CN106124448A - 一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，首先获取当前加工原油和待切换原油的性质数据，然后以原油切换操作开始时间作为基准，基于实际工艺参数，每隔一定周期，对常减压装置进料性质进行预测。装置进料性质包括具有线性调合关系与非线性调合关系的原油性质。通过对常减压装置进料性质的准确预测，有利于控制系统和优化系统在原油切换操作期间及早应对进料性质的变化带来的扰动，从而提高装置的控制和优化性能，稳定产品质量。

Description

一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法

技术领域

本发明涉及一种原油性质的预测方法，尤其是在原油切换状态下的常减压装置原油进料预测方法。

背景技术

在炼化企业的生产过程中，同一套常减压装置往往需要通过原油切换操作，对不同的来料原油进行生产加工。但在实际生产中，原油切换操作较为频繁，切换操作期间，装置瞬时波动较大，控制性能降低，直接影响企业的产品质量。如果能够对原油切换操作期间常减压装置的进料性质进行准确预测，并将其作为前馈信号及时传递给控制系统，对装置操作参数提前进行合理调整，就能够有效应对此期间内进料性质的变化带来的扰动。

此外，当前加工原油和待切换原油性质的准确性也尤为关键。过去，大部分炼化企业采用传统的历史原油性质数据对常减压装置进行模拟和优化，历史原油数据本身往往不能准确表征原油的实时性质，因而利用历史原油数据计算的结果不够准确。目前，近红外原油快速评价技术已日趋成熟，利用该技术可以准确获取原油的性质数据，从而提高预测结果的精度。

发明内容

本发明提出一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法。首先利用原油近红外快速评价技术获取当前加工原油和待切换原油的性质数据，然后以原油切换操作开始时间作为基准，基于实际工艺参数，每隔一定周期，计算当前缓冲罐内的混合原油性质，并由此预测常减压装置进料性质。该方法包括以下步骤：

1)获取当前加工原油和待切换原油的性质数据；

2)初始化参数，包括原油切换操作开始时间、预测周期；

3)计算常减压装置前缓冲罐内当前的混合原油性质，即常减压装置进料性质；

4)判断混合原油性质是否接近待切换原油性质，是则停止，否则等待一个预测周期后，返回步骤3)。

上述过程中，利用近红外快速评价技术得到当前加工原油的性质数据的内容，详见发明专利《一种基于复合预测技术的原油性质快速检测方法》，专利号：CN 103364364A。

优选的，上述对常减压装置进料性质的预测包括具有线性调合关系与非线性调合关系的原油性质，其中具有线性调合关系的原油性质主要包括酸值、硫含量和API密度，具有非线性调合关系的原油性质主要包括原油密度和倾点。

优选的，上述计算混合原油的线性调合性质，依据线性调合规则，如式(1)所示：

f(k)＝X₁(k)×f+X₂(k)×f(k-1) (1)

其中，f(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的线性调合性质，f(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的线性调合性质，f为待切换原油的线性调合性质，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

优选的，上述计算混合原油的密度，如式(2)所示：

$\mathrm{\ρ}\left(k\right)=\frac{1}{\frac{X_1\left(k\right)}{\mathrm{\ρ}}+\frac{X_2\left(k\right)}{\mathrm{\ρ}(k-1)}}---\left(2\right)$

其中，ρ(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的密度，ρ(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度，ρ为待切换原油的密度，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

优选的，上述混合原油的倾点采用下式计算：

$P\left(k\right)=\frac{\left(lnPI\right(k)-1.85)/0.042-32}{1.85}---\left(3\right)$

其中，P(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点，PI(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点指数。

优选的，上述混合原油的倾点指数采用下式计算：

PI(k)＝X₁(k)e^{1.85+0.042×(P×1.8+32)}+X₂(k)e^{1.85+0.042×(P(k-1)×1.8+32)} (4)

其中，PI(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点指数，P(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的倾点，P为待切换原油的倾点，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

优选的，上述计算质量调合比，如式(5)、式(6)所示：

$X_1\left(k\right)=\frac{FT\mathrm{\ρ}}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+FT\mathrm{\ρ}}---\left(5\right)$

$X_2\left(k\right)=\frac{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+FT\mathrm{\ρ}}---\left(6\right)$

