油品调和优化问题研究

油品调和优化问题研究

马东云

陕西延长石油 (集团 )有限责任公司榆林炼油厂 718500

摘要：石油炼制工艺在我国的经济发展中具有巨大的支撑作用，随着油品使用范围和使用程度的不断增加，市场上对油品品质提出了更高的要求。本文从油品调和的重要性出发，列举了油品调和所涉及的原理，同时分析我国油品调和生产现状，并结合实际情况及市场需求提出几点针对油品调和优化技术及问题分析的建议，力求为油品调和优化提出新思路。

关键词：油品 调和 优化 研究

1. 引言

油品调和是炼油厂生产各种石油产品的重要生产工序之一。油品调和过程要综合考虑油品的质量指标、炼油厂的生产能力以及市场供应要求等因素。调和过程中涉及许多组分油及添加剂的混合,由于油品的混合特性并非组分油特性的简单线性叠加,因此油品调和问题本身是一个复杂的非线性约束优化问题。因此建立较为精准的油品调和优化模型并寻求快速高效的调和比例方法,是实现油品在线调和的关键。为了充分体现油品调和优化调和比例的精确性和快速性,本文从油品调和配比优化模型入手,首先针对目前调和配比模型不够准确和求解速度较慢的问题,建立了新的汽油调和配比模型。并且通过对模型特性的分析,提出了一种新的线性先行GA算法。通过将线性约束与非线性约束拆分开,先求解凸多面体的全部顶点和极方向,解出满足线性约束的所有可行解所在的可行区域。然后在这个解区域内,通过优化凸组合的系数,从而达到搜索整个线性解空间的目的,完成非线性优化模型的求解。

2. 进行油品调和所涉及的原理
   　　油品调和是将基础油组分之间进行充分的溶解使其达到调和的过程，将油品中加入添加剂就是帮助溶解的过程，分子扩散、涡流扩散和主体对流扩散是油品扩散的三种主要形式。以下对三种扩散形式进行具体阐述。
   　　（一）分子扩散
   　　在帮助油品溶解扩散的过程中，会使用加入添加剂以及其他方式对其进行助力，油品的各组分之间会通过分子之间的运动加速溶解扩散的进程和速度，这个过程主要是发生在物质分子之间的。
   　　（二）涡流扩散
   　　进行油品调和时主要是通过泵循环调和和机械搅拌两种调和方式进行的，机械的高速转动和油品组分之间的低速转动产生一定的剪切作用，由于剪切作用的存在，局部区域会有旋涡出现，在漩涡出现处会产生涡流扩散现象。
   　　（三）对流扩散
   　　整体调和油的组分通过强制或者自然对流带动物质之间的传递，然后发生整体对流现象。
   　　三、进行油品调和的主要方法
   　　（一）管道调和方式
   　　管道调和又叫在线调和，根据组分油的量按照标准添加方式加入一定量的添加剂，然后将组分油加入管道之中，混合器会将液体分割成薄片，这样就加速了分子之间的快速融合。然后将融合好的油品组分装入管道，由管道将其输送然后进行装车。在管道调和中会用到多种调和方式，其中全自动调和、半自动调和和手动调和是应用最多的三种调和方式。
   　　（二）罐式调和方式
   　　间歇式调和或者批量调和是对罐式调和方式的另外两种叫法，前期的处理方式与进行管道调和所使用的方法大致上是一致的，是根据油品的量按照添加标准进行一定添加剂的添加，然后将混合好油品泵倒入调和罐中，进行一系列标准检验以后将满足生指标的油品进行装车输送。各具调和条件的不同可对罐式调和进行不同方式的选择，经常用到的是搅拌调和、喷嘴调和和循环调和这三种方式。

3. 我国油品调和生产现状

就当前炼油厂的油品调和工艺选择来说，主要分为两种方式，一是罐内调和，二是管道调和。相对来说，罐内调和方法是较为传统的调和方式，主要是把需要的各种调和油料按比例灌装进调和罐，之后将油料均匀混合，进而获得所需的成品调和油。罐内调和在实际操作中要有人工实施采样，并尽快分析该油品的质量是否达到合格标准，若未合格，还要由人对油料进行导入或倒出，最终确保油品质量满足国家和行业的标准要求。该生产工艺操作非常简单，但效率很差，质量也难以得到根本的保障。

