CN104007658B - 一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，该方法采用外循环和内循环嵌套的优化方式，不仅考虑了罐底油的补偿问题，更能在直调组分油性质变化的同时，迅速做出响应。外循环优化将罐底油性质偏差修正到调合批次产品目标值中，确保调合罐中最终产品满足汽油牌号要求；而内循环优化则能够及时发现直调组分性质波动，并通过调整各非直调组分的流量进行修正，通过稳定调合头性质，确保最终产品质量卡边合格。

Description

一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法

技术领域

本发明涉及炼油企业汽油调合领域，尤其是汽油储罐调合的在线优化方法，具体是一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法。

背景技术

汽油调合是炼油企业生产成品汽油的关键工序，目前一些大型炼厂正大力推进在线调合工艺与优化控制技术。一般来说，由于企业罐容有限，因此汽油调合经常存在非专罐专用的情况。如果产品罐是空罐，则控制调合头汽油每个时刻质量合格就能保证储罐内最终产品合格。但在实际调合生产中，由于产品罐往往不是空的，或多或少存在罐底油。当罐底油性质与本批次调合牌号性质相差较大、数量相对较多时，调合产品性质不易卡边，要么质量不合格，要么质量过剩，导致浪费。

上述问题目前虽然也有一些解决罐底补偿的方法，但在实际汽油调合生产过程中，还存在这样一种情况：一些炼油企业的部分汽油调合组分不是从储罐中出来参与调合，而是直接从其生产装置出来参与调合，此种组分称为直调组分。直调组分油的性质和流量会随着生产装置的状况变化而时常波动，有时候波动甚至很大。在短时间内，当组分油波动较大时，组分油经调合头混合进罐后，通过罐内油的性质测量往往不能及时反映出其波动情况，从而导致调合响应滞后，加大了最终汽油产品质量控制的难度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种具有双重循环优化的汽油在线调合优化方法，不仅考虑了罐底油性质偏差的补偿，更能及时校正因组分油变化带来的性质波动，通过快速稳定调合头性质，进而极大促进最终产品质量的卡边控制。

一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，它采用了外循环和内循环嵌套的优化方式：

在调合过程中设置多个外循环：在每个外循环周期T内采用常规手段计算出调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j，优化得出各组分油的流量并下发至控制系统；

在外循环周期T内设置多个内循环周期t：在每个内循环周期t内获得各组分油的各性质实测值，结合外循环中获得的各组分油的流量，通过不同性质的混合规律计算出调合头 中汽油的各性质预测值hp_j；采集调合头中汽油的各性质实测值Hp_j,i，与调合头中汽油的各性质预测值hp_j进行偏差计算：

δ_j,i＝Hp_j,i-hp_j (1)

式(1)中，Hp_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值；hp_j为调合头中汽油的性质j预测值；δ_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值和预测值间的偏差；

累计其偏差：

${\mathrm{\Δ}}_{j,i}=\underset{k=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_{j,k}---\left(2\right)$

式(2)中，Δ_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值和预测值间的累计偏差；

当累计偏差超出设定的偏差范围时，则对调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j进行修正：

rangeU_j,i＝rangeU_j-Δ_j,i (3)

rangeL_j,i＝rangeL_j-Δ_j,i (4)

式(3)-(4)中，rangeU_j,i为第i次内循环时调合头中汽油的性质j修正上限，rangeU_j为外循环中获得的调合头中汽油的性质j上限；rangeL_j,i为第i次内循环时调合头中汽油的性质j修正下限，rangeL_j为外循环中获得的调合头中汽油的性质j下限；

以各组分油的流量上下限、调合头中汽油的各性质修正上限rangeU_j,i、下限rangeL_j,i为约束条件，成本最低为目标优化得出各组分油的流量并下发至控制系统。

更具体的，在外循环中，所述常规方法是获取本批次目标调合汽油的各性质上限RangeU_j、下限RangeL_j、剩余调合量、罐底油的各性质实测值Cp_j、罐底油的量、各组分油的流量上下限：

依据本批次目标调合汽油的各性质上限RangeU_j、下限RangeL_j、剩余调合量、罐底油的各性质实测值Cp_j、罐底油的量，通过不同性质的混合规律计算出调合头中 汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j；

