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原油運作過程中輸油管道輸油方案的研究

文檔作者：李勇白麗平文檔來源：廣東工業(yè)大學機電工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年09月27日
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研究與
DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2013．10．022
原油運作過程中輸油管道輸油方案的研究術
李 勇，白麗平
(廣東工業(yè)大學機電工程學院， 廣州 510006)
摘要：煉油企業(yè)生產計劃是一種遞階的運作模式。在制定煉油生產計劃的時候，首先根據市場需求以及現有生產環(huán)境來確定一
個目標煉油計劃，然后再根據這個目標煉油計劃得出一個詳細煉油計劃。然而，這個詳細煉油計劃只是記錄了相關的輸油管道
的信息，但沒有給出輸油順序，針對此情況，根據詳細生產計劃得出輸油管道的輸油順序，并計算出每次輸送原油的體積。
關鍵詞：煉油計劃；輸油管道；輸油順序
中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：1009—9492(20131 10—0077—04
The Course of the Operation of the Crude Oil Pipeline Oil Program
LI Yong， BAI Li—ping
(Guangdong University of Technology，CMEE，Guangzhou5 10006，China)
Abstract：Refinery production planning is a hierarchical mode of operation．In the development of oil refining production plan，according
to market demand and existing production environment to identify a target refining plans， and then based on this goal refinery plan a
detailed refining plans．However，the detailed refinery plan is recorded in the pipeline， but did not give the order of oil， oil pipeline
order，and each time the volume of transportation of crude oil this article is based on a detailed production plan．
Key words：refining plans；pipeline；oil order
0引言
從生產計劃和調度的角度來看，整個煉油生
產過程大致可分為三個階段：一次加工階段、二次
加工階段以及成品儲運階段 。目前二次加工階段
以及成品儲運階段的研究已趨于完善。然而一次加
工階段，即原油處理過程的研究比較復雜，生產過
程涉及眾多參數，生產過程既有離散過程又有連續(xù)
過程的特征f2叫。然而這些研究方法所涉及的原油
處理問題并沒有考慮輸油管道作為中間傳輸裝置
的一些約束，因此本文正是在這些研究的基礎上
添加了輸油管道的約束來綜合考慮原油處理過程。
1輸油管道的制約因素
本文所研究的輸油管道的約束問題處于一
次加工即原油處理過程，輸油管道在原油處理
過程中起著運輸作用，這個過程受多方面因素
