CN109634105A - 一种面向加工方案切换的原油动态调合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，首先利用原油近红外快速评价技术获取切换前加工原油和待切换原油的性质数据，然后基于原油数据以及工艺参数，以设定的调合周期对调合比进行优化，并以一定的跟踪周期进行滚动计算缓冲罐内混合原油的实时性质值，动态调整下一调合周期的目标性质值，进而完成原油切换。该方法可以解决一类具有缓冲罐的复杂原油加工工艺，在原油加工方案切换下的调合问题，可有效避免方案切换时，因人工操作对常减压装置生产稳定性的影响，实现装置自动平稳过渡，进而稳定产品质量。

Description

一种面向加工方案切换的原油动态调合方法

技术领域

本发明涉及石油化工领域的原油调合方面，具体是一种实现原油加工方案切换的动态调合技术。

背景技术

受市场和效益影响，原油加工方案切换是炼化企业的常见操作，即采用同一套常减压装置来加工不同产品，例如，炼化企业常采用同一套常减压装置进行焦化料及沥青料生产，这就要求常减压装置定期或不定期地在不同原油加工方案之间来回切换。

现有的方案切换，仍多为人工操作，受经验影响，不同员工操作的切换效果(过渡过程时间、波动剧烈程度等)有较大差异，特别是在常减压装置前还具有缓冲罐这一类复杂工艺时，原油切换难度更大。

现有的原油调合技术均面向正常加工情况，其本质上还属于一种静态或稳态调合。可见，企业还需要一种加工方案切换下的原油自动动态调合技术，保证常减压装置加工方案实现平稳过渡。

发明内容

本发明提出一种面向加工方案切换的原油动态调合方法：首先利用原油近红外快速评价技术获取切换前加工原油和待切换原油的实时性质数据，然后基于原油数据以及工艺参数，在每个调合周期优化原油配方，并以一定的跟踪周期进行滚动计算，动态调整下一调合周期的目标值，进而完成原油切换。

技术方案：

一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，采用动态调合方法完成原油加工方案切换，具有如下步骤：

1)获取切换前加工原油和待切换原油的实时性质数据以及各组分油占比，所述切换前加工原油是加工方案切换前用于调合的组分油，所述待切换原油是指加工方案切换后用于调合的组分油；

2)初始化参数，包括原油切换操作开始时间、跟踪周期、调合周期；一次原油切换操作开始到结束的阶段分为多个调合周期，一个调合周期分多个跟踪周期进行；

3)基于设定的目标性质值以及工艺约束条件，优化计算当前调合周期内，进入缓冲罐中各组分原油的调合比；

4)根据组分油的调合比，控制调合头，输出当前调合周期的调合流量；

5)由组分油配比，按照跟踪周期滚动计算缓冲罐内当前的混合原油性质值，单次调合周期中最后一个跟踪周期结束时缓冲罐内混合原油的性质值p_m即为跟踪计算得到的性质值p_k；

6)基于当前调合周期的目标值和跟踪计算得到的性质值p_k，并结合整个切换过程最终混合原油的目标性质值动态调整下一调合周期目标性质值

7)判断混合原油性质是否到达待切换原油性质目标，是则完成原油切换过程，否则返回步骤3)。

具体的，步骤2)中设定有跟踪周期与调合周期，调合周期内假定缓冲罐输出的原油性质等于此调合周期前缓冲罐内的原油性质值，再以跟踪周期滚动计算当前罐内混合原油的实际性质值，跟踪周期t与调合周期T的关系如下：

t＝T/u (1)

