多廠MPIMS模型的建設(shè)及應(yīng)用

孟凡輝

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

多廠MPIMS(Multi-PIMS)模型是指將兩個(gè)以上的煉油廠和化工廠的PIMS模型集成起來運(yùn)行的多廠模型，能使用戶同時(shí)對(duì)原料的總量與單廠模型中的原料數(shù)量進(jìn)行限定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生產(chǎn)廠的資源分配進(jìn)行優(yōu)化。多廠MPIMS模型包含煉油和化工的單廠PIMS模型，兩者既可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以聯(lián)合運(yùn)行。在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，能夠測(cè)算煉油或化工單廠的效益，聯(lián)合運(yùn)行時(shí)可以測(cè)算煉油與化工一體化的效益，同時(shí)能夠根據(jù)使用人員的需求和水平采用不同的運(yùn)行模式[1]。

對(duì)于化工廠來說，原料成本約占乙烯裝置生產(chǎn)成本的85%左右，不同原料的裂解性能和操作條件差異較大，積極推進(jìn)煉化一體化原料，加大異構(gòu)化干氣、煉廠干氣、加裂尾油等煉油副產(chǎn)資源利用，可以實(shí)現(xiàn)乙烯原料多樣化，降低原料成本，有效提高雙烯收率。對(duì)于煉油廠來說，油品效益空間日益壓縮，而互供化工廠的石腦油、苯、丙烷等物料可以提高煉油廠經(jīng)濟(jì)效益，改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

1 多廠MPIMS模型的特點(diǎn)

1.1 模型結(jié)構(gòu)和案例設(shè)置

MPIMS模型使用其特定的表格來組織、控制和優(yōu)化全局操作，也采用了與單廠模型相同的基于基礎(chǔ)模型和Case文件的方法。基礎(chǔ)模型包含所有需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和輸入，基本不需要更改基礎(chǔ)模型。Case文件包括用于定義約束和裝置運(yùn)行能力的所有數(shù)據(jù)文件，包含了模型方案運(yùn)行所需的完整的數(shù)據(jù)表(所有行)。Case文件數(shù)據(jù)表的輸入將覆蓋基礎(chǔ)模型的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)行新的研究或操作計(jì)劃時(shí)，需要對(duì)MPIMS的Case文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)備。將本地模型的Case數(shù)據(jù)加載到MPIMS中會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，必須細(xì)心管理以避免遺漏和錯(cuò)誤。原來的“FrontEnd”工作簿檢查工作繁瑣，工作效率不高，在模型使用過程中簡(jiǎn)化了MPIMS Case的制作，將MPIMS Case調(diào)整到與單廠Case一致，只需將單廠標(biāo)準(zhǔn)Case中的設(shè)定復(fù)制到MPIMS標(biāo)準(zhǔn)Case中去，并掛表運(yùn)行MPIMS基礎(chǔ)方案，不需要將各個(gè)單表從單廠模型中逐一粘貼過來，避免了Case的行和列不一致。同時(shí)MPIMS增加了互供物料和公用工程的能力，用于跨越聯(lián)合裝置而不是僅在各單廠進(jìn)行優(yōu)化，以對(duì)物料價(jià)值進(jìn)行正確評(píng)估。

1.2 煉化一體化報(bào)表

多廠MPIMS模型運(yùn)行結(jié)果客戶化輸出，使用VB程序開發(fā)。煉化一體化客戶化報(bào)表涵蓋了煉油和化工主要裝置的進(jìn)料性質(zhì)及工藝操作參數(shù)、煉油和化工主要裝置的負(fù)荷、中間物料、互供料及主要產(chǎn)品的性質(zhì)和價(jià)格。客戶化報(bào)表將涉及到的煉化一體化模型結(jié)果中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都報(bào)告出來，實(shí)現(xiàn)模型與生產(chǎn)口徑的對(duì)應(yīng)，有助于用戶快速找到模型結(jié)果數(shù)據(jù)，提高對(duì)結(jié)果解讀的效率，進(jìn)而作出正確的生產(chǎn)優(yōu)化判斷。

1.3 多廠模型校核

MPIMS模型中各個(gè)單廠LP模型由各自單廠負(fù)責(zé)維護(hù)和使用，按統(tǒng)一規(guī)則集成到MPIMS以進(jìn)行跨商務(wù)及財(cái)務(wù)的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化。

2019年5月煉油廠、化工廠和服務(wù)商完成了煉化一體化的MPIMS準(zhǔn)確性測(cè)試，包括干氣、石腦油、液化氣、煤油、柴油、尾油、裂解汽油、氫氣、丁辛醇等物料的互供案例測(cè)試。測(cè)試通過后，多廠MPIMS模型投入使用，在實(shí)際使用過程中進(jìn)一步檢驗(yàn)、調(diào)校模型和提升用戶對(duì)模型的熟悉程度。

