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通过优化充分融合

俄罗斯炼油厂的优化解决方案为复杂的混合操作提供了见识,并提高了盈利能力

TomasSereda / iStock
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位于莫斯科以东300英里的下诺夫哥罗德地区的LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez炼油厂是俄罗斯最重要的燃料和润滑油炼油厂之一。 该炼油厂由俄罗斯和世界最大的石油公司之一卢克石油公司所有,年生产能力为1700万吨。

凭借60年前投产的首批工艺装置,该炼油厂如今生产70多个产品品牌,专门精炼西西伯利亚和Ta斯坦的混合原油。 成品通过铁路,卡车,轮船以及管道运输。 这些产品在俄罗斯市场出售,并出口到西北欧洲。

2015年斥资10亿美元进行扩建,在炼油厂增加了第二座减压瓦斯油催化裂化装置,使Euro-5级燃料的年产量增加了110万吨。 丙烯和石化原料的产量也增长了近两倍,达到30万吨/年。

复杂的混合操作为炼油厂最近取得的成功及其在重大扩张上的投资能力提供了支持。 尽管霍尼韦尔 (中国)的Profit®Blend Optimizer(以前称为Open Blend Property Control)软件(以前称为Open Blend Property Control)软件为基础,但该公司仍在努力减少赠品,最大限度地提高高价值产品的产量,并支持混合优化以增加数量的组分流,挑战。

具有挑战性的混合方案

许多年前,炼油厂决定取消生产单元和汽油调合区域之间的中间成分储罐。 此时,有多个组分流,每种汽油等级均由两种到三种组分生产。

后来出现了新的装置,使今天的总数达到15个组分流量,这些流量通过一个配有一组隔离和控制阀的复杂管道网络送到五个搅拌器。 图1仅显示了用于汽油混合控制的分布式控制系统(DCS)显示的一部分。 (组分流来自左侧,而各种级别的最终汽油则流向右侧。)完全混合方案分为三个DCS显示器,每个显示器覆盖5至6个组分流。

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图1.用于汽油混合控制的示例DCS显示

来自单元的流通常分为两个子流,分别流向不同的搅拌机,如图2所示。其中一个子流由流量控制(图2中的子流1),而另一个由压力控制,以确保整个生产单元的流量消耗(子流2)。 在混合过程中,操作员无法控制后面的“野生流”,因此必须调整其他参数以补偿变化。 在三个搅拌器同时运行的情况下,操作员还必须管理它们之间的复杂交互,任何一个搅拌器的更改都可能影响其他搅拌器。

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图2. LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez炼油厂的汽油组分残流的典型流量控制配置

连续混合是燃料油混合的典型方法,但由于成分池更大且质量要求更加复杂,因此在汽油生产中很少见。

由于无需维护和修理中间箱,因此可以节省大量资金。 这种方法还可以减少精炼厂的库存,这是精炼厂经济的重要贡献。 同时,这种混合方案提出了重大挑战:

  • 生产单元的废料流应在混合中消耗,因为不可能“锁定”单元。
  • 任何单位流中的质量扰动都会对汽油质量产生影响。
  • 万一单元发生故障,精炼厂将没有缓冲,必须立即做出决定,以避免不合规格的汽油生产。

在许多情况下,这些挑战导致需要对混合物进行补磨,例如添加高辛烷值组分以满足规格要求或进行重新混合,从而限制了搅拌机的产能。 更常见的是,结果是保守的混合做法,这体现在操作员努力确保舒适地满足最低产品规格要求的重大财产赠予中。 两种混合做法都可能导致与精炼计划的重大出入。

面对不可否认的效率低下,利润损失和更严格的燃料规格要求(随着2009年底引入欧5),该炼油厂采取了一系列措施来改善这种状况。

全面的方法

第一步,炼油厂对主要机组实施先进的过程控制(APC),以稳定输出流质量并提高生产利润率(例如,通过生产具有更高辛烷值的重整产品)。 在任何炼油厂中,APC实施项目都具有挑战性。 得益于精炼厂管理层对该活动意义的深刻理解,LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez的项目成功。

精炼厂的专门团队负责APC系统的实施和维护,为此选择了混合优化软件。 解决方案提供商的俄罗斯团队也与精炼团队紧密合作。

如今,LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez的14多个生产单位正在APC的控制下工作。

改善汽油混合的下一步是在混合单元上进行过程分析,以在线测量组分和产品流。 选择并安装了Brucker NIR设备。 从统计上讲,由于复杂性以及需要精确的校准和维护(通常由NIR提供者和炼厂人员错误地完成),许多NIR实施项目均未成功。 再次,现场人员的专业精神和管理人员的参与有助于确保成功实施。

最后一步是实施自动混合控制和优化。 卢克石油公司(LUKOIL)寻求一种混合解决方案,该解决方案将使用组件属性,组件可用性和其他约束条件的分析来提供实时的混合优化解决方案。 这不仅可以确保满足规格要求,而且可以以最低的成本并符合总体精炼计划的要求来满足要求。

该炼油厂寻求其长期可靠的合作伙伴,以对复杂的混合操作进行在线优化。 基于混合优化器软件的解决方案于2012年首次针对11个组分流实施,并于2014年扩展至另外四个(新生产单元启动后)。

在线汽油优化

在线汽油优化的目的是提高适销对路的汽油生产效率和可靠性,增加利润,并达到严格的欧盟标准和欧亚标准化,计量和认证理事会(GOST)所制定的GOST(gosudarstvennyy标准)质量标准( EASC)。

