石化企业计划调度集成建模和不确定性算法研究

发布时间：2018-06-02 16:03

  本文选题：石化企业 + 计划调度　； 参考：《浙江大学》2016年博士论文

【摘要】：随着当前世界对能源消耗需求不断增加,对环境保护意识的增强,以及石化原料市场和需求市场的风险急剧增加,传统石化企业更需要提升企业的运作效率,在各个层面上优化成本,增加利润,并且应对工厂内部和市场环境的各种不确定风险。因此研究石化企业的计划调度和综合集成问题,分析多源不确定性,并且研究系统整体大规模运行问题的求解算法和不确定性处理方法具有重要的实际应用意义。本文在综述了石化企业计划调度和集成优化的主要问题和不确定性算法的基础上,以石化企业炼油和烯烃生产的背景出发,从企业的上游到下游,从局部到整体,站在企业系统的风险预测管理,关键流程建模构造和整体运行优化的三个层次上对调度优化问题,计划优化问题,大规模集成优化问题,不确定性处理问题做了深入研究,揭示了化工生产过程中生产流程与企业系统拓扑结构,企业系统行为特征和整体效益之间的联系,使得不同层面的计划调度研究联系成为一个整体。最终系统性地建立了针对石化企业复杂不确定性环境下系统整体运行和集成计划调度的理论方法。以典型的炼油烯烃产业中的原油采购,生产加工,库存管理应用为例,进行企业级的综合运行优化研究,通过这一理论体系的实际应用最终可以达到提高整体效益,预防并实时应对多源风险的目的。本文的主要内容和创新点如下：(1)面对石化企业库存管理的应用需求,站在风险管理的角度上提出了一种针对原油调度操作的全面再调度策略。该策略并分别覆盖了离散时间建模和连续时间建模的两种主要建模方式,对多种不确定性进行了处理。在离散时间模型下,结合启发式的搜索算法和再优化策略产生新的调度方案。在连续时间模型下,提出了一个全新的再优化连续时间模型,通过引入不确定性约束和启发式经验约束来快速得到稳定的优化解。由此,解决了实时状态下被动不确定性干扰处理的问题,系统性地给出了多种建模方式下的再调度算法。(2)研究石化企业系统关键流程建模构造,分析了乙烯裂解炉在实际生产过程中的操作特征和主要操作模式,提出了一个混合整数非线性优化的循环调度模型,在最佳循环周期下最大化平均利润。针对这一模型建立了迭代的启发式规则算法,有效地解决了这一循环调度问题。(3)从系统整体运行优化角度出发,首次提出了一种协同上游石脑油库存调度和下游乙烯裂解炉循环调度的集成框架,使得调度指令在不同区域间可以反馈更新。建立了中间调度模型,引入实际现场的顺序裂解操作,不断协调迭代求解下游裂解炉循环调度问题和上游库存调度问题的调度方案,并让解协同并趋于一致,最终保证了上下游方案的可行性和一致性。该协调集成框架作为集成计划调度整体运行优化的重要环节,进一步解决了如何在企业不同系统间进行协同并提升效益的问题。(4)将乙烯裂解炉的重要操作特征和工厂整体运行优化结合考虑,提出了乙烯工厂固定长周期内的集成计划调度模型。在该问题中,由于时间尺度的不一致,本文将批次调度时间和连续时间通过建模协同,形成了一个全局连续时间下的大规模MINLP模型。考虑到传统求解方法和一般求解器的限制,针对这一大规模模型的特殊结构,提出了一种启发式的混杂拉格朗日分解算法对该问题进行特殊处理。实际案例表明,这一算法可以有效地解决一般工厂上下游的复杂集成计划调度问题,并专门对非线性进行处理,相比于传统算法在不同计划调度的初始条件下都具有更好的表现。(5)提出了一种基于组合机会约束和独立机会约束的乙烯工厂不确定性计划模型。从整体风险预防性管理角度出发,面对乙烯工厂的短周期计划问题中物料供应和产品需求波动的不确定性,从供应端和需求端分别采用独立机会约束和组合机会约束对计划不确定性进行建模,并采用鲁棒优化方法来近似独立机会约束和组合机会约束,从而在不增加原本模型的规模的基础上转变为合适的确定性问题。为了在近似模型的机会约束概率满意度水平上尽可能优化原问题的解,提出了一种新的迭代搜索算法寻找最优鲁棒集合。这一算法框架克服了整体运行优化中的对整体不确定性描述和处理的难点,完善了预防性计划调度的研究内容,使得计划调度和整体运行优化研究在实际工程应用的适用性大大增加。实际乙烯工厂的案例表明,该组合机会约束近似优化算法和迭代搜索算法比传统求解算法具有更好的效果。最后在总结全文的基础上,提出了计划调度集成和不确定性算法研究未来可能存在的几个热点问题。
[Abstract]:In this paper , the paper summarizes the main problems and uncertainties in the process of petrochemical enterprise planning and integration , and puts forward a new scheduling algorithm for the whole operation of petrochemical enterprises . In this paper , a new iterative search algorithm is proposed to solve the problem of scheduling problem and to improve the efficiency .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP301.6;TE65
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本文编号：1969362