炼油厂案例.doc

炼油厂生产计划安排
工商092班
作者

摘要
Ø 问题：本案例主要论述了炼油厂生产计划的优化问题，通过对炼油厂生产流程的分析，将原问题转化为一个线性规划问题，进而建立了一个模型。
Ø 方法：解决本案例的方法是利用线性规划求解最优解，以及Lindo软件辅助求解。
Ø 结论：通过求得最优解，使该厂利润达到最大化，实现最优生产，并且通过敏感分析知道当各个终产品的利润在什么变化幅度内可以保证生产计划不变，避免厂家因利润波动而草率的更改生产方案而导致费时费力。

关键词 炼油 线性规划 敏感性分析

背景分析
全球金融危机，使得人们对价格不断飙升的油产品需求急剧减少，虽然现在危机的云雾刚刚淡去，但炼油厂面临着的形势依旧是十分严峻的，要渡过这不景气的阶段，就需要炼油厂进行生产上的优化。在面对倒闭亦或是发展这两种结果的时候，该厂做出了自己的决策：在已有生产能力和市场条件的限制下，通过分析所有的生产流程，得到了总利润与成品油产量的函数关系，以及成品油产量所需要满足的约束条件，从而将问题转化为线性规划问题，然后转换建立了一个模型，靠这一模型得出的成产计划，能否帮助此厂脱离困境甚至收益颇丰呢，我们拭目以待……

理论综述
（名词解释及理论概述）

1.各组员分工：梁晓雲、黄桂凤，录入文本及编排文档；陈剑锋、管诗广，设计和制作幻灯片；梁莹，进行了背景分析，并根据整个案例总结摘要，提炼关键词；蔡婷婷，查阅文献，制作综述部分，为后面的解题方法做了理论上的铺垫；林穗阳，建模求解，归纳结论；廖冬燕，俯瞰通篇，审核，批改，修正案例。
2.原油：原油即石油，也称黑色金子，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。是石油刚开采出来未经提炼或加工的物质。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。不过不同油田的石油成分和外貌可以有很大差别。
3.石脑油：石脑油（naphtha）：一部分石油轻馏分的泛称。因用途不同有各种不同的馏程。我国规定馏程自初镏点至220℃左右。主要用作重整和化工原料。作为生产芳烃的重整原料，采用70～145℃馏分，称轻石脑油；当以生产高辛烷值汽油为目的时，采用70～180℃馏分，称重石脑油。用作溶剂时，则称溶剂石脑油，来自煤焦油的芳香族溶剂也称重石脑油或溶剂石脑油。
4.辛烷值：汽油辛烷值是汽油在稀混合气情况下抗爆性的表示单位，在数值上等于在规定条件下与试样抗爆性相同时的标准燃料中所含异辛烷的体积百分数。
5. 轻油：轻油，又称石脑油、白电油，英文名：Naphtha。是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含5到11个碳原子的链烷、环烷或芳烃。石脑油可用作提炼煤气之用。
6. 重油：重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在0．82～0．95，比热在10,000～11,000kcal/kg左右。其成分主要是炭水化物，另外含有部分的（约0．1～4%）的硫黄及微量的无机化合物。
7.裂解汽油：又称热解汽油。以轻烃、石脑油、柴油甚至减压蜡油为原料，在水蒸气存在下高温裂解制取乙烯的过程中，生成含碳五烃类以上的液体副产品，经分馏出干点为205℃的液体称为裂解汽油。由于此种汽油富含芳烃，经过加氢精制后可作为高辛烷值汽油组分或用于萃取苯、甲苯、乙苯、二甲苯等化工原料。
8.线性规划：线性规划是运筹学中研究较早、发展较快、应用广泛、方法较成熟的一个重要分支,它是辅助人们进行科学管理的一种数学方法.研究线性约束条件下线性目标函数的极值问题的数学理论和方法，英文缩写LP。它是运筹学的一个重要分支，广泛应用于军事作战、经济分析、经营管理和工程技术等方面。为合理地利用有限的人力、物力、财力等资源作出的最优决策，提供科学的依据。
9.LINDO：LINDO(Linear, INteractive, and Discrete Optimizer)是一个解决二次线性整数规划问题的方便而强大的工具。
10. 敏感性分析：敏感性分析是指从定量分析的角度研究有关因素发生某种变化对某一个或一组关键指标影响程度的一种不确定分析技术。其实质是通过逐一改变相关变量数值的方法来解释关键指标受这些因素变动影响大小的规律。
（前人之研究及相应文献）
11．石油化工过程人工介入控制系统的应用研究：
1）.对国内外石油化工工业控制现状及发展趋势进行了介绍。
2）.从石油化工生产过程的特点出发,分析了石油化工生产过程人机系统中人的因素,并对人的可靠性进行了定量分析。
3）.在分析石油化工过程控制的基础上,提出人工介入控制系统的实质是监督控制,其重要功能在于优化操作。对人工介入控制系统的基本理论进行了介绍,提出了石油化工过程的人工介入控制系统模型和结构,对操作行为的三个阶段及过程实时状态进行了描述,提出了石化企业的组织分析方法和石化企业的组织再设计的原则。
4）.介绍了人工介入生产过程控制系统在中石化长岭分公司的下属企业---湖南长盛石油化工公司的实践。电子巡检系统与设备状态网络诊断系统的成功应用表明:在石油化工过程中引入人工介入控制系统,对提高企业经济效益、提升企业管理水平均具有积极意义,可以达到了安全、经济、科学、实效管理的目的。