的約束ul：
(1)輸油管道長達數十千米，管道中的原油
以萬噸計算，因此，這些管道中滯留的原油必須
考慮為庫存；
(2)輸油管道內可能因含有不同種類的原油
而分為若干段，當原油在輸送的過程中，一次只
能輸人到一個供油灌；
(3)輸油管道通?？梢越邮斩鄠€儲油罐同時
送來的原油，但任何時刻只輸出到一個供油灌；
(4)輸油管道在運輸不同品種的原油之間進
行切換的時候，也會出現兩種或幾種不同原油之
間的混合，造成一定的損失；
(5)輸油管道的輸油速率可在一定的范圍內
變化，但其費用不同，在一組泵工作的條件下，
額定速率的情況下最經濟，而在兩組泵工作的條
件下，其額定輸油速率小于單個泵工作時的額定
速率的兩倍；
(6)有些原油的熔點比較高，在溫度較低的
季節(jié)需要事先將輸油管道加熱才能輸送原油，一
批這樣的原油輸送完成之后，只有用低熔點的原
油將它擠出輸油管道后，才可以停止輸油，否則
會造成管道因凝結而堵塞。
正是由于以上因素以及煉油廠煉油生產成
國家自然科學基金(編號：60474061)
收稿日期： 。 一 一 匿蔞 受蔞 二 二譬
與開發(fā)
本、庫存成本等一系列成本因素的制約，輸油管
道不能根據蒸餾塔詳細煉油計劃來依次運輸港口
油罐中的原油。綜合這些制約因素，本文研究出
一種實用的按照詳細煉油生產計劃單來安排原油
的輸油順序。
2原油運作過程中輸油管道輸油方案的研究
2．1輸油方案的提出
原油在輸送到廠內供油灌之后，都要經過一
段時間的沉淀才能輸送至蒸餾塔內進行蒸餾，而
輸油管道輸送原油與否，由供蒸餾塔蒸餾的供油
灌內儲存的原油體積以及蒸餾塔的蒸餾速度決
定，因此可以得到公式：
(¨1 )
表示供蒸餾塔i的蒸餾時間；
表示供蒸餾塔i的供油灌 內儲存的原油體
積；
表示蒸餾塔i的蒸餾速度。
定理1假定煉油廠有K個蒸餾塔的情況下，
每個蒸餾塔都有l(wèi)， ≥3)個供油灌為其供油，該
統(tǒng)在滿足一定的初始條件下，按照上述公式(1)
得到的一組時間序列作為輸油策略來規(guī)定輸油管
道的輸油順序，則該系統(tǒng)是可調度的。
證明： 假設煉廠有 個蒸餾塔， 即DS ，
DS ，? ，DS ，每個蒸餾塔DS 對應的供油灌有
≥3)個，每個供油灌內的儲油量為G，那得到
的每個蒸餾塔蒸餾完對應的所有供油灌內原油的
時間為 ，現假設有一組時間序列 < <?< 。
那假設首先對蒸餾塔DS (1< ，說明蒸餾塔DS 對應的供油灌內原
油比蒸餾塔DS 對應的供油灌內原油先蒸餾完全，
此種情況下，如果先對Ds 進行輸油，那么蒸餾塔
DS。就會無油可煉，這樣系統(tǒng)就是不可行的。
2．2輸油順序方案的討論
影響煉油系統(tǒng)生成調度的安全性因素主要有
供油灌的數量、容積、油罐的儲油量、蒸餾速度
以及輸油管道的輸油速度。文獻[61中有討論并證
明了系統(tǒng)可調度的條件：每個蒸餾塔至少有三個
供油灌為其供油，并且所有蒸餾塔的蒸餾速度之
和小于或等于輸油管道的最大輸油速度，即
≤j p～ 。
2．2．1兩個蒸餾塔煉油的情況
假定煉油廠只存在于兩個蒸餾塔的情況F，
每個蒸餾塔都有三個供油灌為其供油，在滿足一
定的約束條件下，該系統(tǒng)按照公式(1)得到的一
組時間序列作為輸油策略來規(guī)定輸油管道的輸油
順序， 此情況下煉廠系統(tǒng)該在什么時候輸送什么
類型的多少體積原油。
假定有兩個蒸餾塔DS 和DS ，它們的煉油速
度 ，> 同時有六個供油灌CTK ，CTK!，
CTK,，C ，CTK 和 為這兩個蒸餾塔供油，
并且CTK。，CTK2和c 為蒸餾塔DS。供油，
CTK4，CTK5和CTK~,為蒸餾塔DS：供油，每個供油
灌對應的在其內部儲存的原油量為C (1≤i≤
6)，而每個供油灌的容積為 (1≤i≤6)，所以
C ≤ 。同時又由于原油到達供油灌后必須在供油
