石油炼化中物料平衡统计分析系统的设计与实现.pdf

第 4 2卷第 6期 2 0 1 3年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V O ] ． 4 2．N o ． 6 J u n e，2 0 1 3 石油炼化中物料平衡统计分析系统的设计与实现 王 中国石油大学石大科技 凯 山东 东营 2 5 7 0 6 1 摘 要 物料平衡 P B P r o d u c t i o n B a l a n c e 作为生产执行系统 ME S Ma n u f a c t u r i n g E x e c u t i o n S y s t e m 的重要组 成部分 ，是通过数据校正技术解决工业流程中数据不准确 、不一致 、不完整等问题的。在石油炼制行业中，物 料平衡系统中的数据几乎涉及到了企业的整个生产流程，囊括了各个部门，物料平衡可以为流程操作、企业管 理提供可靠的数据依据 ，使整个生产过程可靠、高效的运行在生产运行中占有非常重要的地位。 关键词 石油炼化；物料平衡系统；数据校正；系统应用 中图分类号T O 0 1 5 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 6 0 8 5 5 0 2 De s i g n a nd I mpl e m e nt a t i o n o f Oi l Re fin i ng M a t e r i a l Ba l a n c e S t a t i s t i c a l Ana l ys i s S ys t e m J VG Ka i C h i n aUn i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ， S h t a rS c i e n c e a ndT e c h n o l o g yGr o u pCo ． ， L t d ． ， S h a n d o n gDo n g y i n g2 5 7 0 6 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t T h e ma t e r i a l b a l anc e P B P r o d u c t i o n Ba l a n c e a s a P r o d u c t i o n E x e c u t i o n S y s t e m ME S Ma n u f a c mr i n g E x e c u t i o n S y s t e mi s a n i mp o r t a n t p a r t o f t h e d a t a c o r r e c t i o n t e c h n o l o g y t o s o l v e t h e p r o b l e m o f i n a c c u r a t e ． i n c o n s i s t e n t a n d i n c o mp l e t e i n d u s t r i a l p r o c e s s d a t a ．I n t h e o i l r e fi n i n g i n d u s t r y , d a t a i n t h e ma t e r i a l b a l a n c e s y s t e m a l mo s t r e l a t e t o wh o l e p r o d u c t i o n p r o c e s s ． a n d t h e ma t e r i a l b a l a n c e s y s t e m p r o v i d e s r e l i a b l e d a t a b a s i s f o r o p e r a t i o n p r o c e d u r e a n d e n t e r p r i s e ma n a g