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12.炼油工业生产计划系统的研究
为了改进炼油厂制定生产计划的决策过程,提高炼厂的科学管理水平,研究并开发了基于炼油过程仿真的优化生产计划系统,它使计划编制和炼油工艺过程及市场对油品的需求状况紧密结合起来,从而提高了生产计划系统的实用性,使制定的生产计划更准确地指导炼厂的实际生产,提高了企业的经济效益。本文给出了基于炼油过程仿真优化生产计划系统的框架结构、优化原理、应用情况和其在FR-CIMS中的位置。

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建模
某炼油厂的工艺流程图如图1所示。

图1

炼油厂输入两种（原油1和原油2）。原油先进入蒸馏装置，每桶原油经蒸馏后的产品份额见表1，其中轻、中、重的分别为90、80和70。

轻石脑油
中石脑油
重石脑油
轻油
重油
渣油
原油1
0.1
0.2
0.2
0.12
0.2
0.13
原油2
0.15
0.25
0.18
0.08
0.19
0.12
表1

石脑油部分直接用于发动机油混合，部分输入重整装置，得辛烷值为115的重整汽油。1桶轻、中、重石脑油经重整后得到的重整汽油分别为0.6、0.52、0.45桶。
蒸馏得到的和，一部分直接用于煤油和燃料油的混合，一部分经裂解装置得到和裂解油。裂解汽油的辛烷值为105。1桶轻油经裂解后得到0.28桶裂解汽油和0.68桶裂解油；1桶重油裂解后得到0.2桶裂解汽油和0.75桶裂解油。其中裂解汽油用于发动机油混合，裂解油用于煤油和燃料油的混合。
渣油可直接用于煤油和燃料油的混合，或用于生产润滑油。1桶渣油经处理后可得0.5桶润滑油。
混合成的发动机油高档的辛烷值应不低于94，普通的辛烷值不低于84。混合物的辛烷值按混合前各油料辛烷值和所占比例线性加权计算。
规定煤油的气压不准超过1kg/cm2，而轻油、重油、裂解油和渣油的气压分别为1.0、0.6、1.5和0.05kg/cm2。而气压的计算按各混合成分的气压和比例线性加权计算。
燃料油中，轻油、重油、渣油和裂解油的比例应为10：3：1：4。
已知每天可供原油1为20000桶，原油2为30000桶。蒸馏装置能力每天最大为45000桶，重整装置每天最多重整10000桶石脑油，裂解装置能力每天最大为8000桶。润滑油每天产量应在500~1000桶之间，高档发动机油产量应不低于普通发动机油的40%。
又知最终产品的利润（元/桶）分别为：高档发动机油700，普通发动机油600，煤油400，燃料油350，润滑油150.