相比较而言，管道调和是更加精细、准确的调和工艺，也是目前主要采用的调和方式。其具体操作是将各种所需油料按比例灌注管道内，在静态混合器的调和作用下，形成最终的成品。静态混合器能够使油料获得充分搅拌及有效混合，可以有效提高对油品调和的准确度。同时，这种调和方式已经能够在线进行控制，可以大幅缩短生产时间。

四、油品调和优化技术及问题分析

（一）调和计划制定及输运方案优化

为了达到油品调和优化的目标，先要有非常清晰合理的优化目标和实现的具体方法设计，这就是调和计划的主要内容。通过综合研究调和产品的实际性能、工艺要求、运输方式等各方面因素后，还要制定得到最终产品的具体配方，对这些经验配方综合对比，在使得产品性能的要求满足情况下，确定最优实施方案。输运优化是指将成品油运输到客户的整个过程的优化。要选择更为适合的运输方式，包括需要用到的油罐类型和质量要求，提货方式，都进行明确，路途环境的变化也会影响到调和油品的质量。

（二）调和过程控制的在线优化

对油品进行调和优化，其过程的实施主要控制在生产的过程中，通过严格的实验配比设计，确定具体的调和配方。为降低产品中硫和重金属等的含量，需要对进行调和的成分严格控制，确保成品符合标准。在之后的生产过程中，要针对操作过程进行严格控制，使得配方能够被精确执行。油品调和以管道调和工艺为主，利用计算机技术实现对调和比例的实时在线控制。

生产操作人员要对所生产的油品性质有大致的推测，先基于专业相关知识以及研究内容，从已知组分的各性质推测有一定可靠程度的油品模型，之后通过合理调和，对配方进行调整优化，进而研制新的更好产品。通过合理的方式方法，充分利用汽油调和组分辛烷值，有效降低油品中硫和重金属含量。

将设计的调和模型与所得产品的实际质量相关参数进行对比，把偏差反馈给调和模型的对应公式。通过利用在线优化策略，将满足线性关系的调和规划以及所得的偏差利用软件继续进行仿真处理。之后将所得结果再与已研发的成品比较，查找其中存在的不足，持续这种优化方式，得到最佳的优化策略。

（三）调和模型的设计

调和模型可以看作是对油品质量进行分析比较重要的一个参数，该模型能够精确显示出各种原料油品及其性质间的内部关系。这些关系从数学角度可分为2种，即线性关系以及非线性关系。通常意义上说，若某特性是各原料特性按比例的直接综合，就称作是线性关系，不满足就称非线性关系。对于调和模型来说，能够很好说明这种内部关系，将原料油品参与程度对整个成品油的各方面性质的综合影响，都能得到明确。利用对调和模型的研究，炼油企业能够在原料性质和参数已知的情况下大致得出成品油的具体性质和相应参数，而这对于油品调和优化是最重要的参考。炼厂实际的参考就是化验小样，取一定量的基础油加入一定比例的添加剂在化验，根据化验结果再调整罐基础油。

（四）对调和算法的优化

油品调和优化是一个非常复杂的过程，其中需要用到的算法也非常多，比较常用的基本算法就有3种，包括整数规划、随机规划和非线性规划。整数规划是基于数学方法完成建模以分析各种问题的一种有效方法，通过数学已有模型对调和油品的质量实施系统分析，能够得到更直观的优化结果。随机规划包括割平面法、单纯行法、分支定界法等，这些都是采用数学模型分析时需要用到的方法。对于非线性规划来说，指的就是将目标函数与约束函数中至少存在一个相关自变量，且关系为非线性的函数关系。非线性规划中比较常用SQP算法，该算法利用非独立变量以及等式约束进行消去，使得变量维数得以降低，简化运算。

五、结束语

综上所述，油品调和优化对于油品质量的稳步提升有 直接的影响，在当前国家加大对油品质量控制的背景下，油品调和优化的意义更加凸显。通过多种途径一起采用，实现对油品调和优化，进而完成预期的优化目标。

参考文献 ：

[1] 刘昌涛.大庆炼化公司汽油调合模型研究 [D].哈尔滨 ：哈尔滨工业大学，2012.