e me n t ， wh i c h c a n ma k e t h e wh o l e p r o d u c t i o n s y s t e m r u n r e l i a b l y a n d e ffi c i e n t l y ． Ke v wo r d s P e t r o l e u m r e fi n i n g ； M a t e r i a l b a l a n c e s y s t e m； Da t a c o r r e c t i o n S y s t e m a p p l i c a t i o n l 物料平衡模块的系统构成 一 般来说 ，物料平衡系统主要包括数据层 、应 用层和表现层三部分。物料平衡系统主要是通过数 据集成 、误差检测和数据协调等手段 ，利用数据校 正技术对生产过程 中的数据进行协调处理 ，并将协 调以后的数据运用于最终的生产实践 当中去” 。 2 物料平衡 的实现 要实现物料平衡模块 ，主要有数据综合集成 、 工厂模型的建立及组态 、对生产数据 的校正这三方 面内容。 2 ． 1 数据综合集成 实现物料平衡的前提和基础就是原始数据的综 合集成 ，它 同样也是整个工程中的重点和难点 ，为 此 ，我们必须做好前期准备 ，对整个企业的生产过 程做仔细深入的调查研究 ，尽可能的对手中的数据 做到心中有数，知道每个数据的来源，所属职能、 部门等 。另外，由于整个工程周期比较长，所以 现实中的数据会不断地出现一些新的变化，我们要 对已掌握的数据进行及时的调整和补充，以完善我 们的数据库 ，这是非常重要 的。 将数据综合集成系统分成两大部分。 1 数据集成 需要集成的数据包括 了工厂 生产的方方面面 ，装置侧线 、管线、罐、原料 、产 品及半成 品等 的定义数据 ；进出生产单元的物料流 量、温度、压力等测量数据以及罐区库存数据；装 置之间 、装置与罐之间、罐与罐之间物料流动及原 料进厂 、成品出厂等数据。所有的这些数据都需要 收集 ，以嵌人工厂的模型内。 2 集成数据的信息管理在完成了数据的 收集集成之后 ，如何妥善的对这些海量的数据进行 管理仍然是一个很重要的问题。所有数据 ，都必须 注明采样时间、数值 、所属单位 、物料品种和采样 方式等 ，然后 由现场工作人员录入 ，送到上层领导 面前 ，经过领导的审核以后再送入到数据库 。 2 ． 2 建立物料平衡模型 合理建立全场的物料平衡模型是实现物料平衡 系统的重要前提，是 ME S系统运用于工业领域的基 础 。 模型的建立要能够体现两方面的内容一方面 是贴近石油炼化企业的实际生产流程。另一方面必 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 1 0 9 作者简介 王凯 1 9 7 8 一 ，男，山东博兴人，工程师，硕士学位，从事炼油化工技术工作。 须能够实现物料平衡数据的协调计算 。原则上应 该根据工艺操作单元、生产装置 、储罐等流程图建 立 ，但事实上整个工艺流程的网络结构错综复杂， 按照流程 图来建立模型会使一些未测变量无法估 计 ，给数据协调带来障碍。因此，在建立模型时，应 该根据实际需求，适当的简化模型中的生产网络。 下面以油品为例来简述模型的建立应该采取的措施 f 1 将换热器 、泵等装置视为管线 ，以排除与物 料平衡无关的设备的影响。 f 2 非油类管线不予考虑。 f 3 稳态情况下对物料平衡关系没影响的流量， 比如循环流量，要消去。 f 4 尽可能的避免测量不准确的流量的引入。 5 尽可能避免很难测准的罐 的引入 ，比如 丙 烯罐，液化气罐等 。 f5 将整个罐区作为一个整体以减少未测变量， 提高冗余度 。 根据上述措施 ，合并流程 ，简化测量网络 ，进 而得到物料平衡方程。同时，我们可以利用工厂装 置的标定数据来检验全场物料平衡模型中与该装置 对应的模块 ，并对有问题 的模块进行及时的修正直 至检验通过。 2 ． 3 数据校正 模型建立完毕之后 ，我们要进行各装置和罐区 的生产数据的输入 ，同时通过物料平衡系统的数据 校正，从而输出最终的结果 0。