一种长输管线原油混输变速调度方法和系统
技术领域
本发明涉及炼化企业的生产调度领域，尤其是在长输管线条件下的变速调度方法，具体涉及一种长输管线原油混输变速调度方法。
背景技术
目前在炼化企业的日常生产中，调度排产工作往往通过人工来完成，很难在顾及所有规则限制的情况下寻求最优调度方案，因此人们往往使用混合整数规划方法结合求解器寻求最优调度方案，但混合整数规划方法计算规模大，消耗计算时间经常达到2-3天，且有大概率出现无解的情况。同时，当输油工艺中存在长度较长的长输管线时，排产受到定速输油的制约，因此在常减压装置生产流速发生变化，厂内储罐实际收付油情况与预先排产方案有出入需变更长输管输油速度以适应实际情况时，原有排产方案无法使用。由于排产方案无法自适应变化的长输管线输油速度，实际应用中往往会出现已有排产方案不可用的情况。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种长输管线原油混输变速调度方法，采用一种改进的规则推理调度方法，克服了人工制定调度排产方案的不足的同时自主适应长输管线输油工艺中的输油速度变化情况。该方法单次调度排产约10-20秒，极少出现无解的情况，提高了计算机制定调度排产方案时的计算效率和求解可靠性，提高了长输管线输油工艺中调度排产方案的效率和鲁棒性。
该方法包括以下步骤：
1)引入人机接口单元，读取常减压装置加工方案，加工方案可选择经验方案和优化方案，开始排产时间点t1；
2)引入工艺组态管理单元，获取长输管线两端罐区配置，罐区配置应包含有：罐区名称，静置时间TST，厂内罐区安全库容CSafe；
3)获取储罐配置，储罐配置应包含有：长输管线前罐区或长输管线后厂内罐区第i号储罐的总容量CT,B,i，已用库存CU,i，可用库存CA,i，检修状态Mi，保温罐属性TEMi，储罐收付油状态；
4)获取长输管线配置，管线配置应包含有：长输管线容量CT，长输管线储油油种名称，第n号油种占用长输管线容量CU,n，n＝1,2,..q，q为最靠近厂内罐区油种的编号，单台离心泵输油流速VT，工作的离心泵数量k；
5)获取常减压配置，常减压配置应包含有：加工量CP，加工流速VP，供应常减压储罐编号l，正在加工油种x，当前加工预计完成时间点t2；
6)引入规则推理型调度单元，根据所述罐区配置、储罐配置、长输管线配置、常减压配置生成长输管线原油调度排产方案，更新工艺组态管理单元内配置数据，其包含储罐付油、管线收油、管线付油、长输管线前罐区接收来油四个环节，所有环节中检修状态M为真的储罐不予选用，各环节所包含推理逻辑如下：
a.储罐付油：
步骤一，判断是长输管线前罐区还是长输管线后厂内罐区，若为长输管线前罐区则转步骤二，否则转步骤五；
步骤二，由常减压配置知常减压正在加工油种为x，在长输管线前罐区所有储罐中寻找油种为x的储罐，若找到油种一致储罐则选择为付油储罐并转步骤四，否则转步骤三；
步骤三，在长输管线前罐区所有储罐中寻找根据系统配置的加工方案库可按调合比例k调合组成油种x的储罐p1,p2,...,pj，j为选择的储罐总数，若找不到满足条件的储罐，则转管线付油环节，否则选择满足条件储罐组合中已用库存CU,i最小的储罐组合并转步骤四；
步骤四，记录选择的储罐或储罐组合信息，若当前批次厂内罐区尚未排产则转步骤五，否则转管线收油环节；
步骤五，在厂内罐区所有TST超过基本工艺要求的储罐中寻找存有与常减压正在加工油种x一致油种的储罐，如多个储罐一致，则选静置时间TST最长的储罐；选的储罐付油给常减压装置生产，计算出其付油时间段为t2～t2+CU,i,厂内/VP，若当前批次长输管线前罐区尚未排产则转步骤二，否则转管线收油环节；
b.管线收油：
步骤一，判断是否混合转输，如先前选择的付油储罐为两个及以上的储罐则为混合转输转步骤二，否则转步骤三；
步骤二，调取常减压装置加工方案中的原油调合比例，付油储罐的付油速度为管输速度kVT×原油调合比例f，其转输时间段为t1～t1+CU,i,管线前/kfiVT，i为按照调合比例转速时先用完的管线前罐区储罐编号，转步骤四；