除了管理具有各种特性的多个组件的需求以及在混合过程中这些组件之间的非线性交互作用之外,该解决方案还需要满足两个附加挑战。

首先是生产单元和在线混合单元之间没有中间罐(如前所述)。 这些组件直接来自单位废料,可以同时生产三种产品:高级汽油产品,中档汽油和中级较低档产品-ECTO 100(RON 100),Super 98(RON 98),Premium 95( RON 95),常规92(RON 92)和石油化学用汽油。

同时,第二个严重的问题是该炼油厂还具有多达两个额外的混合后料流,例如高辛烷值组分-甲基叔丁基醚(MTBE) *和(偶尔)不合格汽油产品。

这些附加成分在一个油罐场中与来自2至3公里以外的混合装置的汽油流混合。 因此,混合系统的“一级”最佳计算必须考虑到这些额外物流的添加量,并且还必须仔细跟踪管道质量,以允许从混合单元到达储罐区的物料延迟(约30分钟)。满足质量规格并在油库中对“二级”混合进行经济优化。 如图3所示。

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图3.两级混合优化配置

运营中:实时洞察

在LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez,混合优化软件会根据一系列用户选择的标准(包括表1中所示的预编程混合目标)来计算并自动应用优化的混合配方。

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表1.预先设定的混合目标

对于任何给定的产品,组件及其相对数量的选择取决于产品规格,组件成本,可用性和组件规格。 该解决方案将精炼厂混合操作的详细模型与复杂的优化算法结合在一起,可自动确定最佳组分使用量和在线混合机的控制。 从流量分析仪,实验室测量值,配方数据库,手动输入的值和模型预测中提取工艺流程和质量数据。

该解决方案为Nizhegorodnefteorgsintez的用户提供了广泛的功能:

  • 流量分析仪数据验证,包括分析仪动态补偿,考虑到分析仪数据测量和读数之间的时间间隔
  • 模型补偿计算,带有偏差以反映模型预测与混合结果之间的差异,从而不断提高优化性能
  • 使用可用的在线或实验室信息监控组件和产品流质量数据
  • 进行中的混合物状态监控和实时混合数据收集,以实现最佳控制计算
  • 使用非线性优化器优化当前配方,在每个控制间隔执行以根据分析仪反馈调整混合配方

随着混合目标的变化取决于组件和设备的可用性以及组件和产品的价值,用户可以从提到的任何一种预编程混合目标中进行选择,并在现场同时对多达14个选定属性进行控制,而软件则支持每个搅拌机最多100个属性。

一个基于地区的解决方案提供商团队与LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez密切合作,对在线混合系统进行仔细建模,开发必要的逻辑,并配置该系统以与第三方DCS,分析仪和其他现场设备集成。 还为炼油厂提供了咨询和培训服务。

最初涵盖10个物流的实施方案迅速证明了其价值,促使该站点在2015年启动第二个真空裂化催化裂化装置时,扩展解决方案以涵盖新的组分物流。

正确的搭配

混合优化软件使Lukoil能够为其混合业务和整体业务带来重大收益:

  • 通过减少标准级市售汽油中过量的辛烷值来减少性能损失
  • 增加特定产品的产量以实现月度生产目标并满足不断增长的需求
  • 降低昂贵的高辛烷值组件(例如MTBE)的成本;
  • 提高产品质量并减少重新混合。

实施后的两年中,赠品估计已大幅下降(见图4)。 此外,消除赠与并提高混合的可靠性使操作员能够始终如一地遵守炼油厂计划并推动整体优化。

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图4:混合特性赠予估计

总体而言,LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez的优化估计增加了相当于0.12美元/桶的利润。

从根本上讲,该解决方案使精炼厂可以控制其混合。 该项目使物料平衡变得更加清晰,并使其能够根据计划准确地跟踪输出。 精炼厂可以同时从大量组件中生产几种汽油:例如,有10种成分进入Premium-95,有9种成分进入Regular-92。 它能够成功管理搅拌机之间的相互作用以及一种汽油配方变化对其他汽油配方的影响。

该项目不仅帮助LUKOIL对LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez进行了优化,而且使混合结构更加清晰,而且-至关重要的是-使它能够通过自动化来控制过程。 LUKOIL-Nizhegorodnefteorgsintez认为,在2015年启动新设备后,如果没有混合优化软件解决方案,现在就不可能成功地控制混合过程。

*随着最近的技术改进,该炼油厂已开始使用RON 100生产高辛烷值汽油。由于可获得高辛烷值组分(大部分为重整产品),因此已停止使用MTBE,从而带来了经济和环境效益。

Andrey Anosov博士是俄罗斯莫斯科霍尼韦尔过程解决方案计划与生产运营管理系统部门的高级计划与调度团队负责人。

Viacheslav Kuvykin博士是俄罗斯Kstovo的OOO“ LUKOIL – Nizhegorodnefteorgsintez”优化小组的生产主管。 他拥有物理与数学理学博士学位。

Pavel Logunov博士是俄罗斯Kstovo的OOO“ LUKOIL – Nizhegorodnefteorgsintez”的经济和金融副总监。

Mikhail Shamanin是俄罗斯Kstovo的OOO“ LUKOIL – Nizhegorodnefteorgsintez”的高级过程控制团队负责人。

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