为解决工厂测量数 据不一致 ，我们对数据进行数据校正 ，这种方法可 以最小化误差方差和， 并同时满足约束条件输入 一 输出 库存 0 。通过第一次校正 ，若数据平衡 ， 则说 明生产运行正常。若数据不平衡 ，则说明生产 过程中有问题存在 ，这时就要检查生产流程 ，找出 问题所在 ，然后再一次整定 ，再校正 ，一直到数据 平衡。在此过程中我们一方面要去除那些具有明显 错误的数值 ， 另一方面要找出系统经常出现 “ 坏值” 的平衡 ， 并确定其测量值 ， 从而快速解决平衡问题 。 目前 ，数据校正的结果在整个生产过程 中已经 起到了很大的作用 ，例如 1 实现全厂物流数据的综合 ， 管理提供数据支持。 些存在的问题 的解决有利于以后生产 的进行 。 3 全厂物料平衡系统的应用 物料平衡系统一方面可以用于制作各类生产或 统计的报表 ，也可以通过平衡结果找出物料损失的 原因以及用于评估仪表。物料平衡系统的应用如图 1所示 。 计 划 处 生产 处 计量 处 储 运 J 其 他 部 门 图 1 物料平衡 系统 的应用 Fi g ． 1 Appl i c at i on o f ma t e r i a l ba l a nc e s y s t e m 在此 ，我们仅分析报表的需求。作为物料平衡 数据校正系统的重要组成部分 ，物料平衡报表是数 据校正结果的直接体现 ，也是每个企业每天最重要 的工作 。这其中包括全场的加__ [ 量 ，进料出料等 。 。 值得注意的是 ，在报表生成模块首次运行前， 应该跟据组态功能对报表模板进行组态 ，进而建立 起报表单元格与数据库之间的关系，保证单元格显 示信息的正确性。 对报表模板组态完成以后 ，下一步就需要利用 数据校正软件对数据进行数据校正运算。当所有准 备工作完成 以后 ，就可 以运行报表生成模块了。运 行报表生成模块 ，取出物料平衡数据库中校正后的 数据 ，生成 当天所需要 的报表。制表人员在制成报 表以后要将生成的报表经由共享 目录提交给部 门领 导 ，领导审批通过后就可以将其放到计量信息查询 系统 的 We b服务器的指定 目录中。若是报表不合 格 ，报表人员就需要从新制作一份表格上传给领导 审批 ，直至报表合格为止。 为 企业 信息 化 4 结束语 2生成物流能耗报表和各装置平衡报表，实 现网上审批发布 ，极大地提高了工作效率 以及办公 的 自动化程度。 3 通过共享校正后的数据 ，加强 了部门之间 的信息交互 ，达到了资源共享的目的。 4 校正过程 中，明显 的数据误差有助于发现 工作过程中的一些人为或者计量仪器的问题 ，对这 物料平衡系统的在石油炼化企业的生产运行 中 占有非常重要的地位。物料平衡系统中的数据几乎 涉及到了企业 的整个生产流程 ，囊括了各个部门。 因此 ，在物料平衡系统 的实际运行 中还需要各个部 门各尽职责 ，相互协调 。另外 ，相关人员也应该 在实际运行过程 中不断地对整个系统进行调整，以 应对条件改变带来的变化 ，为整个企业的计量 、生 产和统计管理保驾护航。 下 转第8 8 0 页 化 工 点 ，采用程序升温的方法拉 。 。初始温度设在 8 0 ℃， 这样既缩短了样 品组分在柱内的停留时间，又能保 证各组分间较清晰的分离。升温速率 1 5 C ／ mi n 所 带来 的基线漂移也可以经扣除基线 的方法予 以消 除。终温 3 6 0 下保持 5 rai n ，可以使石蜡组份全 部从柱中流出。 2 ． 1 ． 2 进样 口、检测器条件的选择 选择不分流进样技术 ，可以避免分流进样带来 的毛细管色谱分离法进行高沸点 、宽沸程组份定量 分析 中的样 品歧视效应 。检测器温度设置为 3 7 0 ℃，能保证样品不在其中产生滞留。 2 ． 1 ． 3 色谱峰定性 石蜡是正构烷烃与异构烷烃的混合物 ，其中 正构烷烃占绝大部分 ，约 9 0 ％左右，在非极性键合 固定相 的交联S G E 毛细管色谱柱上 ，饱和烃是按照 沸点顺序流出的。色谱图中的大峰均为正构烷烃 ， 大峰问的小峰为异构烷烃 ，只要定 出大峰的碳数 ， 就可以按上述规律对其他各峰依次定性。