步骤三，付油储罐的付油速度为管输速度kVT，其转输时间段为：
t1～t1+CU,i,管线前/kVT，i为选择的储罐编号，转步骤四；
步骤四，记录当前批次管线收油时间段，新增管线储油油种及其对应容量为管输速度kVT×转输持续时间Tr，其中Tr为收油时间段长度，由时间段始末时间点求差即可求得，转管线付油环节；
c.管线付油：
步骤一，根据长输管线配置，取出最靠近厂内罐区那段油的信息即第q号油种占用长输管线容量CU,q，判断厂内罐区除正在付油储罐外是否有油种一致的储罐，如有则转步骤二，否则转步骤三；
步骤二，选择油种一致的储罐负责收油，根据当前管输速度kVT，计算出转输时间段为t1～t1+CU,q/kVT，储罐新已用库存CU,i,厂内'＝CU,i,厂内+CU,q，判断库存是否超出储罐容量限制，如超出储罐容量限制，则带着超出储罐容量限制的油量Coverload转步骤三，否则转选择收油储罐环节；
步骤三，在厂内罐区任意选择一空罐收油，若厂内无空罐则断输不计算，若待接收油量为C＝Coverload，则计算出转输时间段为：
t1+(CU,q-Coverload)/kVT～t1+(CU,q-Coverload)/kVT+C/kVT，
若待接收油量为C＝CU,q则计算出转输时间段为t1～t1+C/kVT，储罐新已用库存CU,i,厂内'＝C，储罐新已用库存CU,i,厂内'＝C，转长输管线前罐区接收来油环节；
d.长输管线前罐区接收来油：
步骤一，来油是否为保温油种，若是则转步骤二，否则转步骤三；
步骤二，根据保温罐属性TEMi，从储罐备选库中剔除非保温罐，转步骤三；
步骤三，查找所有备选储罐中存有与来油油种一致油种的储罐，若找到则转步骤五，否则转步骤四；
步骤四，在储罐备选库中任意选择一空罐负责收油并更新储罐库容信息，结束此次循环并转下次循环的储罐付油环节；
步骤五，在储罐备选库中选择可用库容最大的储罐，更新收下油后的储罐库容信息并判断更新后的库容是否超限，若未超限则无需额外操作，若超限则将超限的部分放入备选库中所有能装的下的可用库容最小的储罐，更新储罐库容信息；若排产周期尚未结束，则结束此次循环并转下次循环的储罐付油环节，否则按时间轴正向排列罐区和管线收付油信息并输出；
所述规则推理型调度单元包含的收付油油罐选择规则为：
a.如输油时存在混输情况，混输原油应满足加工方案的调合比例；
b.储罐储油容量到达容量上限应按照用户设置的静置时间TST进行静置，实际排产静置时间应至少为TST；
c.由于厂内常减压装置不能停供，避免生产事故发生，厂内各常减压装置的罐区不允许为空，即各常减压装置的罐区至少要有一个储罐供油；
d.厂内常减压用油应遵守先进先出的原则；
e.保温油种必须存入保温罐中，非保温油种所有罐都可以放(包括保温罐)；
f.厂内罐区优先选择常减压装置用油同种加工方案油种储罐收油，常减压装置用油优先使用同一种加工方案的油种，减少加工方案切换的费用和生产效率降低的问题；
g.检修状态为真的储罐不可使用；
h.储量较少的储罐优先选择付油，以尽可能多腾空罐供新来油储存；
i.非同种加工方案油种不可收于同一储罐。
7)引入调度方案管理单元，根据实际生产需要和工艺要求确定需要使用的离心泵数目，如需使用的离心泵数目与先前的设定值不同，发生变速情况，则继续下列步骤，否则保持原有的排产调度方案并由调度方案管理单元生成长输管线原油调度排产方案报表；
8)引入自适应变速调度单元，通过调节工作的泵的数量k来调节管输速度，具体包含以下操作逻辑：
步骤一，默认转输速度为VT，判断厂内常减压罐区总库容是否低于安全库容CSafe，若是则转步骤二，否则转步骤三；
步骤二，将转输速度调整至最大转输速度VTmax，调用规则推理型调度单元生成新的长输管线原油调度排产方案替换原有长输管线原油调度排产方案；
