基于数学规划的炼油厂原油调度问题建模与算法研究

发布时间：2020-07-06 22:51

【摘要】：原油短期调度是炼油企业密切关注的问题,详细生产方案的好坏直接影响炼油企业的效益和生产安全。现有文献中对原油调度问题的研究,以数学规划方法为主,从最初的离散时间表示模型到同步连续时间表示模型,再到异步时间表示连续时间模型。本文主要针对典型的内陆型炼油企业的原油调度问题,同时对加工高凝固点原油的特殊内陆型炼油企业的调度问题也做了一些研究,主要研究工作和贡献如下:·到目前为止,现有文献中建立的原油调度问题数学规划模型都没有考虑原油驻留时间约束,带罐过程约束,及多个供油罐同时给一个蒸馏塔供油约束等实际生产过程要求,因此建立满足实际生产过程要求的数学规划模型是本文的研究内容之一。针对典型的内陆型炼油企业,本文引入一些实际炼油生产中必需的工艺约束,并用实例说明和比较了这些约束对实际调度问题的影响。对影响系统可调度性的两个重要因素原油驻留时间和最高原油转运速率进行了详细分析。●双管道原油运输系统要求传输高凝固点原油以及两类原油之间共享储罐,比单管道系统调度更具挑战性。本文用异步连续时间表示数学规划模型对双管道原油传输和高凝固点原油短期调度问题进行研究。模型考虑了原油运输系统中的顶管以及反向顶管,管道预热和高凝固点原油连续传输过程,以及管道不空等约束。模型计算结果表明,对高凝固点的原油的连续传输模型进行了很好的控制,做到了一次准备传输尽可能多的高凝原油。·提出可以消除组分浓度不一致的迭代求解MINLP模型的新算法,找到一个有效不等式,提出确定好的优先级时间槽数目的算法。为了找到消除组分浓度不一致的解,在对问题的的属性进行分析之后,本文在模型中添加一个有效不等式,用于确保注入到供油罐的原油的组分浓度在生产工艺要求的蒸馏塔所能处理组分浓度范围之内。在对原油短期调度问题进行建模过程中,需要预先知道对模型规模影响巨大的优先级时间槽数目。为减小模型规模,本文提出一个算法用以找到好的优先级时间槽数目;随后,提出一个用迭代方式求解原油短期调度问题MINLP模型的新方法。每次迭代求解一个MILP问题并得到没有组分浓度不一致的部分解,根据部分解将一些非线性约束转化为线性约束后得到简化的MILP问题,而在下一次迭代求此问题。以这种方式,本文免于求解NLP问题;当找到一个可行解时,组分浓度不一致完全消除。这是这一研究领域的显著进展。●提出原油短期调度问题的随机近似算法。本文从定义计算模型和复杂性出发,在给出一些算法性能分析和证明所需的引理和定理之后,提出用于求集合并集大小的随机近似算法,随后对其性能进行分析和证明。由于DNF计数问题是集合并集问题的特例,所以本文将算法应用于DNF计数问题。通过DNF计数问题进行适当的修改,提出原油短期调度问题的随机近似算法。该算法将原问题的搜索空间大幅的减少,且不需要求解MILP问题,在执行完设定的试验次数后,会以高概率给出算法找到的最好的可行解。本文研究了炼油企业生产过程中的实际生产工艺需求,提出了去除组分浓度不一致的有效算法,并尝试用随机近似算法求解原油调度问题,填补了这一方面的空白,为炼油企业的综合自动化实施做出有益的贡献。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O221;F426.72
【图文】：

图１－１普渡企业参考体系结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｕｒｄｕｅ邋ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ邋ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑Ｐｕｒｄｕｅ模型中自下而上被分为五个层次，该模型适ＩＰＳ层次结构在流程工业发展中发挥了重要作用，

图１－２流程工业自动化的三层结构逡逑１－２邋Ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｉｎｄｕｓｔｒｙ邋ａｕｔｏｍ度的主要建模和优化方法逡逑需要根据市场需求对生产任务做出统筹安时期内要生产的产品和生产这些产品所需源等）［１４］。以最大化经济效益为目标，根据市场调节、产品结构和原材料分别建立线性企业生产经营活动以生产计划为主要依据，和规范企业的日常生产活动，即预防和处的偏差，并确保整个生产活动协调进行。在济效益的根本因素。生产调度的任务是尽可

生产调度的基本原则是最小化总成本，最小化总浪费，最小化总产品偏差，或逡逑最小化总的执行时间。逡逑连续流程工业的生产计划、调度和控制关系如图１－３所示［１３］。最优控制是为使生逡逑产无波动稳定进行而实时决定最佳运行条件；最优调度是为提高企业经济效益，保证逡逑较长时间（一般为一周或十天）内生产无大的波动平稳进行，积极稳妥地处理突发事件，逡逑合理调配原材料的供应，优化能源和中间产品分配；最优规划决策是制定长期生产计逡逑划。生产计划根据订单合同、市场需求和可获得的原材料，减少流动性和库存，从而逡逑使经济效益最大化。可以说，优化问题存在于调度、规划和控制等不同层次，如果三逡逑个层次能够实现集成优化，那么可以取得更高的经济效益。然而，由于短期调度优化逡逑是三个层次集成优化的瓶颈，所以没有一个系统可以同时在上述三个层次上进行优逡逑化【１３］。因此

【参考文献】

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本文编号：2744251