置的哪条侧线)。由于实际生产的限制， 这些数据不可能精确推算出，所以就要在已有条件下尽量合理估计，选择出符合实际的算 法。在炼油企业信息系统的开发过程中，为实现组分跟踪这一目的，建立如下数据模型 目标函数
min(ai- ai') 2+ (bi- bi') 2+ (ci- ci') 2+ (di- di') 2+ (ei- ei') 2+ (fi- fi') 2+ (gi- gi') 2+ (hi- hi') 2
参数说明
己知量
A-B:期初总量 收装置总量
C:扣库总量
D:付非装置总量
E:期末总量
F:付装置总量
G:收非装置总量
H:交库总量
△::损失量
ai(i=l， 2， 3，……，n):第i种组分期初报量
bi(i=l， 2， 3，……，n):第i种组分收装置报量
ci(i=l， 2， 3，……，n):第i种组分扣库报量
di(i=l， 2， 3，……，n):第i种组分付非装置报量
ei(i=l， 2， 3，...…，n):第i种组分期末报量
fi(i=l， 2， 3，……，n):第i种组分付装置报量gi (i=l， 2, 3，……，n):第i种组分收非装置报量 hi (i=l， 2， 3，……，n):第i种组分交库报量
求解量
ai' (i=l， 2， 3，……，n):第i种组分期初校正量 bi' (i l， 2， 3，……，n):第i种组分收装置校正量
ci/(i:=1，2，3，.."..，n):第i种组分扣库校正量
di'(i:=1，2，3，.."..，n):第i种组分付非装置校正量
ei/(i:=1，2，3，..….，n):第i种组分期末校正量
fi'(i==1，2,3，.."..，n):第i种组分付装置校正量
gi'(i=:1，2，3，...…，n):第i种组分收非装置校正量
hi'(i==1,2，3，…….，n):第i种组分交库校正量
限制条件:
A+B+C+D=E+F+G+H
ai,+bi'+ci'+di'=ei'十f i/ +gi,+hi'
￡ ai'=A
Ebi'=B
Eci'=C
Edi'=D
Eei' =E
Sgi'=G Ehi'=H W= ai bi'= bi
在期初比例已知的情况下，付油对于本罐的组分比例没有影响，即按上次收停止后的 比例付油。某组分的比例低于某个值时，该组分即被"吃掉"。装置出油的组分是100%的， 所以可以从装置作为计算的起始。解法的步骤是
① 建立"流动——组分"集合，初始化其为空；
② 对各节点的初始组分进行初始化；
③ 对于所有的节点，将与之相关的流动按照起始时间进行先后排序，对于起始时间
10相同的流动，按照先入后出进行排序；
将所有由侧线作为起始点的流动及其组分纳入记录中；
⑤搜索所有的节点，如果满足l)该节点存在这种流动；2)该流动以该节点为起始 点；3)与该节点相关的所有排在该流动前的流动均已被纳入"流动^~一组分"集合；则对 于该节点进行以下操作
1) 根据节点组分计算流动组分；
2) 将该流动纳入"流动——组分"集合；
3) 修改该流动目的节点的组分记录；
4) 修改该流动目的源点的组分记录； ⑥重复步骤⑤，直到所有流动均被处理。
炼油厂的实际流程比较复杂，比如 一套装置的一条侧线连接一个油罐、 一套装置的 一条侧连接多个油罐、多个装置的侧线连接一个油罐、两个油罐相连、多个油罐相连等等。 为此，以下面以实施例对组分跟踪方法进行说明。
参见图2，这是一个较简单的流程，包括三套生产装置和二个油罐。
1. 装置的汽油侧线流量和油罐储量如下-
南蒸馏汽油本班产量 275吨 催化裂化汽油本班产量165吨 重油催化汽油本班产量110吨
汽油罐1班前量是100吨，班后量是400吨(增加300吨) 汽油罐2班前量是200吨，班后量是450吨(增加250吨)
2. 确定节点的连接规则，参见图3，节点中装置的汽油侧线流量和罐量为
南蒸馏汽油本班产量 275吨 催化裂化汽油本班产量165吨 重油催化汽油本班产量110吨
汽油罐1班前量是100吨，班后量是400吨，增加300吨 汽油罐2班前量是200吨，班后量是450吨，增加250吨
3. 命名节点，参见图3，
① Jl、 J2、 J3为根节点，它们的后续节点为J4
② J4的上级节点为Jl、 J、 ，J3，后续节点为J5
③ J5的上级节点为J4，并且为末节点4.对组分跟踪进行分析
① 按组分进罐是以混合均匀考虑,即组分在罐内均匀分布，不存在罐底与罐顶不一致的 现象。
② 8小时为一个班次，可划分成n个时间段
时间段i-0， 1， ......n
③ 在第i (i=0， 1， ......， n)个时间段
节点J的组分比例为Ji 节点量为JTi (该节点油品总量) 以根节点为起始，计算到末节点
J=l， 2， 3，......