采用C 1 8 ， C 1 9 。C 2 2 ，C 2 4 ，C 2 6 ，C 2 8 ，C 3 0和C 4 0八个标样 的甲苯混合液定性色谱图中各正构烷烃的碳数。 2 ． 1 ． 4 石蜡组分的定量 图 1色谱峰面积加和 F i g ． 1 Ad d a n d t h e c h r o ma t o g r a p h i c p e a k a r e a 由于石蜡的碳数分布较宽， 采用色谱峰面积加 和 图 1 ，计算正构和异构烷烃的总和 ，对石蜡进 行定量 。 采用标准加入内标物的方法定量， 该方法克 服了进样量和色谱条件很难完全相同引起的定量误 差。多数石蜡的碳数分布在 c 1 9 ～ C 3 9左右 ，本文选 择 C 4 0 作 内标物。 2 ． 2 方法验证 2 ． 2 ． 1 精密度测定 准确称取 已知含量的石蜡和植物蜡 ，经洗脱后 配制成石蜡浓度为 0 ． 3 2 m g ／ m L的混合溶液 ， 在线性 浓度范围内对石蜡含量平行测定 5 次 ，其相对标准 偏差为 2 ． 2 0 ％，表 明方法有较高的精密度 表 2 。 表 2 精密度的测定结果 Ta bl e 2 Pr e c i s i on o f t he de t er mi na t i on r e s ul t s 次数 1 2 3 4 5 石蜡含量，％ 3 8 ．7 7 3 8 ． 1 7 4 o 3 O 3 9 ． 4 2 3 8 ．3 9 相对标准偏差， ％ 2 2 0 2 ． 2 ． 1 准确度测定 准确称取 已知含量 的石蜡 和植物蜡混合物 5 份，分别经洗脱后配制成石蜡浓度为 0 ． 3 2 mg ／ mL的 混合溶液 ，在线性浓度范围内加入 内标溶液对石蜡 含量进行测定 ，根据已知含量和测定值计算回收率 为 9 7 ． 5 3 ％，表明方法准确可靠 表 3 。 表 3 准确度的测定结果 Ta bl e 3 Ac c ur a c y o f de t e r m i nat i o n r es ul t s 次数 1 2 3 4 5 回收率，％ 9 6 ．9 3 9 5 ． 4 3 l O O ．7 5 9 8 ． 5 5 9 5 9 8 平均回收率， ％ 9 7 5 3 参考文献 [ 1 ]U ． S ． C U S T O MS L A B O R A T O R Y M E T H O D S ， U S C L me t h o d [ M ] 3 4 0 7 ． [ 2 ]赵天波， 唐瑞昆， 郑波， 等． 柱头进样气相色谱法测定石蜡、微晶蜡 的组成I J _． 石油化工 ，1 9 9 6 ， 2 5 6 4 6 6 5 0 ． [ 3 ]李凤艳 ， 赵天波，冀德坤． 气相色谱法测定石蜡正异构及碳数分布 l J 1． 石油化一 [高等教育学报 ，1 9 9 5 ， 8 1 5 8 [ 4 ]李风艳，赵天波，冀德坤． 气相色谱法测定石蜡正异构及碳数分布 积分方式的选择l J 1 ．分析化学 ，1 9 9 5 ，2 3 1 2 0 8 1 2 1 0 ． [ 5 ] 石油化工行业标准 S H ／T 0 6 5 3 1 9 9 8 [ S ] ． 上接 第 8 5 6页 参考文献 [ 1 ] 王克峰 M E S系统中物料平衡的设计与实现【 D ] ． 大连 大连理工大学 ， 2 0 0 9 4 5 4 9 ． [ 2]崔鹏． 刘成 先进安全操作管理系统在锦州石化公司的应用[J J ．计算 机与应用化学 2 0 1 0 ， 2 7 8 1 0 1 3 ． [ 3 J李永安 ，炼油生产过程硫的分布追踪与平衡【 J ] ．石油化工腐蚀与 防护 ，2 0 0 1 ，1 8 4 3 5 3 8 ． [ 4 ]田文谦，戴德宝，陈卓宁， 等．生产计划中物料快速分解及能力平 衡可视化的实现【 J 1 ．机械设计与制造工程 ，2 0 0 1 5 1 8 - 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