PIMS-SPYRO

1基于PIMS-SPYRO联动实现乙烯生产计划优化罗德鸿1，雷向欣2，张小萍1，籍军1，史明东3（1.扬子石油化工股份有限公司，南京210048）（2.华东理工大学信息学院，上海200137）（3.上海绿憬实业有限公司，上海200434）摘要ASPENPIMS和SPYRO软件的集成应用在MPIMS模型乙烯裂解部分采用联动SPYRO迭代计算的方式，实现MPIMS模型优化计算过程中“多方案”和“Delta-Base”模型中生产数据的动态变化，使之更为准确反映实际生产运行情况，进而优化原油品种结构、优化乙烯裂解原料结构、优化乙烯裂解产物结构，达到炼油与化工整体优化的目的，提高生产计划工作效益。关键词：乙烯PIMSSPYRO计划优化ACHIEVEETHYLENEPRODUCTIONPLANOPTIMIZATIONBASEDONPIMS-SPYROLINKAGELuoDehong1,LeiXiangxin2,JiJun1,ZhangXiaoping1,ShiMingdong3（1.YangziPetrochemicalCompanyLtd.,Nanjing210048）(2.EastChinaUniversityofScience&Technology,Shanghai200137)(3.ShanghaiGreenSightIndustriousCompanyLtd.,Shanghai200434)AbstractAspenPIMSandSPYROintegratedsoftwareapplications,usingiterativecalculationincooperationwithSPYROintheethylenecrackingsimulationofMPIMSmodel,achieveproductiondatadynamicchangeinmanyoptionsandDelta-BasestructuresofMPIMSmodeltomakeitmoreaccuratelyreflecttheactualoperationofpetrochemicalproduction,thenoptimizethestructureofvarietiesofcrudeoil,thestructureofethylenecrackingfeedstock,andthestructureofethylenecrackingproduct,toachieverefiningandchemicaloptimizationoftheoverallpurposeofimproving2theproductionefficiencyoftheworkofproductionplan.Keyword:EthylenePIMSSPYROPlanOptimization1前言ASPENPIMS(ProcessIndustryModelingSystem，过程工业模型系统)软件[1]是基于线性优化等算法实现的炼油和化工企业的工厂计划优化软件，目前被全球炼化企业广泛采用，在长期实践中得到行业认可。PIMS软件在石化行业的应用有以下几方面：构建原油优化的集总模型；编制年度计划和季度计划选择优化的供应、生产和销售方案；编制月度计划和调度计划；建立多周期模型,确定工厂合理的库存；根据需要编制专门模型,比如分析该厂效益瓶颈、对增建和扩建装置进行经济预估和比较、对原油的选择、对油品市场的开拓进行经济预估和比较、给出原油和成品的保本点[2]等。SPYRO软件是在乙烯裂解过程半机理模型基础上设计开发的过程模拟软件，因其在长期实践过程中得到行业的认可，被广泛用于对乙烯原料及进口原油的馏分油分析和裂解性能评价；对乙烯装置的重质油、轻质油等原料做出评价；对不同性质的裂解炉原料进行跟踪计算，将计算结果作为调整裂解炉裂解温度的依据，优化裂解炉运行周期，提高乙烯和丙烯的收率，降低装置的各项能耗物耗[3]。本文介绍的生产计划软件集成优化应用技术是在目前ASPENPIMS、SPYRO等软件的使用基础上，在MPIMS模型（Muti-ProcessIndustryModelingSystem，通过ASPENPIMS软件构建的多厂过程工业模型系统）乙烯裂解部分采用联动SPYRO迭代计算的方式，实现MPIMS模型优化计算过程中“多方案”和“Delta-Base”模型中生产数据的动态变化，使之更准确反映企业实际运行情况，进而优化原油品种结构、优化乙烯裂解原料结构、优化乙烯裂解产物结构，达到炼油与化工整体优化的目的，提高生产计划工作效益。2MPIMS优化模型使用现状当前国内石化企业MPIMS模型编制工作一般采用企业生产的实际统计数据，在乙烯和芳烃部分分别采用“多方案”和“Delta-Base”结构相结合的方式，从而基3本实现原油性质―化工原料性质―化工产品生产三部分的相互关联，基本达到炼油与化工整体优化的目的。在MPIMS模型乙烯裂解模拟部分，采用的基本形式是若干个典型生产方案或者基于PONA值的Delta-Base模型结构来反映装置在不同工艺条件下的投入与产出情况。上述方式的主要缺陷在于生产方案和Delta-Base模型数据(Base与Delta数据)预先由人工输入，数据具有很大的局限性，不能全面的模拟实际生产；与其它技术经济优化软件（如：SPYRO）、数据库未有相应的集成应用接口，在计算过程中，不能根据PIMS迭代要求而动态优化。在MPIMS模型编制过程中，生产计划工作人员可以依靠一些生产过程模拟软件来获取所需数据，如通过SPYRO软件来计算不同工况条件下的乙烯裂解产物数据。但是专业的过程模拟软件(ASPENPLUS,SPYRO)对生产计划优化工作而言存在很多应用瓶颈，如：SPYRO软件计算输入要求用户知道确切裂解原料组成、原料馏程，装置操作条件（温度、压力等）。其使用方式比较适合专业的工艺研究人员。