张宝龙 李桂华

摘要：中石化天津分公司是中国最大的炼油化工一体化综合性石油化工企业，依据“市场导向、效益导向、全局导向”原则，对全厂炼油总加工流程以及乙烯装置和芳烃装置建立完整的炼化一体化规划PIMS模型，利用线性规划技术对规划装置效益、规划装置能力、规划装置加工方案进行评估以及对物料流向、产品结构进行优化，实现宜油则油，宜烯则烯，宜芳则芳，努力打造环渤海炼化一体化基地。

关键词：炼厂规划改造，炼化一体化;线性规划;PIMS模型;分子建模

中国石油化工股份有限公司天津分公司（以下简称天津石化），创建于1983年，是中国最大的炼油化工一体化综合性石油化工企业之一，具有较强的整体规模实力，是中国重要的成品油、中间石化产品、合成树脂和合成纤维生产企业，津石化现有原油综合配套加工能力1250万吨/年，乙烯生产能力120万吨/年（含合资公司），化工产品年生产能力为对二甲苯 39万吨、PTA 34万吨、聚酯20万吨、短纤10万吨/年、聚醚6万吨，主要产品涵盖石油炼制、化工、化纤三大类。

公司利用炼油化工一体化的优势，积极调整优化产品结构，不断改进产品质量及品种，优化生产技术，提高关键性上游装置能力，提高企业资源的深度利用和综合利用效率，具有较强的持续发展能力。为贯彻落实集团公司“两个三年”发展规划和炼油产品结构调整有关专题会议精神，加快炼油产品结构调整，推动炼化一体化业务高质量发展，天津分公司按照“市场导向、效益导向、全局导向”原则和“增汽航、保化润、拓船燃、减柴焦”的调整方向，制定了“两个三年”和“两个十年”的发展规划，实现宜油则油，宜烯则烯，宜芳则芳，努力打造环渤海炼化一体化基地。

企业的未来规划正是基于企业现有系统的运行参数、成本分布、产品数量、企业的盈利点及市场变化情况进行动态调整。基于信息化手段搭建炼化一体化投资规划模型，可在短时间内测算出各种原料的保本价和加工效益，帮助公司快速决策，同时及时调整规划方案和产品结构，从而实现获得最大经济效益的目标。

自20世纪50年代以来，石油化工行业开始应用数学规划，数学规划的应用为石油化工行业带来巨大的经济效益，数学规划技术已成为石化行业不可或缺的有力工具[1]。PIMS 软件利用线性规划原理，在原油選择、生产加工方案优化、产品质量升级评估和装置改造等方面开展优化应用，通过PIMS模型测算为企业带来巨大效益[2]。

在炼化规划方面，面对复杂的原料、产品市场时，如果规划工作仍依靠项目管理人员的个人经验，委托外部院对规划方案进行论证，难以快速比对各个规划方案的经济效益，从而不能及时精准的选出最优规划方案[3]。这种基于个人经验及委托外部院验证的工作方式，造成决策效率的偏低，同时还为决策失误埋下隐患。利用PIMS软件建设规划模型，开展投资规划专项优化应用，进行投资规划效益测算和规划方案比选优化应用，实现投资规划计划的整体优化。

1  炼化一体化规划PIMS模型的建设

天津分公司炼化一体化规划PIMS模型涵盖所有的现有装置、改造装置，在建装置及规划装置，包括常减压装置、轻烃回收装置、石脑油处理装置、油品精制装置、蜡渣油处理装置、气体处理装置、芳烃工艺、乙烯工艺、环保处理装置、氢气燃料气装置;从PIMS模型结构来说，天津分公司炼化一体化规划PIMS模型包括采购模块、原油蒸馏模块、二次装置模块、调和模块和销售模块。天津分公司炼化一体化规划PIMS模型可以实现从全厂维度测算工厂生产及经营效益，辅助经营决策，助力企业实现效益最大化，以及快速应对市场波动。

1.1  常减压模拟切割及多方案设置

常减压切割数据是规划模型的重要基础数据，其数据的完整性和可靠性将直接影响到模型的运算结果是否准确、可信。天津分公司炼化一体化规划模型的常减压模块依据原油评价数据库及企业生产流程要求、装置工艺特点进行了蒸馏方案设置及原油切割，保障生产龙头的优化空间。

为实现为芳烃联合装置提供原料的目的，芳烃联合装置炼油配套项目需将2#常压装置由250万吨/年扩能到500万吨/年，2#减压装置维持原产能。对于PIMS 模型，系统会根据原油评价数据自动建设常减压装置模型，不需要手动建模，常减压馏分收率及各馏分性质可以直接从原油评价数据表中读取[4]。针对天津分公司2#常压扩能，2#减压维持不变的情况，设置NEWCUT表，可实现随着2#常压装置能力变化，2#常压渣油改变流向至下游渣油加氢装置的操作。通过此表可以实现对常压渣油物料流向优化的功能，并以此实现对渣油加氢装置、2#催化裂化装置及下游相关装置的规划能力和效益进行评估。