其中，u为一个调合周期内的跟踪周期个数，1≤u≤3，u为整数。

具体的，步骤3)中以缓冲罐中的原油性质数据偏差最小为目标，建立目标函数和约束条件，优化求解得到该调合周期的各组分油占比：

其中，Ψ(X_k)为第k个调合周期的目标函数，k＝1,2...N，N为整个调合过程需要的总周期个数；i表示参与调合原油的组分个数，i＝1,2,...,n；λ_j表示原油第j个性质的权重，j表示组分油性质个数，j＝1,2...,m；X_k为第k个调合周期的组分油占比，X_k＝[x_k1,x_k2…x_kn]^T，X_k≥0，x_ki表示第i种组分油在第k个调合周期中的占比；a_i为第i种组分油的性质数据；d_k为第k个调合周期开始前实际测得的缓冲罐中原油性质数据，d_k≥0；A为缓冲罐的截面积，l为缓冲罐内原油液位高度；k＝1时，为加工方案切换后混合原油的性质值；k≥2时，为动态调整后第k个调合周期的目标性质值；F为原油流量向量，组分原油流量f_i≥0；M为原油管线的最大流速，M＞0。

具体的，缓冲罐内当前的混合原油性质值的计算如式(6)所示：

其中，为第v个跟踪周期进入缓冲罐的混合原油质量占比，为第v个跟踪周期开始时混合原油在第v个跟踪周期中质量占比，p_v为第v个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的性质值，p为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的性质值，p_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的性质值，v＝1,2,...,m；

缓冲罐内当前的混合原油的非线性调合性质密度采用式(7)计算：

其中，为第v个跟踪周期进入缓冲罐的混合原油质量占比，为第v个跟踪周期开始时混合原油在第v个跟踪周期中质量占比，ρ_v为第v个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的非线性值，ρ为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的密度值，ρ_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的密度值，v＝1,2,...,m。

具体的，缓冲罐内当前的混合原油质量调合比通过下式计算：

式中，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为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的密度值，ρ_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的密度值，t为跟踪周期。

具体的，该方法通过跟踪周期滚动计算出第k个调合周期结束时，缓冲罐内混合原油的实际性质值p_k，计算得到混合原油实际性质值p_k与第k个调合周期目标性质值的偏差，再对第k+1个调合周期目标性质值进行动态调整，具体计算式如下：

其中表示整个切换过程最终混合原油的目标性质值，p_k为第k个调合周期后混合原油的实际性质值，为第k个调合周期混合原油的目标性质值，为第k+1个调合周期混合原油的目标性质值；w是目标值修正权重，w＞0。

本方法中切换前加工原油和待切换原油的性质数据是通过近红外快速评价技术得到。

本方法原油调合环节中存在线性与非线性调合关系的性质，在动态调合的过程中，具有线性调合关系的原油性质主要包括酸值、硫含量和密度，具有非线性调合关系的原油性质主要包括原油密度。

有益效果：

本发明提出的面向加工方案切换的原油动态调合方法，在加工方案切换状态下，基于当前加工原油和待切换原油的性质数据，通过对调合周期对内调合比的优化，以及调合周期内罐内混合原油性质的滚动计算，动态调整下一调合周期的目标性质值，可有效避免方案切换时，因人工操作对常减压装置生产稳定性的影响，实现装置自动平稳过渡，进而稳定产品质量。

附图说明

图1原油加工方案切换下的动态调合流程图

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实施例。

以某炼化企业为例，在正常操作时，该企业首先依据加工方案以及各组分原油数据，计算出最佳的原油调合配方，然后将各组分原油输送至原油静态混合器进行调合，并将调合后的原油经缓冲罐送至常减压装置进行加工。该炼化企业在2018年4月3日进行方案切换，从焦化料生产方案更改为沥青料生产方案。方案切换前调合组分原油分别为伊轻和丹佛，在7时起开始进行原油切换操作，调合组分原油改为伊重和玛雅。

图1为原油加工方案切换下的动态调合流程图。下面以原油加工过程中最为重要的密度、硫含量和酸值3个性质为例，给出原油加工方案切换下动态调合的详细过程。具体的实施步骤如下：

1)获取切换前加工原油和待切换原油的性质数据

当前加工原油为伊轻和丹佛，这2种组分油占比均为50％。经过调合头调合后得到当前加工的混合原油，其中密度ρ_start＝816.960kg/m³，硫含量S_start＝0.741Wt％，酸值C_start＝0.079mgKOH/g。

