全国炼厂超大型线性规划优化模型的开发及其应用.doc

全国炼厂大型线性规划优化模型的开发及应用 丁泉1 宋爱萍2 王春1 刘磊1 （1中国石油天然气集团公司资本运营部 2 中国石油规划总院炼化所） 摘 要 石化行业价格和供需波动频繁,局部的优化已无法适应综合性国际能源公司整体业务链管理的需要。同时，重大项目决策都是在多目标条件下的最优化筛选过程，要充分考虑整体与局部、长远与短期、收益与风险等诸多因素，单一的就项目论项目的评价方法有待于进一步提高。开发的全国炼厂大型线性规划优化模型将原油、炼厂、成品油消费市场作为一个不可分割的价值链进行分析，综合考虑原料供给、价格、原料互供、加工负荷、方案、产品结构、需求、销售等因素，指导生产经营及项目论证。同时，提出了建立统一规范的数据采集分析、评价体系及原油评价数据库，加强对经济参数、市场细分和超大规模线性规划解题器的超前研究，以及进一步优化存量、优选增量的建议。 关键词 线性规划 优化 物流配送 加工流程 全国炼厂 项目评价 一、优化模型开发的目的和意义 1.石化行业发展的内在需要[1] [2] 随着中国石油外上市，生产、投资决策越来越集中， 石油石化行业的价格和供需波动较大，频繁的波动给企业稳定的生产经营带来了一定困难，也为优秀企业创造了发展机遇和空间。从近几年生产经营看，国外动荡的经济形势引起原油价格大幅波动，国内宏观经济高速增长造成局部地区炼化产品的供需矛盾，如何把握市场不稳定、地区不均衡状态下的市场竞争与合作；如何应对原油及相关炼化产品价格波动蕴藏的经营风险和机遇；如何根据市场变化及时调整生产、库存、销售和配送计划，建立科学决策、快速应对的反应体系和执行机制，都需要石化企业以市场为导向进行量化测算，使决策管理更为科学、高效、灵活，提高市场快速反应能力。 3.企业管理水平提升的需要 如图1所示，尽管中国石油在资产总额、油气储量、原油产量等方面均已超过埃克森美孚、英国石油公司和壳牌等公司，但中国石油在运营效率和产业链整体协调配套能力等方面仍有较大差距，这种巨大的差距源自生产要素有机组合能力方面的不足，通过量化分析等手段改善要素组合能力是提升企业管理能力的有效途径。 图1 2009年中国石油与国外公司对标分析 4.企业进行科学决策的需要 重组后的中国石油实现了上下游、产供销、内外贸一体化的运营格局，形成了相互关联不可分割的产业链条。。 图2 不同层面优化的难度及优化效益对比示意图 二、优化模型的设计及开发 在查阅大量文献[5]，并借鉴国内外加工流程优化软件的基础上，完成的优化模型从宏观层面着手，进行适当的微观生产运行层次的扩展，将全国油田、炼厂、成品油消费市场作为一个不可分割的价值链进行分析，以利润最大为目标，经过结构分析、系统设计、软件开发和综合测试，解决由炼油装置数据集反推炼厂加工流程、加工流程数模化、矛盾方程诊断、超大规模线性方程求解等技术难关，开发完成全国炼厂大型线性规划优化模型，实现原油配置、加工方案、产品结构和成品油流向的优化，并为战略课题研究提供辅助决策依据。 1.总体设计 该优化模型在微机上运行，应用中文Windows XP操作系统，用VB开发系统界面和大部分功能模块，用VC++开发优化求解模块，由模型构造、优化求解和信息输出三个功能模块组成，具体见图3. 图3 优化模型主要模块功能实现示意图 2.线性规划三要素确定 （1） 决策变量选择 选择装置进料量、装置产出量、产品产量和各地汽柴油消费量等为决策变量。 （2） 目标函数确定 以全国炼厂的总利润最大为目标函数。利润=产品收入–原料成本–加工费–税金–固定费用，其中： ① 产品收入= 是第j 种产品不含税单价减去其运费价格； xj是第j 种产品产量；n 是产品种类数； ② 原料成本 = 是第j 种原料不含税单价加上运费和其它费用价格； 是第j 种原料消耗量；s 是原料种类数； ③ 加工费 = 是第j 个装置固定加工费；是第j 个装置单位可变加工费； 是第j 个装置加工量；g 是装置数 ④ 税金 = 消费税+(销项税-进项税＋消费税) ×附加税率 （3） 约束条件确定 根据生产特点及实际需要，选择原油供应量、各装置加工限量、各方案加工限量、各方案物料平衡、各方案侧线收率、侧线产出与消耗平衡、产品总量与其组分平衡、产品限量、装置各方案进料质量控制、成品油质量、能耗和自用产品平衡、分牌号成品油销量等12类约束条件。 3.优化求解模块 选用可以在微机上求解数十万个变量的线性规划鞍点算法求解软件，与国外同类软件比较见表1。 表1 鞍点算法解题软件与国外同类软件综合性能对比[3] [4] 项目 单纯形法 内点法 鞍点算法 特殊初始点 需要 需要 不需要 解退化问题 困难 不困难 不困难 解大规模问题 慢 快 快 模型矩阵结构 计算中变