步骤三，判断在先前排产方案下是否有断输情况或常减压加工速度变化情况发生，若有发生则将转输速度调整至最小转输速度VTmin，调用规则推理型调度单元生成新的长输管线原油调度排产方案替换原有长输管线原油调度排产方案；若没有发生，则转步骤四；
步骤四，保持默认转输速度为VT，保持原有长输管线原油调度排产方案；
本发明的长输管线原油混输变速调度排产系统，具有这样的特征，包括：
1)人机接口单元：用于读取常减压装置加工方案，输出可视化调度排产方案；
2)工艺组态管理单元：用于获取长输管线两端罐区配置、储罐配置、长输管线配置和常减压配置；
3)规则推理型调度单元：集成一系列收付油油罐选择规则库，根据规则库的每一条规则在长输管线前罐区和长输管线后厂内罐区分别搜索最优储罐，生成调度排产方案；
4)调度方案管理单元：在用户通过人机界面下达指令后，生成具体的长输管线原油调度排产方案报表；
5)自适应变速调度单元：根据实际情况自适应调整长输管线转输速度并调用规则推理型调度单元重新生成调度排产方案。
本发明中，原油调度除长输管线调度外的其他环节已经给出可行的调度方案。所述工艺设备包括储罐、开关阀、离心泵、流量计。所述管线路径长度l通过查阅工程图纸获得，且l>＝15km。所述管线配置、常减压配置、储罐配置、罐区配置通过查阅工程图纸计算获得。
本发明的有益效果：
本发明的长输管线原油混输变速调度方法，该方法针对长输管线混合输油工艺中传统人工制定调度排产方案的低效性、传统混合整数规划方法寻求最优调度方案的高无解率和计算低效性、长输管线输油时延大、根据实际生产情况变速输油时原先制定的调度排产方案无法使用的问题，提出了可自适应变速输油的长输管线原油混输变速调度排产系统。相较于传统的混合整数规划方法，该方法计算规模小，求解速度快，无解概率低，占用计算资源少。并且，相较于传统的长输管线原油混输调度方法，该方法有较强的鲁棒性和高效性的特点，并且该方案无需人工干预可在用户配置后自主生产调度排产方案。这对提高企业生产效率，保障生产安全，降低企业损失，提升经济效益，具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例中某炼油企业长输管线输油工艺流程图；
图2为本发明实施例中一种长输管线原油混输变速调度排产系统结构示意图；
图3为本发明实施例中一种长输管线原油混输调度方法流程图；
图4为本发明实例例中自适应变速调度单元工作流程图；
图5为本发明实施例中长输管线原油混输变速调度结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。由具体的操作流程说明本方法在长输管线原油变速调度过程中的实施效果。本实施案例在以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1为某炼油企业长输管线输油工艺流程图，图中由于长输管线原油混输工艺较复杂，传统的人工调度难以兼顾工艺规则的同时寻找最优的原油混输调度排产方案，且在输油速度改变时，原有调度排产方案不可用。本发明提供了一种长输管线原油混输变速调度方法，解决了上述问题。
该方法的系统结构如图2所示。实施步骤如图3所示，具体如下：
1)人机接口单元，输入排产时间区间为2019-08-29 06:00至2019-09-10 19:00；
2)人机接口单元，输入计划来油和加工方案,计划按顺序来油：2019-08-28 23:00至2019-08-29 23:00由GL04收沙中：45000m3，2019-08-29 23:00至2019-08-30 07:00由GL02收马斯：20745m3，2019-08-30 07:00至2019-08-30 09:00由GL06收马斯：7255m3，2019-08-31 00:00至2019-09-01 06:00由GL05收M104：83973m3，2019-09-01 15:00至2019-09-02 13:00由GL01收M104：61578m3，09-05 09:00至2019-09-02 13:00由GL01收沙轻：沙中[36:35]：84001m3，09-08 09:00至2019-09-08 10:00由GL06收马斯：2586m3，09-08 09:00至2019-09-08 10:00由GL04收M1-3002：84000m3；