其中，F为原油流量，A为缓冲罐的截面积，l为缓冲罐内原油液位高度，ρ为待切换原油的密度，ρ(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度，T为预测周期。

优选的，缓冲罐的横截面积A为已知数据，原油流量F、缓冲罐内原油液位高度l、预测周期T为初始化参数，待切换原油的密度ρ、k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度ρ(k-1)通过近红外快速评价技术得到。

有益效果：

本发明提出一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，通过利用原油近红外快速评价技术获取当前加工原油和待切换原油的性质数据，对常减压装置的进料性质进行准确预测，有利于控制系统和优化系统在原油切换操作期间及早应对进料性质变化带来的扰动，从而提高装置的控制和优化性能，稳定产品质量。

附图说明

图1原油加工工艺示意图。

图2原油切换状态下的常减压装置进料性质预测流程图。

具体实施案例

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以某炼化企业为例，该企业常减压装置具有炼化企业典型工艺，首先通过机泵将组分原油输送至原油静态混合器进行调合，调合后的原油然后进入原油缓冲罐，最后输送至常减压装置进行加工。2016年4月15日调合组分油为杰诺、卡宾达和达尔混合油，在11时25分开始进行原油切换操作，调合组分油改为沙特重油、巴士拉申和南帕斯。

图1为原油加工工艺示意图。其中缓冲罐的截面积A＝400m²。

下面以酸值、原油密度和倾点为例，给出原油切换状态下的常减压装置进料性质预测的详细过程。

1)当前加工原油由杰诺、卡宾达和达尔混合油构成，三种组分油经过一定配比调合得到当前加工原油，其中酸值C₀＝1.0mgKOH/g、原油密度ρ₀＝872.69kg/m³、倾点P₀＝-7.4℃。

2)待切换原油为沙特重油、巴士拉申和南帕斯的混合油，三种组分油经过一定配比调合得到待切换原油，其中酸值C₁＝0.89mgKOH/g、原油密度ρ₁＝873.39kg/m³、倾点P₁＝-3.5℃。

3)原油切换开始时间为11时25分，此时循环迭代标识符k＝0，原油流量F＝744.18m³/h，液位稳定在l＝12.4m，预测周期T＝0.2h。

4)计算当前缓冲罐内的混合原油的酸值C(k)、密度ρ(k)以及倾点P(k)：

k＝0时

当前缓冲罐内的混合原油的酸值C(0)＝C₀＝1.0mgKOH/g，密度ρ(0)＝ρ₀＝872.69kg/m³，倾点P(0)＝P₀＝-7.4℃。

k＞0时

根据式(5)得到k时刻待切换原油的质量调合比

$\begin{array}{c}{X}_1\left(k\right)=\frac{{\mathrm{FT\ρ}}_1}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+{\mathrm{FT\ρ}}_1}\\ =\frac{26.796}{\mathrm{\ρ}(k-1)+26.796}\end{array}$

根据式(6)得到k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比

$\begin{array}{c}{X}_2\left(k\right)=\frac{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+{\mathrm{FT\ρ}}_1}\\ =\frac{\mathrm{\ρ}(k-1)}{\mathrm{\ρ}(k-1)+26.796}\end{array}$

根据式(1)可得当前缓冲罐内的混合原油的酸值

$\begin{array}{c}C\left(k\right)=X_1\left(k\right)\×C_1+X_2\left(k\right)\×C(k-1)\\ =\frac{23.848+\mathrm{\ρ}(k-1)\×C(k-1)}{\mathrm{\ρ}(k-1)+26.796}\end{array}$

根据式(2)可得当前缓冲罐内的混合原油的密度

$\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}\left(k\right)=\frac{1}{\frac{X_1\left(k\right)}{{\mathrm{\ρ}}_1}+\frac{X_2\left(k\right)}{\mathrm{\ρ}(k-1)}}\\ =0.9702\mathrm{\ρ}(k-1)+25.998\end{array}$

根据式(4)可得当前缓冲罐内的混合原油的倾点指数

$\begin{array}{c}PI\left(k\right)=X_1\left(k\right)e^{1.85+0.042\×(P_1\×1.8+32)}+X_2\left(k\right)e^{1.85+0.042\×\left(P\right(k-1)\×1.8+32)}\\ =\frac{\mathrm{\ρ}(k-1)e^{1.85+0.042\×\left(P\right(k-1)\×1.8+32)}+501.52}{\mathrm{\ρ}(k-1)+26.796}\end{array}$