以各组分油的流量上下限、调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j为约束条件，成本最低为目标优化得出各组分油的流量并下发至控制系统。进一步的，所述剩余调合量为剩余调合油质量m_H，所述罐底油的量为罐底油的质量m_C。

所述不同性质的混合规律为：

包括硫含量、氧含量的汽油性质符合线性质量叠加混合规律：

rangeU_j＝(RangeU_j-Cp_j×mx_C)/mx_H (5)

rangeL_j＝(RangeL_j-Cp_j×mx_C)/mx_H (6)

包括烯烃含量、芳烃含量和苯含量的汽油性质符合体积叠加混合规律：

rangeU_j＝(RangeU_j-Cp_j×vx_C)/vx_H (7)

rangeL_j＝(RangeL_j-Cp_j×vx_C)/vx_H (8)

雷德蒸气压符合非线性混合规律：

${\mathrm{rangeU}}_j={(({\mathrm{RangeU}}_j^{1.25}-{\mathrm{Cp}}_j^{1.25}\×{\mathrm{vx}}_C)/{\mathrm{vx}}_H)}^{0.8}---\left(9\right)$

${\mathrm{rangeL}}_j={(({\mathrm{RangeL}}_j^{1.25}-{\mathrm{Cp}}_j^{1.25}\×{\mathrm{vx}}_C)/{\mathrm{vx}}_H)}^{0.8}---\left(10\right)$

式(5)-(10)中，mx_C表示罐底油与目标调和总量的的质量占比、mx_H表示剩余调合量与目标调和总量的质量占比、vx_C表示罐底油与目标调和总量的体积占比、vx_H表示剩余调合量与目标调和总量的体积占比、Cp_j表示罐底油性质j的值，其中mx_C、mx_H、vx_C、vx_H计算如下：

mx_C＝m_C/(m_C+m_H) (11)

mx_H＝m_H/(m_C+m_H) (12)

vx_C＝(m_C/ρ_C)/(m_C/ρ_C+m_H/ρ_H) (13)

vx_H＝(m_H/ρ_H)/(m_C/ρ_C+m_H/ρ_H) (14)

式(11)-(14)中，m_H表示剩余调合油质量、m_C表示罐底油的质量、ρ_H表示调合头中汽油密度、ρ_C表示罐底油的密度。

所述外循环周期T和内循环周期t满足：

T＝q·t (15)

式(15)中，q为外循环周期中内循环周期的个数，q为正整数，取值3～6之间。

有益效果：

采用外循环和内循环嵌套的优化方式对汽油调和进行在线优化，外循环优化以整个储罐内的汽油性质控制为目标，确保最终产品性质卡边合格；而内循环优化则以调合头中的汽油性质控制为目标，可以对组分油性质波动迅速做出响应，通过快速稳定调合头中的汽油性质，从而有利于储罐内最终产品质量合格。

附图说明

图1是本发明在线调合系统工作流程图。

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。

结合图1，本发明的具体步骤是：

I、进行本次调合参数初始化，选择调合产品罐，参与调合的组分油，设定调合总量，本批次目标调合汽油的各性质上下限及各组分油的流量上下限；

II、设定外循环周期T和内循环周期t，两者满足关系T＝q·t；

III、判断剩余调合量是否大于0；如果大于0获取当前各组分油的各性质实测值、剩余调合量、罐底油的各性质实测值、罐底油的量。基于本批次目标调合汽油的各性质上下限、剩余调合量、罐底油的各性质实测值Cp_j、罐底油的量，通过不同性质的混合规律计算出调合头中汽油的各性质上下限。

