способ автоматизированного управления смешением масел из нефтяного сырья путем построения расписания смешений в непрерывном времени

Формула изобретения

Способ автоматизированного управления смешением масел из нефтяного сырья путем построения расписания смешений в непрерывном времени посредством использования компьютерной системы, состоящей из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока определения метода оптимизации, отличающийся тем, что используется база данных для хранения вводимой информации и полученных результатов, блок импорта данных о начальном состоянии резервуарного парка и задании на смешение, графический интерфейс пользователя, служащий для отображения и изменения текущих данных при построении расписания, параметров настройки оптимизатора, а также отображения текстовых и графических отчетов системы, блок контроля достоверности исходных данных, формирующих наилучшее расписание, блок генерации матрицы задачи оптимизации, блок интерпретации результатов решения задачи оптимизации, причем данные о количестве компонентов, присадок и товарных масел во всех резервуарах участка смещения на момент начала построения расписания, о плановых заданиях по готовности товарных масел к определенному моменту времени, заданному в соответствии с графиком отгрузки, о рецептурах смешения и времени сертификации каждого смешанного масла, о времени перемешивания и переналадки смесительного резервуара при переходе от одного вида масла на другой, о скоростях поступления каждого компонента и присадки из соответствующих резервуаров, о конфигурации участка смешения и количестве смесительных резервуаров передают в компьютерную систему из блока импорта данных, затем после проверки физической реализуемости генерируют матрицу линейного программирования для использования оптимизатором, автоматически выбирающим метод оптимизации для нахождения наилучшего расписания, которое интерпретируется в виде последовательности смешения заданных товарных масел, времени начала и окончания каждого смешения, времени начала и окончания перекачки каждого компонента и присадки из соответствующих резервуаров для каждого смешения каждого масла, времени начала и окончания каждого поступления приготовленного масла непосредственно после смешения и сертификации в соответствующий продуктовый резервуар, времени переключения закачки компонента после заполнения одного компонентного резервуара на другой блоком интерпретации результатов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области систем оперативного производственного планирования и основано на применении современных методов теории расписаний к оптимальному планированию процесса смешения масел, получаемых из нефтяного сырья.

Смешение минеральных масел является заключительной стадией непрерывного процесса нефтепереработки, при этом смешиваются компоненты с различных технологических установок и специально вводимые присадки (депрессорные, моющедиспергирующие, загущающие, антипенные, антиокислительные, деактиваторы металлов и пр.) или пакеты присадок. Компоненты с технологических установок поступают в компонентные резервуары, которых должно быть больше одного для каждого компонента, чтобы обеспечить непрерывный характер производства и возможность лабораторного контроля качества компонентов в резервуарах. После определения качества в резервуарах компоненты и присадки в соответствии с рецептурой смешения каждого товарного масла поступают в смесительный резервуар, где перемешиваются определенное время, проходят сертификацию по взятым лабораторным анализам (время сертификации различно для различных масел) и поступают в один из продуктовых резервуаров. Затем масла, прошедшие сертификацию, то есть проверку на соответствие государственному стандарту, могут отгружаться из продуктовых резервуаров различными способами, а также затариваться в стандартные емкости. На предприятии имеется, как правило, несколько смесительных резервуаров, работающих одновременно, и получение различных марок товарных масел происходит на них последовательно.

Процессом смешения управляет оператор масляного производства, не имея заранее рассчитанных возможных сценариев смесительных операций, а руководствуясь, в лучшем случае, текущими показаниями уровней в компонентных резервуарах, количеством имеющихся присадок и месячным планом производства масел, ассортимент которых достигает нескольких десятков. При этом не имеется возможности учесть влияние порядка смешения масел на каждом смесителе (для различных масел требуется различное время переналадки смесителя), время простоя каждого смесительного резервуара (для проведения лабораторных анализов качества товарного масла, его сертификации и переналадки для смешения другого масла), заранее спланировать смесительные операции на несколько календарных периодов вперед.

Решение указанных задач возможно с использованием методов теории расписаний, которые с успехом использовались в машиностроительных производствах дискретного типа и сейчас начинают применяться для построения оптимальных расписаний производств непрерывного типа.

Действительно, проблемам построения расписания смешения нефтепродуктов посвящена довольно обширная научная литература. Для этих целей используются как эвристические алгоритмы, так и оптимизационные модели. Практически во всех работах, посвященных созданию оптимизационных моделей, состояние элементов системы смешения описывается в дискретные моменты времени, т.е. производится “дискретизация” по времени процесса смешения. Такие работы проводятся в США и Канаде (например, J.D.Kelly, J.L.Mann. Crude oil blend scheduling optimization: an application with multimillion dollar benefits. Hydrocarbon Processing, June 2003, pgs 47-53, July 2003, pgs 72-79).

Однако “дискретизация” по времени процесса смешения приводит к значительному увеличению размерности задачи, чем создаются существенные трудности при получении приемлемого решения. Кроме того, при таком подходе не удается отследить, например, моменты времени, когда какой-либо резервуар начинает переполняться.

Известен метод для определения оптимального расписания в автоматизированной системе построения расписаний (US 5,241,465, Aug.31, 1993), включающий компьютерную систему, предназначенную для нахождения наилучшего по выбранному критерию расписания, состоящую из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока выбора метода оптимизации.

Однако этот метод не решает задачи составления расписаний смешения минеральных масел, так как не позволяет адекватно описать реальные производственные процессы, технологию смешения масел и, соответственно, получить оптимальное расписание с приемлемой точностью. Кроме того, при таком подходе не удается отследить моменты времени изменения состояния моделируемых объектов, то есть моменты переключений смесительных и компонентных резервуаров.