根据式(3)可得当前缓冲罐内的混合原油的倾点

$P\left(k\right)=\frac{\left(lnPI\right(k)-1.85)/0.042-32}{1.85}$

5)判断混合原油性质是否接近待切换原油性质，是则停止，否则k＝k+1，返回步骤4)。

经过计算，在2016/4/15 16:45时刻得到的缓冲罐内的混合原油性质已接近切换原油性质，计算结束。各时刻缓冲罐内的混合原油的酸值、密度以及倾点数据如表1所示。

表1缓冲罐内的混合原油的酸值、密度、倾点数据

从表1可以看出，在原油切换状态下，常减压装置的进料性质由切换前原油性质逐步过渡到切换原油的性质，通过该方法可以对常减压装置的进料性质进行准确预测，有利于控制系统和优化系统在原油切换操作期间及早应对进料性质的变化带来的扰动，从而提高装置的控制和优化性能，稳定产品质量。

Claims (10)

1.一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)获取当前加工原油和待切换原油的性质数据；

2)初始化参数，包括原油切换操作开始时间、预测周期；

3)计算常减压装置前缓冲罐内当前的混合原油性质，即常减压装置进料性质；

4)判断混合原油性质是否接近待切换原油性质，是则停止，否则等待一个预测周期后，返回步骤3)。

2.根据权利要求1所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于当前加工原油和待切换原油的性质数据通过近红外快速评价技术得到。

3.根据权利要求1所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于预测的性质包括具有线性调合关系与非线性调合关系的原油性质。

4.根据权利要求3所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于所述具有线性调合关系的原油性质主要包括酸值、硫含量和API密度，具有非线性调合关系的原油性质主要包括原油密度和倾点。

5.根据权利要求4所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于混合原油的线性调合性质采用下式计算：

f(k)＝X₁(k)×f+X₂(k)×f(k-1)

其中，f(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的线性调合性质，f(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的线性调合性质，f为待切换原油的线性调合性质，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

6.根据权利要求4所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于混合原油的密度采用下式计算：

$\mathrm{\ρ}\left(k\right)=\frac{1}{\frac{X_1\left(k\right)}{\mathrm{\ρ}}+\frac{X_2\left(k\right)}{\mathrm{\ρ}(k-1)}}$

其中，ρ(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的密度，ρ(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度，ρ为待切换原油的密度，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

7.根据权利要求4所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于混合原油的倾点采用下式计算：

$P\left(k\right)=\frac{\left(\ln PI\right(k)-1.85)/0.042-32}{1.85}$

其中，P(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点，PI(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点指数。

8.根据权利要求7所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于混合原油的倾点指数采用下式计算：

PI(k)＝X₁(k)e^{1.85+0.042×(P×1.8+32)}+X₂(k)e^{1.85+0.042×(P(k-1)×1.8+32)}

其中，PI(k)为k时刻缓冲罐内混合原油的倾点指数，P(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的倾点，P为待切换原油的倾点，X₁(k)为k时刻待切换原油的质量调合比，X₂(k)为k时刻混合前缓冲罐内原油的质量调合比。

9.根据权利要求5或6或8中任一项所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于质量调合比采用下式计算：

$X_1\left(k\right)=\frac{FT\mathrm{\ρ}}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+FT\mathrm{\ρ}}$

$X_2\left(k\right)=\frac{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)}{Al\mathrm{\ρ}(k-1)-FT\mathrm{\ρ}(k-1)+FT\mathrm{\ρ}}$

其中，F为原油流量，A为缓冲罐的横截面积，l为缓冲罐内原油液位高度，ρ为待切换原油的密度，ρ(k-1)为k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度，T为预测周期。

10.根据权利要求9所述的一种原油切换状态下的常减压装置进料性质预测方法，其特征在于缓冲罐的横截面积A为已知数据，原油流量F、缓冲罐内原油液位高度l、预测周期T为初始化参数，待切换原油的密度ρ、k-1时刻缓冲罐内混合原油的密度ρ(k-1)通过近红外快速评价技术得到。