煉油過程生產(chǎn)調(diào)度建模方法研究.pdf

1、煉油行業(yè)是連續(xù)過程工業(yè)的典型代表，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，具有舉足輕重的作用。生產(chǎn)調(diào)度作為煉油企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的指揮中心，提高生產(chǎn)調(diào)度的質(zhì)量和效率對于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益具有重要的作用。因而，對煉油過程生產(chǎn)調(diào)度的研究具有重要意義。
　　 煉油過程具有生產(chǎn)規(guī)模大，工藝復(fù)雜，物流連續(xù)運(yùn)作，緩沖余地小，生產(chǎn)連續(xù)、平穩(wěn)，裝置多且銜接緊密等突出特點(diǎn)。生產(chǎn)調(diào)度模型的建立是煉油過程調(diào)度優(yōu)化問題的研究重點(diǎn)，也是

2、當(dāng)前優(yōu)化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于煉油過程上述特點(diǎn)的存在，其生產(chǎn)調(diào)度問題在數(shù)學(xué)上呈現(xiàn)高度耦合，求解困難，某些因素難以用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型表達(dá)。鑒于已有調(diào)度建模方法存在的種種不足，目前的煉油過程生產(chǎn)調(diào)度對煉油生產(chǎn)的特有性質(zhì)和生產(chǎn)中的邏輯規(guī)則往往難以進(jìn)行全面、有效地描述，建立的調(diào)度模型較復(fù)雜，超結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，直觀性、實用性較差，難以滿足實際調(diào)度需求。這一現(xiàn)狀使得我國煉油行業(yè)目前大多采用基于經(jīng)驗規(guī)則的人工調(diào)度，不但費(fèi)時費(fèi)力，而且難以保證調(diào)度優(yōu)化性。因此

3、，如何在現(xiàn)有調(diào)度理論和研究成果的基礎(chǔ)上，針對煉油生產(chǎn)的特有性質(zhì)，尋找適合于煉油過程的生產(chǎn)調(diào)度建模優(yōu)化方法，輔助企業(yè)調(diào)度人員實現(xiàn)優(yōu)化排產(chǎn)，是目前調(diào)度優(yōu)化研究中的一個熱點(diǎn)也是一個難點(diǎn)問題，也是本課題的研究目的所在。
　　 本文在介紹了煉油過程生產(chǎn)調(diào)度問題及其研究現(xiàn)狀之后，針對煉油過程特點(diǎn)及其生產(chǎn)調(diào)度需求，提出了幾種調(diào)度建模新方法和調(diào)度優(yōu)化模型以解決煉油過程的靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題。在此基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了煉油過程動態(tài)調(diào)度優(yōu)化軟件。該

4、軟件已在中石化齊魯分公司勝利煉油廠的生產(chǎn)實際中試用，獲得了較好的效果。具體研究內(nèi)容和成果概括如下：
　　 (1)針對基于邏輯的建模方法在模型表達(dá)的靈活性和求解優(yōu)化性等方面的不足，為有效表達(dá)生產(chǎn)中的啟發(fā)式邏輯規(guī)則，提出了一種集成啟發(fā)式規(guī)則的混合整數(shù)規(guī)劃調(diào)度優(yōu)化模型。在分析啟發(fā)式規(guī)則邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上，用布爾邏輯表達(dá)啟發(fā)式規(guī)則，給出了啟發(fā)式規(guī)則的基本邏輯表達(dá)式及其等價代數(shù)表達(dá)。將啟發(fā)式規(guī)則的代數(shù)表達(dá)與混合整數(shù)規(guī)劃相結(jié)合，實現(xiàn)了啟發(fā)式規(guī)

5、則的集成。集成啟發(fā)式規(guī)則的混合整數(shù)規(guī)劃調(diào)度模型在數(shù)學(xué)優(yōu)化的基礎(chǔ)上能夠方便、靈活地表達(dá)啟發(fā)式邏輯規(guī)則，利用啟發(fā)式規(guī)則有效地描述調(diào)度問題，簡化調(diào)度模型，提高求解效率，保證調(diào)度優(yōu)化性。
　　 (2)針對煉油過程生產(chǎn)特性，研究了其靜態(tài)調(diào)度優(yōu)化問題，建立了集成啟發(fā)式規(guī)則的混合整數(shù)規(guī)劃調(diào)度優(yōu)化模型。提出了平穩(wěn)性、連續(xù)性和長期性等生產(chǎn)特性定義及其性能指標(biāo)?；跓捰蜕a(chǎn)中的邏輯規(guī)則，對生產(chǎn)特性進(jìn)行了模型化描述，并對生產(chǎn)特性性能進(jìn)行了定量化表達(dá)和