进而以各组分油的流量上下限、调合头中汽油的各性质上下限为约束条件，以成本最低为目标优化得出各组分油的流量并下发至控制系统。

再基于各组分油的各性质实测值、各组分油的流量，通过不同性质的混合规律计算出调合头中汽油的各性质预测值，并执行步骤IV；如果剩余调合量不大于0，则执行步骤IX；

IV、设置内循环次数i＝0，调合头中汽油的性质j累计偏差Δ_j,i＝0；

V、累加内循环次数i＝i+1，计算调合头中汽油的性质j实测值与预测值的偏差δ_j,i，并计算累计偏差Δ_j,i；

VI、判断内循环次数i是否小于q，如果小于q则执行步骤VII，否则执行步骤III；

VII、判断Δ_j,i是否超出性质j设定的偏差范围，如果没有超出则执行步骤V，否则执行步骤VIII；

VIII、判断剩余调合量是否大于0，如果大于0则进行内循环优化，得到各组分的流量下发至控制系统，并执行步骤V，否则执行步骤IX；

IX、停止本批次调合。

下面以本发明在某炼油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6路调合组分，分别为精制汽油、己烷轻石、混合芳烃、重整抽余油、MTBE和芳烃C9。其中精制汽油和混合芳烃为直调组分，分别从S-Zorb装置和重整装置生产出来直接参与调合，其参与调合的流量不可控，性质波动也比较大。其余4路为非直调组分，即从储罐中出来参与调合，其流量可控，性质也比较稳定。调合按批次进行，每批次调合一定量的某一牌号汽油，本批次调合完成后再进行下一批次调合。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。

结合本算例，具有双重循环优化的汽油在线调合系统的工作流程主要包括以下步骤：

I、进行本次调合参数初始化，选择调合产品罐，参与调合的组分油(精制汽油、己烷轻石、混合芳烃、重整抽余油、MTBE和芳烃C9)，设定调合总量(m_T＝2000t)，本批次目标调合汽油(国IV97#)的各性质上下限(如表1所示)及各组分油的流量上下限(如表2所示)。

表1国IV97#汽油性质约束

项目	性质下限	性质上限
			研究法辛烷值	97.20	97.50
氧含量(wt％)	0.00	2.65
			饱和蒸气压(KPa)	42.00	83.00

表2组分油流量上下限

项目	己烷轻石	重整抽余油	MTBE	芳烃C9
					流量下限(t/h)	17.00	6.00	17.00	22.00
流量上限(t/h)	18.00	11.00	20.00	28.00

6路组分油中精制汽油和混合芳烃为直调组分，其流量不可控，故无流量上下限。

II、设置外循环周期和内循环周期。

设定外循环周期T＝30min，内循环周期t＝5min，则每个外循环周期中内循环周期的个数为6：

q＝T/t＝30/5＝6

III、外循环优化。

第一次外循环时，其剩余调合量m_T＝2000t＞0，获取当前各组分油的各性质实测值(如表5所示)、剩余调合量(m_T＝2000t)、罐底油的各性质实测值(如表3所示)、罐底油的量(689.00t)。基于本批次目标调合汽油的各性质上下限、剩余调合量、罐底油的各性质实测值、罐底油的量，通过不同性质的混合规律(不同性质的混合规律为发明内容式(5)-(10)；其中经测量，ρ_H＝753.50kg/m³，罐底油的密度ρ_C＝760.68kg/m³；实测得出直调组分中：精制汽油的流量为58t/h，混合芳烃的流量为25t/h)计算出调合头中汽油的各性质上下限(计算结果如表4所示)。

表3第一次外循环时罐底油性质

项目	罐底油(t)	密度(Kg/m3)	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
						产品罐	689.00	760.68	97.20	2.65	57.63

表4调合头性质的约束条件

性质约束	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
				下限	98.92	0.00	36.34
上限	99.32	2.76	91.20

表5第一次外循环时的组分油性质

组分油	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
				精制汽油	91.50	0.00	76.10
己烷轻石	81.80	0.00	87.40
				混合芳烃	105.00	0.00	5.10
重整抽余油	67.00	0.00	35.50
				MTBE	118.00	18.14	76.10
芳烃C9	113.00	2.50	8.00

进而以各组分油的流量上下限(表2)、调合头中汽油的各性质上下限(表4)为约束条件，以成本最低为目标优化得出各组分油的流量和总流量(如表6所示)并下发至控制系统(该优化方法，优选的可以采用申请人在2014年5月15日递交的申请中公开的技术方案，该申请申请号为“2014102072216”)。

表6第一次外循环各组分流量和总流量

	精制汽油	己烷轻石	混合芳烃	重整抽余油	MTBE	芳烃C9	总流量
								流量(t/h)	58.00	17.00	25.00	6.00	19.00	27.00	152.00

