石油煉化中物料平衡統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 凱

（中國石油大學(xué)石大科技, 山東 東營 257061）

1 物料平衡模塊的系統(tǒng)構(gòu)成

一般來說，物料平衡系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層三部分。物料平衡系統(tǒng)主要是通過數(shù)據(jù)集成、誤差檢測和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)等手段，利用數(shù)據(jù)校正技術(shù)對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，并將協(xié)調(diào)以后的數(shù)據(jù)運(yùn)用于最終的生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中去[1]。

2 物料平衡的實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)物料平衡模塊，主要有數(shù)據(jù)綜合集成、工廠模型的建立及組態(tài)、對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的校正這三方面內(nèi)容。

2.1 數(shù)據(jù)綜合集成

實(shí)現(xiàn)物料平衡的前提和基礎(chǔ)就是原始數(shù)據(jù)的綜合集成，它同樣也是整個(gè)工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為此，我們必須做好前期準(zhǔn)備，對整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)過程做仔細(xì)深入的調(diào)查研究，盡可能的對手中的數(shù)據(jù)做到心中有數(shù)，知道每個(gè)數(shù)據(jù)的來源，所屬職能、部門等[2]。另外，由于整個(gè)工程周期比較長，所以現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)會(huì)不斷地出現(xiàn)一些新的變化，我們要對已掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和補(bǔ)充，以完善我們的數(shù)據(jù)庫，這是非常重要的。

將數(shù)據(jù)綜合集成系統(tǒng)分成兩大部分。

（1） 數(shù)據(jù)集成：需要集成的數(shù)據(jù)包括了工廠生產(chǎn)的方方面面，裝置側(cè)線、管線、罐、原料、產(chǎn)品及半成品等的定義數(shù)據(jù)；進(jìn)出生產(chǎn)單元的物料流量、溫度、壓力等測量數(shù)據(jù)以及罐區(qū)庫存數(shù)據(jù)；裝置之間、裝置與罐之間、罐與罐之間物料流動(dòng)及原料進(jìn)廠、成品出廠等數(shù)據(jù)。所有的這些數(shù)據(jù)都需要收集，以嵌入工廠的模型內(nèi)。

（2） 集成數(shù)據(jù)的信息管理：在完成了數(shù)據(jù)的收集集成之后，如何妥善的對這些海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理仍然是一個(gè)很重要的問題。所有數(shù)據(jù)，都必須注明采樣時(shí)間、數(shù)值、所屬單位、物料品種和采樣方式等，然后由現(xiàn)場工作人員錄入，送到上層領(lǐng)導(dǎo)面前，經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)的審核以后再送入到數(shù)據(jù)庫。

2.2 建立物料平衡模型

合理建立全場的物料平衡模型是實(shí)現(xiàn)物料平衡系統(tǒng)的重要前提，是MES 系統(tǒng)運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。

模型的建立要能夠體現(xiàn)兩方面的內(nèi)容：一方面是貼近石油煉化企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)流程。另一方面必須能夠?qū)崿F(xiàn)物料平衡數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)計(jì)算[3]。原則上應(yīng)該根據(jù)工藝操作單元、生產(chǎn)裝置、儲罐等流程圖建立，但事實(shí)上整個(gè)工藝流程的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，按照流程圖來建立模型會(huì)使一些未測變量無法估計(jì)，給數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)帶來障礙。因此，在建立模型時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求，適當(dāng)?shù)暮喕Ｐ椭械纳a(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。下面以油品為例來簡述模型的建立應(yīng)該采取的措施：

(1)將換熱器、泵等裝置視為管線，以排除與物料平衡無關(guān)的設(shè)備的影響。

(2)非油類管線不予考慮。

(3)穩(wěn)態(tài)情況下對物料平衡關(guān)系沒影響的流量，比如循環(huán)流量，要消去。

(4)盡可能的避免測量不準(zhǔn)確的流量的引入。

(5)盡可能避免很難測準(zhǔn)的罐的引入，比如：丙烯罐，液化氣罐等[4]。

(5)將整個(gè)罐區(qū)作為一個(gè)整體以減少未測變量，提高冗余度。

根據(jù)上述措施，合并流程，簡化測量網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到物料平衡方程。同時(shí)，我們可以利用工廠裝置的標(biāo)定數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)全場物料平衡模型中與該裝置對應(yīng)的模塊，并對有問題的模塊進(jìn)行及時(shí)的修正直至檢驗(yàn)通過。