综上，我们认为有必要开发一种适合生产计划优化工作的计划优化软件(ASPENPIMS)与生产过程模拟软件（如：SPYRO）的集成应用系统。3PIMS-SPYRO集成应用生产计划软件集成应用系统模块功能协作示意如图（图1）。4用户PIMS1.运行PIMSPSISPYROSPYRO-DB2.调用PSI接口10.返回SPYRO模拟计算结果7.调用SPYRO8.返回计算结果5.搜索历史计算结果6.返回历史计算结果9.增加历史计算结果Feed-DB3.搜索乙烯裂解原料物性4.返回乙烯裂解原料物性【图例说明】1.PIMS：PIMS软件2.PSI：PIMS-SPYRO接口，基于分布式网络计算技术实现的PIMS、SPYRO异地远程协作工作接口软件3.Feed-DB：乙烯裂解原料物性数据库4.SPYRO-DB：SPYRO模拟计算历史数据库5.SPYRO：SPYRO软件图1功能协作示意图PIMS-SPYRO功能协作过程简要介绍如下：1、运行PIMS：用户通过AspenPIMS软件界面启动MPIMS模型优化计算。2、调用PSI接口：涉及乙烯裂解模拟计算，系统则提供一个中断，将PIMS迭代计算产生的Input数据组、SpyroIn数据组传送给PSI接口并调用。3、搜索乙烯裂解原料物性：PSI接口对乙烯裂解原料物性数据库进行查询，获得SPYRO模拟计算乙烯原料的组成或恩氏蒸馏温度数据。4、返回乙烯裂解原料物性。5、搜索历史计算结果：PSI接口对SPYRO计算历史数据库进行查询满足当前迭代计算需要的模拟数据。6、返回历史计算结果：如计算历史库存在满足当前迭代计算需要的模拟数据，则直接进入过程10：返回SPYRO模拟计算结果。从而达到提高迭代计算速率的目的。反之，进入过程7。7、调用SPYRO：PSI接口远程启动SPYRO，执行模拟计算。58、返回计算结果。9、增加历史计算结果：PSI接口将SPYRO计算结果添加到SPYRO计算历史数据库。10、返回SPYRO模拟计算结果：将PSI接口模拟计算结果Output数据组返回到PIMS中，并更新模型数据。如PIMS迭代计算仍未结束，则进入过程1，反之，结束计算。数据组说明：Input数据组：MPIMS迭代计算过程中产生的不同物料的操作参数赋值，如标识ENN的物料出口温度（ICOTENN）、出口压力（ICOPENN）等，上述数据传入PSI，提供给SPYRO做乙烯裂解模拟计算，用元组(ICOTENN,ICOPENN,……)表示。SpyroIn数据组：MPIMS中关于Delta-Base模型迭代计算中所需要的Delta值，如：温度Delta值（COTDelta）、压力Delta值（COPDelta）等，以及其它相对固定输入，如：流量（FLOWR）、汽油比（S2O）等。用元组(COTDelta,COPDelta,FLOWR,S2O……)表示。Output数据组：PSI接口计算返回的乙烯裂解模拟计算得到的产物组成（如：氢气、乙烯、丙烯等），用元组(WBALEH2,WBALC2=,WBALC3=,……)表示。4MPIMS中的乙烯裂解模型采用PIMS-SPYRO集成应用技术后，在原有的乙烯裂解模拟部分的模型，我们根据实际计算需要可采用不同模型结构。简要介绍如下：多方案模型：区别以往的多方案模型，我们在模型结构中的生产方案只需要提供不同的乙烯裂解工艺参数，如裂解炉出口温度(COT)、出口压力(COP)等，由PSI接口动态提供不同工艺参数下的裂解产物数据。模型结构用元组{(COT1,COP1),(COT2,COP2),(COT3,COP3)……}表示，即用不同工艺条件对应的产物组成的散点序列来描述不同工况的产物组成，不适用于工况变化范围广的情形。Delta-Base模型：区别以往的Delta-Base模型，我们在Delta-Base模型中提6供的生产工艺参数、产物收率可由PSI接口动态优化计算。模型结构用元组(COT,COP,COTDelta,COPDelta…)表示。我们在具体使用时，上述模型又可细分为两种：一种是Base值(COT,COP)对应的产物组成由PSI动态优化计算产生，而Delta值(COTDelta，COPDelta)对应的产物变化值在模型中固定不变，由SPYRO；另一种则是两者都由PSI动态优化计算产生。使用效果表明：前一方案迭代计算敏感性比后者低，可避免迭代过程中参数值来回振荡的问题，PIMS迭代计算收敛速率较后者快，但其优化结果要逊色于后者。多方案的Delta-Base模型：结合前述模型，我们设计了一种多方案的Delta-Base模型，即在不同的工艺参数(COT,COP)变化范围内采用不同的Delta-Base模型。模型结构用下述元组表示：{(COT1,COP1,COTDelta1,COPDelta1…),(COT2,COP2,COTDelta2,COPDelta2…)…}。该模型结合了两种模型的优点，优化计算结果精度高。缺点是模型构造复杂度较高，工作量大，维护困难。5结果与分析我们通过三种情况运行Y石化公司的MPIMS模型，比较分析运行结果。三种MPIMS模型分别是：A.根据Y石化公司年度实际生产统计数据构建的MPIMS模型。B.在Y石化公司年度实际生产统计数据、实际生产工艺参数（COT,COP）变化范围基础上构建的Delta数据(COT±5℃)固定的Delta-BaseMPIMS模型。C.在上述基础上引入PIMS-SPYRO集成应用技术、乙烯裂解模拟Base、Delta(COT±5℃)数据在迭代计算过程中动态变化的MPIMS模型。三种模型运行基本情况如下：表1原料情况表A(/万吨)B(/万吨)C(/万吨)外购乙烯石脑油7.797.797.79外购己烷残液6.956.956.957炼厂直馏乙烯石脑油0.1630.1630.163沙轻石脑油58.95358.95358.953阿曼石脑油5.0145.0145.014尼罗石脑油1.7881.7881.788萨里尔石脑油4.2894.2894.289炼厂直馏拔头油11.43511.43511.435炼厂焦