灌內沉淀一段時間 后才能被蒸餾塔使用，沉淀
時間 聽需要的煉油量分別為A =S2· 和A =0-1；
在初始邊界條件的情況下，供油灌CTK．干¨
CTK2中原~th#1的儲油量為C．=c =A，，同時供油灌
CTK4和CTK,中原油#2的儲油量為 =e=A!，供油
灌CTK,和c 為空灌，供油灌CTK 和c 』 在
分別對蒸餾塔DS 和DS。供油。由上述輸油策略公
式(1)可知，兩個蒸餾塔對應的蒸餾時間 =
， 即可選擇其中一個蒸餾塔進行先輸油，假設
就選擇蒸餾塔DS 進行先輸送原油}}l，那么就應
該在時刻為0時先為蒸餾塔DS 在周期『0，
]內輸送原油#1，在時刻 時再為蒸
J pm J _l¨
n ． ，
餾塔Ds 在周期周期[ ，明內輸送原油#2，
J nmqI
并且每次在對應的時間周期內輸送原油的量分別
為A。和A 。
假設六個供油灌CTK。，CTK2，CTK3，CTK4，
CTK5和CTK6內的原油都是滿載的情況下，那么由
上述輸油策略公式(1)可知，兩個蒸餾塔相對應
的蒸餾時間T < ，所以先要對蒸餾塔DS，進行輸
門．，
油，并且在蒸餾時間 + 時進行輸油，
J¨mn
后續(xù)輸油步驟如同第一種情況。
2．2．2 個蒸餾塔煉油的情況
假定有 個蒸餾塔DS 、DS：和DS ，它們的煉
油速度，=f、 ≥ ：> ， 同時有九個供油灌CTK。，
CTK2，C 3，CTK4，CTK5，CTK6，CTK7，C s和
C 為這三個蒸餾塔供油，并且CTK。，C 和
f ll；u u— 曩f 78 f_ 一。?！?1 ．．．．．-． ．．．-． ．．．‘． -．．．-．．-． ．‘．．‘．．．．．．．-．．．1．．．．．． ． I ．．．．．．． ．．．-．．． ．‘．．-．j．-．．．．．．．一
李 勇 等：原油運作過程中輸油管道輸油方案的研究
CTK3為蒸餾塔DS 供油，CTK4，c 和c 為蒸
餾塔DS 供油，CTK7，CTK8和c 為蒸餾塔DS 供
油，每個供油灌對應的在其內部儲存的原油量為
C (1≤i≤6)，而每個供油灌的容積為 (1≤i≤
6)，所以有e≤ 。同時又由于原油到達供油灌
后必須在供油灌內沉淀一段時間 舌才能被蒸餾
塔使用，沉淀時間 所需要的煉油量分別為A =
· 。，A：=／2· 和A3-M2· 。
初始邊界條件為供油灌CTK,和CTK：中原油#1
的儲油量為C。=c2=A。，供油灌CTK4和c 中原油
#2的儲油量為C4=C =A ，供油灌CTK7和CTKs中原
油#3的儲油量為C =C =A，，供油灌CTK3、CTK6和
CTK9為空灌，供油灌CTK 、CTK4和CTK7正在分
別對蒸餾塔DS。、DS 和DS，供油。由上述輸油策
略公式(1)可知，兩個蒸餾塔對應的蒸餾時間
= =
， 即可選擇其中一個蒸餾塔進行先輸油，
那假設就選擇蒸餾塔DS 進行先輸送原油#l。那
仃．，
么就應該在周期[0， ]內先為蒸餾塔，JJs。輸
j 9 nn
送原油#1， ~NCl[ ， — ]內再為蒸餾
J pmax J pmax
r)．，
塔D5 輸送原油#2，在周期[ ， 內為蒸餾塔
口m n
DS 輸送原油#3，并且每次在對應的時問周期內輸
送原油的量分別為A，、A：和A 。
2．2．3 k個蒸餾塔煉油的情況
假定有 個蒸餾塔DS 、DS 、?、DS ，它們
的煉油速度． ?！? >?> ，同時有3 個供油灌
CTK。， CTK2，CTK3， ? ，C <3 +l，CTK3^+2，C (3 +3
為這k個蒸餾塔供油，并且CTK。，c 和CTK3為
蒸餾塔DS 供油，CTK4，CTK5和CTK6為蒸餾塔DS
供油，CTK3?，CTK3 和CTK3 +，為蒸餾塔DS 供
油，每個供油灌對應的在其內部儲存的原油量為
C (1≤ ≤6)，而每個供油灌的容積為 (1≤i≤