1.2  应用DB结构动态描述装置加工过程

为更切合实际的描述生产成品油的二次装置和提供芳烃联合装置原料及乙烯装置原料的二次装置，以便更好的评估规划装置能力和效益，天津分公司炼化一体化规划PIMS模型对关键装置建立了Delta-Base结构，用多方案来反映不同的典型操作条件下的装置侧线收率（Base），用Delta结构来反映收率随进料性质的变化量。当进料性质在一定范围内波动时，可以近似认为其对收率的影响是线性的，通过采用Delta-Base技术来反映进料性质变化对侧线产品收率的影响关系[5]。

根据需要为航煤加氢装置、柴油加氢装置、S-Zorb装置、蜡油加氢装置、渣油加氢装置、加氢裂化装置、催化裂化装置，延迟焦化装置建立了DB结构。

1.3  为气体处理装置建立分子级别的模型

炼厂的改造以及规划势必离不开燃料气平衡和氢气平衡，而燃料气的热值和氢气耗量与其相应组成密切相关，天津分公炼化一体化规划模型为气体处理装置建立了分子级别的模型，可将进料组成传递到产物，可以模拟产物产量随着进料组成变化而变化的动态过程，更切合实际的评估规划装置能力和效益。

PIMS分子建模的原理：利用递归结构对进料进行组分传递。下面以1#气分装置为例，介绍PIMS分子建模：

（1）以煉厂实际数据，或者设计院提供数据，给定1#气分装置进料：1#/2#催化脱硫液化气的静态组成，见表1：

（2）在PIMS模型中利用R行建立进料组分汇流递归，见表2：

（3）在PIMS模型中利用E行将进料以组分形式进入装置模型，设定个组分下的装置收率，见表3：

（4）再次利用R行建立1#气分装置产物气分碳四的组分汇流递归，以将1#气分进料组成传递到下游装置。

建立分子模型的二次装置包括烷基化装置、气分装置、C2回收装置、膜分装置、PSA装置。

1.4  油品调合模块

油品调合是炼油生产中非常重要的生产环节，一定程度上决定了企业的出厂能力和生产潜力，是炼厂改造和规划必须考虑的一部分。根据国家油品质量控制标准以及企业的调合基础数据，天津分公司炼化一体化规划PIMS模型建立了油品调合子模型。

2  PIMS模型在炼化一体化规划中的应用

2.1  规划流程效益评估

利用PIMS规划模型可以测算新建装置流程和现有装置流程加工效益对比案例，为装置改扩建质量提供效益依据。

设置基础方案：1500万吨炼油+150万吨乙烯+30万吨芳烃+50万吨船燃，2#常减压加工量500万吨，3#常减压加工量1000万吨;炼油改造方案：2#常减压加工量580万吨，3#常减压加工量920万吨，其余约束与基础方案一致。

2.2  规划装置能力评估

结合全厂装置加工流程，利用PIMS规划模型搭建规划装置投产能力测算案例，通过不同方案比选，测算配套装置加工能力，为规划、改扩建提供数据支撑。以改造2#常减压装置能力为例，总加工能力不变，为1500万吨/年，改变改造2#常减压装置能力，结果见表5：

由表6可以看出，在下游装置加工负荷在加工能力范围内，成品油的产量符合市场需求时，随2#常减压加工能力的增加，整体效益是上升的。

2.3  规划装置加工方案评估

利用PIMS规划模型测算装置加工流程改变后，中间物料不同流向的边际效益，为生产方案调整提供依据。

2.4  产品结构优化

利用PIMS规划模型测算新增油品牌号加工效益、调合组分配方、最大调合能力等案例，为油品质量升级工作提供数据基础。

3  结论（结束语）

天津分公司炼化一体化规划PIMS模型包含了天津分公司所有炼油装置、芳烃装置和乙烯裂解装置，可以利用线性规划技术开展投资规划专项优化应用，进行投资规划效益测算和规划方案比选优化应用，实现投资规划计划的整体优化。

并且分子级别的模型可满足将进料组成传递到产物的需求，从而模拟产物产量随着进料组成变化而变化的动态过程，为炼厂的改造和规划提供了强有力的技术支撑。

参考文献：

[1] 钟诗贤.长炼线性规划的开发与应用[ J].化工自动化及仪表，1987，2.

[2] 周康.PIMS 软件的开发与应用[ J].石油化工通讯，2002，6（2），20 -25.

[3] 洪鹰.应用PIMS 软件优化生产计划[J].石化技术，2005，12（3）：45-48.

[4]刘娜娜，田慧.PIMS 优化中性质传递的应用技巧[J].炼油技术与工程，2012，42（12）：43-46.

[5] 王景芳，张国兴，李咏梅.PIMS 模型开发与应用[J].化工自动化及仪表，2002，29（2）：38-42.

作者简介：

姓名：张宝龙，出生年月：1976.5，性别：男，民族：汉，籍贯：天津静海，当前职务：设计副总，当前职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：石油炼制，作者单位全称：中国石化股份有限公司天津分公司，单位所在地：天津滨海新区，单位所在地邮编：300271