為了保證模型的持續(xù)運(yùn)行及優(yōu)化，保持可靠性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，要定期進(jìn)行模型校核。經(jīng)過煉油廠和化工廠雙方的討論和協(xié)商，委托服務(wù)商每3個(gè)月對(duì)模型進(jìn)行一次校核，包括單廠和多廠模型。校核數(shù)據(jù)采用每月加工原油的品種、數(shù)量以及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)；外購原料的量和主要性質(zhì)；每套裝置的月度平衡數(shù)據(jù)、所有進(jìn)出廠物料月度平均價(jià)格、公用工程價(jià)格及月度物料庫存變化數(shù)據(jù)等。校核后模型與生產(chǎn)實(shí)際匹配度得到了很大改進(jìn)，使模型更加貼近生產(chǎn)實(shí)際[2]。

2 模型的應(yīng)用實(shí)例

多廠MPIMS模型目前主要應(yīng)用于煉油化工的互供物料測(cè)算，實(shí)現(xiàn)了較好的互供效益。基礎(chǔ)方案以煉油化工企業(yè)某月實(shí)際發(fā)生數(shù)據(jù)為依據(jù)，給定原油品種數(shù)量、產(chǎn)品大類的數(shù)量約束；放開煉油化工之間的結(jié)構(gòu)性物料如石腦油、抽余油、輕石腦油、裂解汽油等,放開化工單廠之間的可以互供的物料，如乙烯、丙烯等；然后制作對(duì)比方案，放開煉油化工之間的機(jī)會(huì)物料互供數(shù)量的約束，如催化干氣、丙烷、液化氣等，依次測(cè)算煉油與化工之間的機(jī)會(huì)物料互供價(jià)值[3]。

多廠模型采用的價(jià)格體系為：每月10日前，聯(lián)合優(yōu)化小組成員分別進(jìn)行煉油原料及產(chǎn)品M+1/M+2/M+3的價(jià)格預(yù)測(cè)，形成統(tǒng)一版本用于MPIMS測(cè)算。

2.1 催化干氣互供

煉油催化干氣主要來源于催化(Ⅱ)裝置，催化(Ⅰ)干氣為未來潛在物料。催化干氣在煉油內(nèi)部供燃料氣管網(wǎng)，若互供化工的干氣進(jìn)分離單元，可分離出乙烷及更重的組分，供裂解爐以替換石腦油原料，輕組分返回?zé)捰腿剂蠚夤芫W(wǎng)。

(1)測(cè)算Case設(shè)定

Case 1：基礎(chǔ)Case，催化干氣不供化工；Case 3：修改基礎(chǔ)Case，將催化干氣互供化工的數(shù)量打開。

(2)測(cè)算結(jié)果

催化干氣互供化工2.134 kt，目標(biāo)函數(shù)增加100.225萬元，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 催化干氣互供化工效益對(duì)比

(3)測(cè)算結(jié)果分析

當(dāng)前價(jià)格體系和運(yùn)行條件下互供催化干氣是有經(jīng)濟(jì)效益的，互供價(jià)值為469.71元/t。催化干氣的乙烯收率比石腦油高，互供催化干氣后，化工總乙烯增加0.629 kt。由于互供催化干氣，煉油燃料的缺少由天然氣補(bǔ)充，主要是因?yàn)楫?dāng)前價(jià)格體系下液化氣價(jià)格高于天然氣490元/t。

2.2 加氫尾油互供

加氫尾油作為蠟油加氫裂化裝置的產(chǎn)物，主要作為潤(rùn)滑油加氫裝置的原料，其他流向可供化工裂解和蠟油加氫裂化裝置自身循環(huán)以及供催化裝置加工。隨著煉化一體化的發(fā)展，乙烯原料中石腦油的比例不斷下降，加氫尾油是一種較好的乙烯裂解原料，性質(zhì)與加工原油的品種有關(guān)。

(1)測(cè)算Case設(shè)定

Case 1：基礎(chǔ)Case，加氫尾油不供化工裂解爐；Case 17：修改基礎(chǔ)Case，將加氫尾油互供化工的數(shù)量打開。

(2)測(cè)算結(jié)果

加氫尾油互供化工20 kt，目標(biāo)函數(shù)降低922.700萬元，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 加氫尾油互供化工效益對(duì)比

(3)測(cè)算結(jié)果分析

20 kt供化工的尾油主要是由蠟油加裂裝置降低轉(zhuǎn)化率和尾油供催化(Ⅰ)量降低實(shí)現(xiàn)的，案例中潤(rùn)滑油加氫裝置的處理量不變，蠟油加裂裝置無尾油循環(huán)。在對(duì)比案例中尾油的流向優(yōu)先級(jí)為：去潤(rùn)滑油加氫>去催化(Ⅰ)>去隔墻互供>自身循環(huán)。尾油互供化工后，總進(jìn)料量增加0.72 kt，石腦油進(jìn)料量減少19.40 kt，總乙烯產(chǎn)量增加0.19 kt。