2.3 數(shù)據(jù)校正

模型建立完畢之后，我們要進(jìn)行各裝置和罐區(qū)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的輸入，同時(shí)通過物料平衡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正，從而輸出最終的結(jié)果[5]。為解決工廠測量數(shù)據(jù)不一致，我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，這種方法可以最小化誤差方差和，并同時(shí)滿足約束條件：輸入－輸出+庫存=0。通過第一次校正，若數(shù)據(jù)平衡，則說明生產(chǎn)運(yùn)行正常。若數(shù)據(jù)不平衡，則說明生產(chǎn)過程中有問題存在，這時(shí)就要檢查生產(chǎn)流程，找出問題所在，然后再一次整定，再校正，一直到數(shù)據(jù)平衡。在此過程中我們一方面要去除那些具有明顯錯(cuò)誤的數(shù)值，另一方面要找出系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)“壞值”的平衡，并確定其測量值，從而快速解決平衡問題。

目前，數(shù)據(jù)校正的結(jié)果在整個(gè)生產(chǎn)過程中已經(jīng)起到了很大的作用，例如：

（1）實(shí)現(xiàn)全廠物流數(shù)據(jù)的綜合，為企業(yè)信息化管理提供數(shù)據(jù)支持。

（2）生成物流能耗報(bào)表和各裝置平衡報(bào)表，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上審批發(fā)布，極大地提高了工作效率以及辦公的自動(dòng)化程度。

（3）通過共享校正后的數(shù)據(jù)，加強(qiáng)了部門之間的信息交互，達(dá)到了資源共享的目的。

（4）校正過程中，明顯的數(shù)據(jù)誤差有助于發(fā)現(xiàn)工作過程中的一些人為或者計(jì)量儀器的問題，對這些存在的問題的解決有利于以后生產(chǎn)的進(jìn)行。

3 全廠物料平衡系統(tǒng)的應(yīng)用

物料平衡系統(tǒng)一方面可以用于制作各類生產(chǎn)或統(tǒng)計(jì)的報(bào)表，也可以通過平衡結(jié)果找出物料損失的原因以及用于評估儀表。物料平衡系統(tǒng)的應(yīng)用如圖1 所示。

圖1 物料平衡系統(tǒng)的應(yīng)用Fig.1 Application of material balance system

在此，我們僅分析報(bào)表的需求。作為物料平衡數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)的重要組成部分，物料平衡報(bào)表是數(shù)據(jù)校正結(jié)果的直接體現(xiàn)，也是每個(gè)企業(yè)每天最重要的工作。這其中包括全場的加工量，進(jìn)料出料等[6]。

值得注意的是，在報(bào)表生成模塊首次運(yùn)行前，應(yīng)該跟據(jù)組態(tài)功能對報(bào)表模板進(jìn)行組態(tài)，進(jìn)而建立起報(bào)表單元格與數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系，保證單元格顯示信息的正確性。

對報(bào)表模板組態(tài)完成以后，下一步就需要利用數(shù)據(jù)校正軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正運(yùn)算。當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成以后，就可以運(yùn)行報(bào)表生成模塊了。運(yùn)行報(bào)表生成模塊，取出物料平衡數(shù)據(jù)庫中校正后的數(shù)據(jù)，生成當(dāng)天所需要的報(bào)表。制表人員在制成報(bào)表以后要將生成的報(bào)表經(jīng)由共享目錄提交給部門領(lǐng)導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)審批通過后就可以將其放到計(jì)量信息查詢系統(tǒng)的 Web 服務(wù)器的指定目錄中。若是報(bào)表不合格，報(bào)表人員就需要從新制作一份表格上傳給領(lǐng)導(dǎo)審批，直至報(bào)表合格為止。

4 結(jié)束語

物料平衡系統(tǒng)的在石油煉化企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行中占有非常重要的地位。物料平衡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)幾乎涉及到了企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)流程，囊括了各個(gè)部門。因此，在物料平衡系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中還需要各個(gè)部門各盡職責(zé)，相互協(xié)調(diào)[7]。另外，相關(guān)人員也應(yīng)該在實(shí)際運(yùn)行過程中不斷地對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以應(yīng)對條件改變帶來的變化，為整個(gè)企業(yè)的計(jì)量、生產(chǎn)和統(tǒng)計(jì)管理保駕護(hù)航。

［1］王克峰.MES 系統(tǒng)中物料平衡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連:大連理工大學(xué)，2009：45-49.

［2］崔鵬.劉成 先進(jìn)安全操作管理系統(tǒng)在錦州石化公司的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)2010,27(8)：10-13.

［3］李永安，煉油生產(chǎn)過程硫的分布追蹤與平衡[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2001，18(4)：35-38.

［4］田文謙，戴德寶，陳卓寧,等.生產(chǎn)計(jì)劃中物料快速分解及能力平衡可視化的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2001(5)：1 8-20.

［5］陳昌菊,馮毅萍,許華,榮岡. 石化企業(yè)物料平衡的多層次數(shù)據(jù)校正方法[J].化工學(xué)報(bào)2010,61(8)：45-47.

［6］王華. 物料平衡及其在煉油企業(yè)的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)2009,26(8)：22-24.

［7］紀(jì)曄.徐定宇.雒士軍,等 國內(nèi)煉油化工企業(yè)物料平衡系統(tǒng)的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)2007,18(6)：43-45.