待切换原油为伊重和玛雅，整个切换过程结束时，最终混合原油中这2种组分油所占比例分别为85％和15％，经过调合头调合后的混合原油性质为：密度ρ_final＝858.972kg/m³，硫含量S_final＝2.088Wt％，酸值C_final＝0.202mgKOH/g。

2)初始化参数

原油开始切换时间为2018年4月3日7时00分，此时循环迭代标识符k＝0，混合原油流量F＝744.18m³/h，缓冲罐液位l＝12.4m，其截面积A＝400m²，调合周期T＝30min，跟踪周期t＝15min。

3)优化当前调合周期组分油的调合比

基于调合的目标值以及原油的性质数据，计算当前调合周期内，待切换原油中各组分油的调合比。组分原油的密度、硫含量以及酸值数据如表1所示。

表1组分原油的性质数据

	伊重	伊轻	丹佛	玛雅
					密度(kg/m3)	874.400	853.700	787.700	921.500
硫含量(Wt％)	1.900	1.360	0.140	3.410
					酸值(mgKOH/g)	0.200	0.130	0.020	0.180

k＝0时，表示切换操作开始前，此时缓冲罐内为50％伊轻和50％丹佛的混合原油，当前缓冲罐内的混合原油的密度ρ₀＝ρ_start＝816.960kg/m³，硫含量S₀＝S_start＝0.741Wt％，酸值C₀＝C_start＝0.079mgKOH/g。当k＝1时，表示处于第一个调合周期，第一个调合周期的目标值取切换操作结束时的性质，即密度ρ′₁＝858.972kg/m³，硫含量S′₁＝2.088Wt％，酸值C′₁＝0.202mgKOH/g。根据式(2)计算当前调合周期内原油的调合比。

XF≤M

计算出当前周期内待切换组分原油伊重和玛雅的调合比为0％：100％。该比例对应的组分原油性质分别为：密度ρ₁＝921.500kg/m³，硫含量S₁＝3.410Wt％，酸值C₁＝0.180mgKOH/g。

4)根据组分油的调合比，控制调合头，输出当前调合周期的调合流量；

5)计算缓冲罐内当前的混合原油性质

由式(4)和式(5)得到第v个跟踪周期进入缓冲罐的混合原油质量比：

第v-1个跟踪周期结束后的混合原油，在第v个跟踪周期中，混合原油质量占比：

依据计算出的调合比以及式(6)以及式(7)可以计算得跟踪周期内的原油密度，硫含量以及酸值，计算结果如表2所示。

表2跟踪周期内调合比以及性质数据

6)动态调整下一个调合周期的目标值

基于当前加工原油性质值和待加工原油性质值的偏差，依据式(3)对下一个调合周期的目标值进行动态调整，其中修正系数取w＝0.1，下一个调合周期的目标值分别为：

密度ρ′₂＝858.972+0.1*(824.655-858.972)＝855.540kg/m³，

硫含量S′₂＝2.088+0.1*(0.960-2.088)＝1.975Wt％，

酸值C′₂＝0.202+0.1*(0.087-0.202)＝0.191mgKOH/g。

7)判断混合原油性质是否到达待切换原油性质目标

经过计算，在2018年4月3日14:00时得到的缓冲罐内混合原油性质已达到待切换原油性质目标，计算结束。缓冲罐内跟踪周期的混合原油的密度、硫含量以及酸值数据如表3所示。

表3缓冲罐内的混合原油的酸值、密度、倾点数据

由表3可见，该方法可以解决一类具有缓冲罐的复杂原油加工工艺，在原油加工方案切换下的调合问题，可有效避免方案切换时，因人工操作对常减压装置生产稳定性的影响，实现装置自动平稳过渡，进而稳定产品质量。

Claims (6)

1.一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于采用动态调合方法完成原油加工方案切换，具有如下步骤：

1)获取切换前加工原油和待切换原油的实时性质数据以及各组分油占比，所述切换前加工原油是加工方案切换前用于调合的组分油，所述待切换原油是指加工方案切换后用于调合的组分油；