加氫尾油互供化工后，石腦油的進(jìn)料量相應(yīng)就減少了，但是裂解的總進(jìn)料量卻有所增加。主要原因是加氫尾油的乙烯收率低于石腦油，丙烯收率高于石腦油，當(dāng)乙烯分離系統(tǒng)能力固定、尾油互供時(shí)，頂出部分石腦油，裂解總進(jìn)料量能力會(huì)增加[4]。雖然尾油丙烯收率較高，但是由于丙烯產(chǎn)量已達(dá)到化工需求的上限，因此尾油丙烯產(chǎn)量高的優(yōu)勢(shì)未能得到很好地體現(xiàn)，互供尾油價(jià)值差為-461.35元/t。

加氫尾油互供不僅要考慮尾油與石腦油的價(jià)差走勢(shì)，還需要關(guān)注化工方面的實(shí)際工況。在化工缺丙烯的前提下，尾油價(jià)格較低時(shí)，互供尾油會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)效益；另外考慮尾油和干氣等輕組分搭配互供，也可以得到較好的價(jià)值。

2.3 丙烷互供

煉油氣分(Ⅰ)和氣分(Ⅱ)裝置的丙烷匯流一起后送化工的循環(huán)爐。煉油氣分裝置丙烷還可作為液化氣組分調(diào)和液化氣產(chǎn)品。

(1)測(cè)算Case設(shè)定

Case 1：基礎(chǔ)Case，丙烷不供化工循環(huán)爐；Case 4：修改基礎(chǔ)Case，將丙烷互供化工的數(shù)量打開。

(2)測(cè)算結(jié)果

丙烷互供化工20 kt，目標(biāo)函數(shù)增加196.350萬元，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 互供丙烷效益對(duì)比

(3)測(cè)算結(jié)果分析

從方向上模型建議最大化互供丙烷，互供價(jià)值為303.01元/t。由于丙烷的乙烯收率比石腦油高[5]，互供丙烷后，化工總乙烯增加0.63 kt，總丙烯量保持不變。由于互供丙烷，煉油商品丙丁烷混合物(即液化氣)產(chǎn)量下降6.45 kt。

2.4 液化氣互供

煉油的液化氣分為加氫液化氣和飽和液化氣。加氫液化氣可以調(diào)和液化氣外賣，也可以和二期飽和液化氣混合送化工作為裂解爐的原料；飽和液化氣可以外賣到液化氣市場(chǎng)，也可以互供化工作為裂解爐的原料[6]。

(1)測(cè)算Case設(shè)定

Case 1：基礎(chǔ)Case，液化氣不供化工裂解爐；Case 6：修改基礎(chǔ)Case，將液化氣互供化工的數(shù)量打開。

(2)測(cè)算結(jié)果

液化氣互供化工22.32 kt，目標(biāo)函數(shù)增加679.550萬元，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表4。

表4 液化氣互供效益對(duì)比

(3)測(cè)算結(jié)果分析

液化氣互送主要看液化氣和石腦油的價(jià)格差異，某月液化氣與化工外購石腦油價(jià)差為243元/t，液化氣裂解窗口打開，互供液化氣有效益。從方向上模型建議互供液化氣，互供價(jià)值為304.46元/t。由于液化氣的丙烯收率比石腦油高，互供丙烷后，化工總乙烯減少0.16 kt，總丙烯量達(dá)到上限。由于互供丙烷，煉油商品丙丁烷混合物產(chǎn)量下降22.08 kt。

3 結(jié)論

煉油化工多廠模型的應(yīng)用，不但拓寬了化工乙烯裂解原料，降低了原料成本，也促使煉油廠多產(chǎn)隔墻互供物料，降低成品油比重，有利于煉油廠今后的轉(zhuǎn)型升級(jí)。2021年上半年煉油化工之間的互供物料量較之上年同期有較大提升，互供物料價(jià)值達(dá)到新高。

(1)煉油廠和化工廠雙方通過MPIMS模型對(duì)互供物料進(jìn)行測(cè)算，識(shí)別互供價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了催化干氣、加氫尾油、丙烷及液化氣等的隔墻互供，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為煉油廠由燃料型向化工型轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn)。

(2)在多廠MPIMS應(yīng)用過程中開發(fā)了多廠Case制作模板及報(bào)表系統(tǒng)，提高了MPIMS的使用效率。

(3)多廠MPIMS模型應(yīng)用和維護(hù)的難度比單廠模型更高，不僅需要有煉油廠和化工廠雙方認(rèn)可的價(jià)格體系和高質(zhì)量的基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，還需要生產(chǎn)優(yōu)化人員充分了解多廠模型的結(jié)構(gòu)和物料邏輯，進(jìn)而在實(shí)踐過程中不斷總結(jié)和提高應(yīng)用水平。