6)，所以有G≤ 。同時又由于原油到達供油灌
后必須在供油灌內沉淀一段時間 后才能被蒸餾
塔使用，沉淀時間 所需要的煉油量分別為A -12·
， A：=12· 和A -42· 。
初始邊界條件為供油灌cz 和CTK2中原油#l
的儲油量為Cl=C：=A ，供油灌c 和c 中原油
#2的儲油量為c =c =A：，供油灌CTK3 和CTK3
中原油#3的儲油量為C =C ：=A ，供油灌c 、
CTK6、?、CTK3 +。為空灌， 供油灌CTK,、
CTK4、?、CTK,“。正在分別對蒸餾塔DS 、DS 和
DS 供油。由上述輸油策略公式(1)可知，兩個
蒸餾塔對應的蒸餾時間T。= =?= ，即可選擇其
中一個蒸餾塔進行先輸油，那假設就選擇蒸餾塔
DS 進行先輸送原油#1。那么就應該在周期『0，
n ． ，
]內先為蒸餾塔D 輸送原油#1，在周期
口m n
[ ， ]內再為蒸餾塔DS 輸送原油#
pm
r)． ，
2，以此類推：則在周期[ ， 內為蒸餾塔
p m
DS 輸送原油# ，并且每次在對應的時間周期內輸
送原油的量分別為A 、A 、?、A 。
假設煉油廠有k個蒸餾塔的情況下，每個蒸
餾塔都各自對應有t，個供油灌對應為其供油， 個
蒸餾塔分別為DS 、DS 、?、D ，它們的煉油速
度 。 ：>?≥： ，且所有蒸餾塔的蒸餾速度之和小
于或等于輸油管道的最大輸油速度， 即
≤ ，同時每個蒸餾塔Ds 都有I，個供油灌
I=1
為其蒸餾過程進行原油供給，每個供油灌對應的
在其內部儲存的原油量為c (1≤ ≤6)，而每個
供油灌的容積為 (1≤i≤6)，顯而易見C ≤
同時又由于原油到達供油灌后必須在供油灌
內沉淀一段時間 后才能被蒸餾塔使用。此
時根據公式(1)的輸油策略可以得到一組時
間序列， 即Tx< <?< ， 假設 < + (1≤ ≤
一1)，應該在時刻( 一 +里 給
j pmax j pmax
蒸餾塔DS 輸送原油的體積為 ( + 一 —
· ? ． ·
十 、
一
針對上面的普通條件下輸送的原油的體積，在
時間 ( + 一 一 + )內給蒸餾
j pmax j pmax
塔DS 輸送原油的體積 存在兩種可能的情況，
一是在這段時問內輸送的原油的體積超過蒸餾塔
DS 對應的供油灌的容積，則即可停止對該蒸餾塔
進行輸油，轉至對下一個蒸餾塔進行輸油安排；
另外是即使蒸餾塔DS。對應的某一個供油灌并沒有
完全滿油狀態(tài)，此時也必須要停止對其輸油而轉
至對下一個蒸餾塔進行輸油安排。
3實例驗證
某煉油廠有4個蒸餾塔DS。，DS ，DS，和
和l5個供油罐CTK1 CTK。 ， CTK,。3，CTKI ，
與開發(fā)
CTK,o5， CIK106， CIKl07， CTKlo8， CTK1o9， C7K110，
CTK ，CTK ，CTK ，CTK, 和CTK1 短期生
產計劃的周期為10 d。從港口儲油罐的原油由一
條輸油管道把相應原油輸送到煉廠蒸餾塔對應的
供油罐。4個蒸餾塔的煉油速率分別為500 t／h、
400 t／h、300 t／h和200 t／h。原油在油罐的駐留
時間為3 h， =2 000 t／h，表1表示廠區(qū)各個
油罐的容量和初始庫存。
表1 油罐的容量和初始庫存
由表1可看出，供油灌CTK1 和CTK, 為空，
短期生產計劃中并未使用它們，暫作儲油罐使用，
無需向蒸餾塔進行供油。CTK。 正在供給蒸餾塔
DS ，CTK。 正在供給蒸餾塔DS：，CTK 。 正在供給蒸
餾塔DS ，CTK 正在供給蒸餾塔DS。
按照表1的一些數據，結合公式(1)可以得
到一組時間數據：T1=72 h，T2=75 h，T3=150 h，
T4=100 h。所以可以得出一組時間序列： < <
T．

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