2)初始化参数，包括原油切换操作开始时间、跟踪周期、调合周期；一次原油切换操作开始到结束的阶段分为多个调合周期，一个调合周期分多个跟踪周期进行；

3)基于设定的目标性质值以及工艺约束条件，优化计算当前调合周期内，进入缓冲罐中各组分原油的调合比；

4)根据组分油的调合比，控制调合头，输出当前调合周期的调合流量；

5)由组分油配比，按照跟踪周期滚动计算缓冲罐内当前的混合原油性质值，单次调合周期中最后一个跟踪周期结束时缓冲罐内混合原油的性质值p_m即为跟踪计算得到的性质值p_k；

6)基于当前调合周期的目标值和跟踪计算得到的性质值p_k，并结合整个切换过程最终混合原油的目标性质值动态调整下一调合周期目标性质值

7)判断混合原油性质是否到达待切换原油性质目标，是则完成原油切换过程，否则返回步骤3)。

2.根据权利要求1所述的一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于步骤2)中设定有跟踪周期与调合周期，跟踪周期t与调合周期T的关系如下：

t＝T/u (1)

其中，u为一个调合周期内的跟踪周期个数，1≤u≤3，u为整数。

3.根据权利要求1所述的一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于步骤3)中以缓冲罐中的原油性质数据偏差最小为目标，建立目标函数和约束条件，优化求解得到该调合周期的各组分油占比：

其中，Ψ(X_k)为第k个调合周期的目标函数，k＝1,2...N，N为整个调合过程需要的总周期个数；i表示参与调合原油的组分个数，i＝1,2,...,n；λ_j表示原油第j个性质的权重，j表示组分油性质个数，j＝1,2...,m；X_k为第k个调合周期的组分油占比，X_k＝[x_k1,x_k2…x_kn]^T，X_k≥0，x_ki表示第i种组分油在第k个调合周期中的占比；a_i为第i种组分油的性质数据；d_k为第k个调合周期开始前实际测得的缓冲罐中原油性质数据，d_k≥0；A为缓冲罐的截面积，l为缓冲罐内原油液位高度；k＝1时，为加工方案切换后混合原油的性质值；k≥2时，为动态调整后第k个调合周期的目标性质值；F为原油流量向量，组分原油流量f_i≥0；M为原油管线的最大流速，M＞0。

4.根据权利要求1所述的一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于：

缓冲罐内当前的混合原油性质值的计算如式(6)所示：

其中，为第v个跟踪周期进入缓冲罐的混合原油质量占比，为第v个跟踪周期开始时混合原油在第v个跟踪周期中质量占比，p_v为第v个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的性质值，p为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的性质值，p_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的性质值，v＝1,2,...,m；

缓冲罐内当前的混合原油的非线性调合性质密度采用式(7)计算：

其中，为第v个跟踪周期进入缓冲罐的混合原油质量占比，为第v个跟踪周期开始时混合原油在第v个跟踪周期中质量占比，ρ_v为第v个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的非线性值，ρ为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的密度值，ρ_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的密度值，v＝1,2,...,m。

5.根据权利要求4所述的一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于缓冲罐内当前的混合原油质量调合比通过下式计算：

式中，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为当前调合周期内进入缓冲罐内混合原油的密度值，ρ_v-1为第v-1个跟踪周期结束后缓冲罐内混合原油的密度值，t为跟踪周期。

6.根据权利要求1所述的一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，其特征在于该方法通过跟踪周期滚动计算出第k个调合周期结束时，缓冲罐内混合原油的实际性质值p_k，计算得到混合原油实际性质值pk与第k个调合周期目标性质值的偏差，再对第k+1个调合周期目标性质值进行动态调整，具体计算式如下：

其中表示整个切换过程最终混合原油的目标性质值，p_k为第k个调合周期后混合原油的实际性质值，为第k个调合周期混合原油的目标性质值，为第k+1个调合周期混合原油的目标性质值；w是目标值修正权重，w＞0。