试为该炼油厂制订一个使总盈利为最大的计划，并求当各种终产品的利润分别在什么范围时，生产计划保持不变。

解：这是一个的问题。

设使用原油桶数为(i=1,2)；分馏后的产物轻、中、重石脑油、轻油、重油桶数分别为(i=1,2,…,6)； 石脑油输入到重整装置后得到的重整汽油桶数为，轻油和重油经裂解装置得到裂解汽油和裂解油分别为、；石脑油和重整汽油、裂解汽油直接用于发动机油混合来生产高档、普通发动机油的桶数为 (i=1,2,3,7,8;j=1,2,其中1表示高档，2表示普通)；轻油、重油、渣油、裂解油用于煤油和燃料油的混合生产从而得到煤油或者燃料油的桶数为 (m=4,5,6,9;n=1,2,其中1表示煤油，2表示燃料油)；石脑油用于输入重整装置的桶数为(i=1,2,3)，轻、重油用于输入裂解装置的桶数分别为、，渣油用于生产润滑油的桶数为；最终产物高档、普通发动机油、煤油、燃料油、润滑油桶数为 (j=1,…,5)；又设1桶原油经过蒸馏后得到的产物桶数为 ( j =1,2; i =1,2,…,6)，1桶轻、中、重石脑油经重整后得到的重整汽油桶数分别为(i=1,2,3), 1桶轻油、重油经裂解后得到的裂解汽油为(m=4,5)，1桶轻油、重油经裂解后得到的裂解油桶数为 (m=4,5)，轻、中、重石脑油、重整汽油、裂解汽油的辛烷值为(i=1,2,3,7,8), 轻油、重油、裂解油和渣油的气压为（m=4,5,6,9），最终产物的利润分别为（j=1，2，…，5），则：
Max L=
St:蒸馏装置（来源）：
又（去向）：
重整装置（来源）：
又（去向）：
裂解装置（来源）： ，
又（去向）： ，
对发动机油混合装置、煤油、燃料油混合装置以及润滑油装置有：
（j=1,2,…,5；i=1,2,3,7,8；m=4,5,6,9；n=1,2）
辛烷值 高档—— （i=1,2,3,7,8）; 普通—— (i=1,2,3,7,8)
煤油气压： （m=4，5，6，9）
燃料油比例：
原油供应： ，
装置能力限制： ， ，
最终产品产量： ，
另外所有变量均非负。

模型分析

软件求解
将上述模型中的变量代入具体的数值，列齐所有方程，并用求解并进行。的录入方程如下：

结果如下：

单纯形表最终格式不再列出，篇幅较大可在附加的txet

文件中打开查阅，文件名为”lindo分析结果——炼油厂案例”

结果分析
1.根据第一部分（Objective function value 目标函数值）结果的第一列可知，最优生产计划是：每日使用的原油1和原油2的桶数分别为15000、30000，可分别得到轻、中、重石脑油，轻、重油，渣油，重整汽油，裂解汽油，裂解油6000、10500、8400、4200、8700、5550、2433.087891、1936、5706桶，以及最终产物高档、普通发动机油，煤油，燃料油，润滑油分别6817.778809、17044.447266、15156、0、500桶，可以注意到该厂将不生产燃料油，在这种生产计划下，公司获得的最大利润是21136510元/天。(第二列是松弛变量及其对应的对偶价格（影子价格），很明显由于有37个方程，故有37个松弛变量，而本题所设的变量有40个，故不能确定各个对偶价格分别对应哪个变量,本人能力尚浅，不会分析，请老师指导)
2.第二部分（RANGES IN WHICH THE BASIS IS UNCHANGED 最优基不变的范围）敏感性分析结果的第一列是目标函数中的变量系数范围，目标函数中各变量的系数在可行增量和可行减量之间变动可保证最优解不变，以Y1为例，其当前系数（current coef）为700，可行增量是18.067978，可行减少量是892.088684,所以在最优解不变的前提下Y1的系数可以变化的范围是(-192.089,718.067978)，其他分析情况同上，注意，在临界值处可能会出现奇异性。第二部分结果的第二列是限制条件中右边系数的变化范围，右边系数在可行增量和可行减量之间变动可保证最优基不变，以第30个限制条件（即该列的第31行）为例，其当前系数（current rhs）是20000，可行增量是+∞，可行减少量是5000,所以在最优基不变的前提下该限制条件可以变化的范围是(15000, +∞)，其他分析情况同上，注意，在临界值处可能会出现奇异性。

结论
最优生产计划是：每日使用的原油1和原油2的桶数分别为15000、30000,可得到最大利润21136510元/天；高档发动机油，普通发动机油，煤油，燃料油，润滑油的利润分别再(-192.089,718.067978)，( 584.9028,＋∞)，( 325.27,672.828461)，(－∞,421.823807)，(－∞, 800)范围内时生产计划不变。