⑤列出如下方程
JTi X Ji = JT(i-l) X J(i-l)十i时间段进入量X J(i-l)一i时间段送出量X J(i-l)
算法说明第i个时间段的组分，是按第i-l的时间段的组分计算得出的，即按前一个 时间段算这个时间段的组分，进行循环迭代。
5.参见图3,具体计算如下 J4节点(汽油罐l)的组分量(第i时间段)为 (100+300/nXi) XJ4i= (100+300/n X(i-l)) XJ4 (i-l) +275/nXJl(i-l)
+ 165/nXJ2 (i-l) +110/nXJ3(i-l) —250/nXJ4(i-1)
对该方程的说明
(100+300/nXi) X J4i: 第i时间段，节点J4 (即汽油罐l)中所含汽油组
分的量。IOO是汽油罐I班前的量，300是这一班 增加的量。
(100+300/n(i-l)) X J4(i-1):第i-l时间段，节点J4 (即汽油罐l)中所含
汽油组分的量。100是汽油罐1班前的量，300 是汽油罐1这一班增加的量。 275/nXJl(i-l): 节点Jl (即南蒸馏)送进J4 (即汽油罐l)的汽油组分的量。
275是南蒸馏汽油的班产量。 165/nXJ2(i-l): 节点J2 (即催化裂化)送进J4 (即汽油罐l)的汽油组分的
量。165是催化裂化汽油的班产量。 110/nXJ3(i-l): 节点J3 (即重油催化)送进J4 (即汽油罐1)的汽油组分的量。165是重油催化汽油的班产量。 250/nXJ4(i-l): 节点J4 (即汽油罐1)送出到J5 (即汽油罐2)的汽油组分 的量。250是汽油罐1该班送给汽油罐2的汽油量。 按用户要求进行时间段i的各个节点组分量的计算，例如一个班次(8小时)，如果一 分钟为一步长，那末共480步。
组分跟踪计算机按照循环迭代的算法原则，通过运行程序，计算得出组分的"比例"， 进而得出组分的"量"。
从以上的实施例可以看出，炼油化工组分跟踪系统的建立和方法的使用，可以产生十分 明显的效果，取得可观的效益。
(1) 通过组分跟踪，能够及时把装置与储罐、装置与装置、储罐与储罐之间"组分" 移动的量集成起来，根据组分移动的真实数据(什么时间从哪开始、到哪去什么时间结束、 该时间段的流量是多少)，把所产生的总差异分解到每一个收付关系。这种对生产的精细管 理，给企业带来较大的经济效益。
(2) 通过组分跟踪，为企业的物料平衡提供了真实数据的支持，使生产管理者能够及 时准确地了解企业的物流状况，以便合理地调配和利用各种生产资源，为企业挖潜增效。
(3) 实现了生产精细管理，从"组分"的角度对企业生产过程状态有一个及时的了解， 如果发现问题迅速调整生产方案或工艺参数，确保装置安稳长满优运行。
以上所述的实施例，仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围 进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术 方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
1权利要求
1. 一种炼油化工组分跟踪方法，其特征在于该方法由计量系统、LIMS实验室管理系统、MES系统和组分跟踪计算机构成的组分跟踪系统，实施对炼油化工企业油品组分实时状态的监测，实现对生产活动的精细管理，该方法执行如下步骤①所述MES系统确定各组分流动起止源、起止时间和量值数据；②所述计量系统采集各组分的侧线流量、油罐储量数据；③所述LIMS实验室管理系统获取各组分的质量数据；④所述组分跟踪计算机调用上述各系统数据，建立组分跟踪模型，并根据所述组分跟踪平衡模型进行计算，实施组分跟踪；⑤所述组分跟踪计算机将组分跟踪结果传输至上述各系统。
2. 根据权利要求1所述的炼油化工组分跟踪方法，其特征在于其中所述步骤④建立组分跟踪平衡模型和实施组分跟踪的方法，执行如下步骤④-l建立"流动——组分"集合，初始化其为空；④-2对各节点的初始组分进行初始化；④-3对于所有的节点，将与之相关的流动按照起始时间进行先后排序，对于起始时间相同的流动，按照先入后出进行排序；④-4将所有由侧线作为起始点的流动及其组分纳入记录中；④-5搜索所有的节点，如果满足l)该节点存在这种流动；2)该流动以该节点为起始点；3)与该节点相关的所有排在该流动前的流动均已被纳入"流动——组分"集合中；则对于该节点进行以下操作1) 根据节点组分计算流动组分；2) 将该流动纳入"流动——组分"集合；3) 修改该流动目的节点的组分记录；4) 修改该流动目的源点的组分记录；④-6重复步骤④-5，直到所有流动均被处理。
3. 根据权利要求1或2所述的炼油化工组分跟踪方法，其特征在于在其中所述步骤 中，MES系统所确定的组分流动包括1) 原油罐至一次加工装置；2) 原油罐、 一次加工装置至二次加工装置；3) —次加工装置至成品、半成品储罐；4) 二次加工装置至成品、半成品储罐；5) 储罐至储罐。
4. 根据权利要求3所述的炼油化工组分跟踪方法，其特征在于在其中所述步骤⑦ 中，计量系统采集的各组分数据包括原料进厂数据、油品罐存数据、装置侧线流量数据 和产品出厂数据。
5. 根据权利要求4所述的炼油化工组分跟踪方法，其特征在于在其中所述步骤 ③中，LIMS实验室管理系统获取各组分的质量数据包括装置馏出口、原料、罐区和进 出厂油品质量数据。'
全文摘要
本发明公开了一种炼油化工组分跟踪方法，在计量系统、LIMS实验室管理系统、MES系统和组分跟踪计算机构成的组分跟踪系统中，MES确定组分流动起止源、起止时间和量值数据，计量系统采集组分的侧线流量、油罐储量数据，LIMS获取组分的质量数据，组分跟踪计算机建立组分跟踪模型实施组分跟踪，并将跟踪结果传输至各系统，实现油品组分实时状态的监测。本发明炼油化工组分跟踪方法的优点在于通过组分跟踪，准确了解物流状况，为物料平衡提供真实数据的支持，合理地调配和利用各种生产资源，发现问题迅速调整生产方案或工艺参数，实现对生产的精细管理，确保生产装置安全稳定长期优质运行，可使企业获取更大的经济效益。
文档编号G05B19/418GK101470442SQ200810057999
公开日2009年7月1日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者邵光震 申请人:邵光震