6、評價，以實現(xiàn)生產(chǎn)利潤和生產(chǎn)特性性能的綜合利益最大化，滿足生產(chǎn)調(diào)度實際需求。以某煉廠生產(chǎn)調(diào)度為例，對比有無生產(chǎn)特性表達(dá)的優(yōu)化調(diào)度仿真結(jié)果表明：考慮煉油過程生產(chǎn)特性的調(diào)度優(yōu)化模型能夠滿足生產(chǎn)特性要求，提高生產(chǎn)特性性能，得到的調(diào)度方案更為可行、實用。
　　 (3)煉油過程以生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行為主，同時也具有裝置啟停、方案切換、設(shè)備故障等離散生產(chǎn)事件，其本質(zhì)上是一個混雜生產(chǎn)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的生產(chǎn)事件體現(xiàn)了煉油生產(chǎn)過程的運(yùn)行演變。調(diào)度專家通過對生

7、產(chǎn)事件的合理安排和處理實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度。據(jù)此，針對煉油過程的靜態(tài)調(diào)度問題，提出了一種基于預(yù)知事件的調(diào)度優(yōu)化建模方法。首先定義和描述了煉油生產(chǎn)調(diào)度中的預(yù)知事件，進(jìn)而定義了一種嵌套混合自動機(jī)，在此基礎(chǔ)上建立了基于預(yù)知事件的調(diào)度優(yōu)化模型。為實現(xiàn)模型的有效求解，將基于預(yù)知事件的調(diào)度模型轉(zhuǎn)換為等價的混合整數(shù)規(guī)劃模型，從而能夠方便地應(yīng)用成熟的優(yōu)化算法，保證調(diào)度優(yōu)化性?；陬A(yù)知事件的調(diào)度優(yōu)化模型具有直觀、模塊化、超結(jié)構(gòu)性弱的特點(diǎn)，為煉油過程靜態(tài)調(diào)度問題提

8、供了一種新的模型描述方法。
　　 (4)針對集成啟發(fā)式規(guī)則的混合整數(shù)規(guī)劃調(diào)度模型表達(dá)較復(fù)雜、直觀性差、具有較強(qiáng)超結(jié)構(gòu)性的不足，利用基于預(yù)知事件的調(diào)度優(yōu)化建模方法，對考慮煉油過程生產(chǎn)特性的調(diào)度優(yōu)化問題進(jìn)行了重新表達(dá)，建立了基于預(yù)知事件的調(diào)度優(yōu)化模型。模型表達(dá)更直觀、模塊化性強(qiáng)，易于建立。針對同一仿真實例，獲得了與集成啟發(fā)式規(guī)則的混合整數(shù)規(guī)劃調(diào)度模型相同生產(chǎn)特性性能的調(diào)度方案，滿足調(diào)度實際需求。
　　 (5)針對煉油過程動態(tài)

9、調(diào)度的實時性和優(yōu)化性需求難以滿足的問題，基于反應(yīng)式局部重調(diào)度策略，提出了一種基于突發(fā)事件的調(diào)度優(yōu)化建模方法。定義和描述了煉油生產(chǎn)中的突發(fā)事件及其事件邏輯，通過事件邏輯可以體現(xiàn)并靈活選擇調(diào)度專家處理突發(fā)事件的經(jīng)驗規(guī)則，體現(xiàn)突發(fā)事件和專家經(jīng)驗對于生產(chǎn)過程的影響。在此基礎(chǔ)上，給出了一種分層受控混合自動機(jī)，建立了基于突發(fā)事件的煉油過程動態(tài)調(diào)度優(yōu)化模型。通過兩階段事件觸發(fā)機(jī)制響應(yīng)突發(fā)事件，利用生產(chǎn)流程仿真模擬確定動態(tài)調(diào)度的流程范圍，生成動態(tài)調(diào)度子