再基于各组分油的各性质实测值(表5)、各组分油的流量(表6)，通过不同性质的混合规律(式(5)-(10))计算出调合头中汽油的各性质预测值(如表7所示)，并执行步骤IV；如果剩余调合量不大于0，则执行步骤IX。

表7第一次外循环调合头性质预测值

	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
				调合头性质预测值	98.92	2.75	57.63

IV、设置内循环次数i＝0，调合头中汽油的性质j累计偏差Δ_j,i＝0。

V、内循环为每5min进行一次，当调合头中汽油的性质累计偏差大于设定偏差范围时，则进行内循环优化。

以第一次外循环中的第一个5min为例介绍其过程，累加内循环次数i＝0+1＝1。根据发明内容中式(1)-(2)分别计算调合头中汽油的性质j实测值与预测值的偏差及累计偏差(数值如表8所示)。

表8调合头中汽油的各性质偏差及累计偏差

	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
				调合头实测值	99.13	2.63	57.13
调合头预测值	98.92	2.75	57.63
				偏差	0.21	-0.12	-0.50
累计偏差	0.21	-0.12	-0.50

VI、循环次数i＝1，小于q＝6，执行步骤VII；

VII、通过比较累计偏差和偏差范围，发现研究法辛烷值和氧含量的累计偏差超出了偏差范围，因此需要根据式(3)-(4)对其调合头中汽油的性质j上限和下限进行修正(修正结果如表9所示)。

表9调合头中汽油的各性质修正上下限

	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)
				偏差范围	[-0.20.2]	[-0.070.07]	[-3.43.4]
累计偏差	0.21	-0.12	-0.50
				调合头修正下限	98.71	0.12	36.34
调合头修正上限	99.11	2.88	91.20

VIII、由于调合头中汽油的性质上下限做了修正，且剩余调合量m_T＝1987t＞0，需要根据当前直调组分油的流量和各组分油的流量进行再次优化。实测得出直调组分中：直调组分精制汽油和混合芳烃的流量分别为57t/h和26t/h，其各组分油的性质和优化流量如表10所示：

表10第一个外循环中第一次内循环基本数据优化结果

组分油	研究法辛烷值	氧含量(wt％)	饱和蒸气压(KPa)	优化流量(t/h)
					精制汽油	92.50	0.00	76.10	57.00
己烷轻石	81.80	0.00	87.40	17.00
					混合芳烃	104.00	0.00	5.10	26.00
重整抽余油	67.00	0.00	35.50	6.00
					MTBE	118.00	18.14	76.10	20.00
芳烃C9	113.00	2.60	8.00	25.55
					调合油	98.71	2.83	57.82	151.55

第一次外循环中剩下的4次内循环按照第1次内循环的步骤进行，当累计偏差超出范围设定值且剩余调合量大于0时，则进行内循环优化；当累计偏差未超出范围设定值且剩余调合量大于0时，则计算累计偏差并进行下个内循环；当剩余调合量等于0时，则结束本批次的调合。

当内循环次数大于等于6且剩余调合量大于0时，则进行第2次外循环；当剩余调合量等于0时，则结束本批次的调合。

采用上述方法，在企业实际生产中，既可以兼顾汽油储罐的罐底补偿问题，更能在存在直调组分时，快速发现性质变化，可以确保最终产品罐内的汽油质量卡边合格。

Claims (5)

1.一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，其特征在于它采用了外循环和内循环嵌套的优化方式：

在调合过程中设置多个外循环：在每个外循环周期T内采用常规手段计算出调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j，优化得出各组分油的流量并下发至控制系统；

在外循环周期T内设置多个内循环周期t：在每个内循环周期t内获得各组分油的各性质实测值，结合外循环中获得的各组分油的流量，通过不同性质的混合规律计算出调合头中汽油的各性质预测值hp_j；采集调合头中汽油的各性质实测值Hp_j,i，与调合头中汽油的各性质预测值hp_j进行偏差计算：

δ_j,i＝Hp_j,i-hp_j (1)

式(1)中，Hp_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值；hp_j为调合头中汽油的性质j预测值；δ_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值和预测值间的偏差；