Задачей предлагаемого способа является получение оптимального расписания смешений, удовлетворяющего заданным ограничениям и минимизирующего выбранную целевую функцию, например суммарное время простоя смесительных резервуаров в заданном интервале времени. Построение таких расписаний позволит получать прогнозы работы цеха смешения масел, строить графики работы смесительных резервуаров и графики изменения состояния всех резервуаров по времени.

Кроме того, такое расписание позволит:

- определять времена включения и отключения смесительных резервуаров и последовательность смешения масел в каждом смесительном резервуаре;

- поддерживать уровни компонентов и продуктов в соответствующих резервуарах в допустимых пределах, обеспечивающих нормальную работу системы смешения;

- определять времена изготовления оптимального количества каждого вида масла с учетом наличия компонентов, присадок и возможности продуктовых резервуаров принять приготовленные масла;

- определять компонентные резервуары, из которых в определенные интервалы времени будут забираться компоненты на смешение определенных типов масел;

- определять продуктовые резервуары, в которые в определенные интервалы времени будут поступать смешиваемые масла, и величину остатков в них после отгрузки продукции потребителям в соответствии с графиком отгрузки;

- определять производительности (скорости подачи) смешиваемых компонентов, необходимых для выполнения каждого смешения, и скорости смешения готового масла, получаемого в результате каждого такого смешения.

Поставленная задача решается тем, что способ автоматизированного управления смешением масел из нефтяного сырья путем построения расписания смешений в непрерывном времени посредством использования компьютерной системы, состоящей из оптимизатора, таблиц выбора целевой функции, блока определения метода оптимизации, отличающийся тем, что используется база данных, для хранения вводимой информации и полученных результатов, блок импорта данных о начальном состоянии резервуарного парка и задании на смешение, графический интерфейс пользователя, служащий для отображения и изменения текущих данных при построении расписания, параметров настройки оптимизатора, а также отображения текстовых и графических отчетов системы, блок контроля достоверности исходных данных, формирующих наилучшее расписание, блок генерации матрицы задачи оптимизации, блок интерпретации результатов решения задачи оптимизации, причем данные о количестве компонентов, присадок и товарных масел во всех резервуарах участка смешения на момент начала построения расписания, о плановых заданиях по готовности товарных масел к определенному моменту времени, заданному в соответствии с графиком отгрузки, о рецептурах смешения и времени сертификации каждого смешанного масла, о времени перемешивания и переналадки смесительного резервуара при переходе от одного вида масла на другой, о скоростях поступления каждого компонента и присадки из соответствующих резервуаров, о конфигурации участка смешения и количестве смесительных резервуаров передают в компьютерную систему из блока импорта данных, затем после проверки физической реализуемости генерируют матрицу линейного программирования для использования оптимизатором, автоматически выбирающим метод оптимизации для нахождения наилучшего расписания, которое интерпретируется в виде последовательности смешения заданных товарных масел, времени начала и окончания каждого смешения, времени начала и окончания перекачки каждого компонента и присадки из соответствующих резервуаров для каждого смешения каждого масла, времени начала и окончания каждого поступления приготовленного масла непосредственно после смешения и сертификации в соответствующий продуктовый резервуар, времени переключения закачки компонента после заполнения одного компонентного резервуара на другой блоком интерпретации результатов.

Реализация предложенного способа управления может иллюстрироваться следующей схемой (см. чертеж).

Исходные данные импортируются блоком импорта данных (1 - Import Data) из соответствующих баз данных (2 - Import DB) или из специального файла формата XML (3). Общение пользователя с системой происходит с помощью графического интерфейса пользователя (4 - Sched GUI), служащего для отображения и изменения текущих данных проекта, параметров настройки решателя, а также отображения текстовых и графических отчетов системы. Графический интерфейс снабжен системой справки (12 - HELP). Данные поступают в блок контроля достоверности исходных данных (5 - DATA TEST), отправляемых на решение, который запускается перед началом каждого решения задачи. В случае, если данных недостаточно, либо они противоречивы, решение прекращается, а пользователь получает информацию об обнаруженных несоответствиях.

Далее начинает работать решатель (6 - Solver), состоящий из блока генерации матрицы задачи оптимизации (7 - MATRIX), оптимизатора (8 - Optimizer), блока определения метода оптимизации (9 - MethodSelect) и блока интерпретации результатов решения задачи оптимизации (10 - GETSOL). Блок генерации матрицы задачи оптимизации (7 - MATRIX) включает в себя дополнительную проверку на допустимость исходных данных. Так же как и в 5 - DATA TEST, если данных недостаточно, либо они противоречивы, решение прекращается, а пользователь получает информацию об обнаруженных несоответствиях. Метод оптимизации определяется в зависимости от наличия целочисленных переменных. Блок 10 - GETSOL интерпретирует решение формальной задачи ЛП или целочисленного программирования в терминах принятой модели смесительных операций (резервуаров, смесителей и др.) В случае, если решение не получено, пользователь получает сообщение о невозможности решения модели. При успешном исходе результаты добавляются в базу данных (11 - Sched DB), генерируются текстовые отчеты, отчеты в формате Excel (13), а также файл результатов решения для экспорта в формате XML (14).

На основе предложенного способа в ИПУ РАН и СП ПЕТРОКОМ разработан технический проект на систему построения расписаний смешения нефтепродуктов и предполагается внедрение такой системы в 2005 г. на предприятии “Лукойл-Пермнефтеоргсинтез”.