已有经验加工方案如表1所示：
表1已有加工方案
3)工艺组态管理单元，初始化储罐配置、罐区配置、管线配置、常减压装置配置。南边灶油库罐区有6个储罐：GL01、GL02、GL03、GL04、GL05、GL06；厂内罐区有两条常减压装置生产线，1#常减压装置生产线罐区有：G101、G103、G109、G110,2#常减压装置生产线罐区有：G107、G111、G112、G113、G114；检修中不可用的储罐有G102、G104、G107、G108；管线为南厂线163km长输管线；上述配置具体规格如表2所示：
表2储罐与管线规格
4)工艺组态管理单元，读取期初罐存和管存，具体数值如表3所示：
表3期初罐存和管存数值
5)工艺组态管理单元，读取1#常减压当前加工流速为610t/h，3#常减压当前加工流速为857t/h，南厂线输油速度为1750m3/h，长输管线前罐区为南边灶罐区；
6)规则推理型调度单元，读取期初罐存和管存，读取当前加工流速和管存；
7)规则推理型调度单元，进行厂内罐区储罐付油操作，在1#和3#常减压生产线中分别搜索各自厂内罐区内存储油种与当前生产线上常减压使用的混合油种相符的最大可用库容储罐，若没有相符的，就搜索最大可用库容储罐，搜索过程中附加先进先出即早收油的储罐先付油生产，再在搜索结果中寻找静置时间最长的储罐。经过上述搜索得到最优厂内储罐选择，在调度排产中根据这一选择计算最优厂内储罐付油时间段和库容变化情况；
8)规则推理型调度单元，进行南边灶油库储罐付油操作，在南边灶油库中搜索罐区内存储油种与1#或3#生产线上常减压使用的混合油种相符的最大可用库容储罐，若没有相符的，就搜索最大可用库容储罐，搜索过程中附加先进先出原则即早收油的储罐先付油生产。经过上述搜索得到最优南边灶储罐选择，在调度排产中优先安排该储罐腾空；
8)规则推理型调度单元，进行管线收油操作，优先释放上述最优南边灶储罐容量，并由管线接收，根据流速推算起止时间并存储计划，更新罐区和管道信息；
9)规则推理型调度单元，进行管线付油操作，在厂内罐区所有可用储罐中寻找与最靠近厂内管线油段油种一致的储罐，若有一致的储罐则选择该储罐收油，并根据当前管输速度计算转输时间段和储罐转输后库存，若没有一致的储罐则选择空储罐收油，并根据当前管输速度计算转输时间段和储罐转输后库存，若找不到空储罐则出现断输情况不做任何操作继续步骤10；
10)规则推理型调度单元，进行南边灶收油操作，根据来油油种是否为保温油种筛选出可用储罐库，在可用储罐库中寻找最大可用库容储罐，优先上述储罐接收来油，根据接收来油信息中管输速度推算起止时间并存储计划，更新罐区信息；
11)自适应变速调度单元，若排产周期结束则继续步骤12；若排产周期尚未结束，则观测是否有厂内库容低于安全库容情况、断输情况、常减压装置加工速度变化情况发生，若发生上述异常情况则根据如图4所示工作流程自适应调整管输速度，具体通过调节工作的泵的数量k来调节管输速度，为了适应新的输油速度，需要在更新配置、排产时间区间、计划来油和加工方案后回到步骤6。若未发生上述异常情况，则保持原先配置，更新罐存和管存。上述更新配置操作后的排产时间区间应为(总时间区间-先前已排产时间区间)，更新后的配置应为经过先前排产后的罐区、管线、常减压配置，应确保所有信息都是在完成先前排产操作后的预测情况，更新后的计划来油信息应扣去先前已安排排产的计划来油回到步骤6，开始下一个操作段的调度排产操作；
12)调度方案管理单元，输出排产结果，调度排产结果通过人机接口单元以甘特图形式呈现，在本实施例中，所述方法得到的调度排产结果如图5所示。可以在图中清晰的看到每个储油罐、长输油管线的混合或单个油种调度时间安排，排产结果符合工艺要求，排产时间没有冲突或交叉的情况发生，遵循了物料守衡原则。