累计其偏差：

${\mathrm{\Δ}}_{j,i}=\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_{j,k}---\left(2\right)$

式(2)中，Δ_j,i为第i次内循环时，调合头中汽油的性质j实测值和预测值间的累计偏差；

当累计偏差超出设定的偏差范围时，则对调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j进行修正：

rangeU_j,i＝rangeU_j-Δ_j,i (3)

rangeL_j,i＝rangeL_j-Δ_j,i (4)

式(3)-(4)中，rangeU_j,i为第i次内循环时调合头中汽油的性质j修正上限，rangeU_j为外循环中获得的调合头中汽油的性质j上限；rangeL_j,i为第i次内循环时调合头中汽油的性质j修正下限，rangeL_j为外循环中获得的调合头中汽油的性质j下限；

以各组分油的流量上下限、调合头中汽油的各性质修正上限rangeU_j,i、下限rangeL_j,i为约束条件，成本最低为目标优化得出各组分油的流量并下发至控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，其特征在于在外循环中，所述常规方法是获取本批次目标调合汽油的各性质上限RangeU_j、下限RangeL_j、剩余调合量、罐底油的各性质实测值Cp_j、罐底油的量、各组分油的流量上下限：

依据本批次目标调合汽油的各性质上限RangeU_j、下限RangeL_j、剩余调合量、罐底油的各性质实测值Cp_j、罐底油的量，通过不同性质的混合规律计算出调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j；

以各组分油的流量上下限、调合头中汽油的各性质上限rangeU_j、下限rangeL_j为约束条件，成本最低为目标优化得出各组分油的流量并下发至控制系统。

3.根据权利要求2所述的一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，其特征在于所述剩余调合量为剩余调合油质量m_H，所述罐底油的量为罐底油的质量m_C。

4.根据权利要求3所述的一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，其特征在于所述不同性质的混合规律为：

包括硫含量、氧含量的汽油性质符合线性质量叠加混合规律：

rangeU_j＝(RangeU_j-Cp_j×mx_C)/mx_H (5)

rangeL_j＝(RangeL_j-Cp_j×mx_C)/mx_H (6)

包括烯烃含量、芳烃含量和苯含量的汽油性质符合体积叠加混合规律：

rangeU_j＝(RangeU_j-Cp_j×vx_C)/vx_H (7)

rangeL_j＝(RangeL_j-Cp_j×vx_C)/vx_H (8)

雷德蒸气压符合非线性混合规律：

${\mathrm{rangeU}}_j={\left(\right({\mathrm{RangeU}}_j^{1.25}-{\mathrm{Cp}}_j^{1.25}\×{\mathrm{vx}}_C)/{\mathrm{vx}}_H)}^{0.8}---\left(9\right)$

${\mathrm{rangeL}}_j={\left(\right({\mathrm{RangeL}}_j^{1.25}-{\mathrm{Cp}}_j^{1.25}\×{\mathrm{vx}}_C)/{\mathrm{vx}}_H)}^{0.8}---\left(10\right)$

式(5)-(10)中，mx_C表示罐底油与目标调和总量的质量占比、mx_H表示剩余调合量与目标调和总量的质量占比、vx_C表示罐底油与目标调和总量的体积占比、vx_H表示剩余调合量与目标调和总量的体积占比、Cp_j表示罐底油性质j的值，其中mx_C、mx_H、vx_C、vx_H计算如下：

mx_C＝m_C/(m_C+m_H) (11)

mx_H＝m_H/(m_C+m_H) (12)

vx_C＝(m_C/ρ_C)/(m_C/ρ_C+m_H/ρ_H) (13)

vx_H＝(m_H/ρ_H)/(m_C/ρ_C+m_H/ρ_H) (14)

式(11)-(14)中，m_H表示剩余调合油质量、m_C表示罐底油的质量、ρ_H表示调合头中汽油密度、ρ_C表示罐底油的密度。

5.根据权利要求1所述的一种具有双重循环优化的汽油在线调合方法，其特征在于外循环周期T和内循环周期t满足：

T＝q·t (15)

式(15)中，q为外循环周期中内循环周期的个数，q为正整数，取值3～6。