中国石化原油评价数据库系统建设与应用

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-23 17:53:00
来源:数字石油

摘 要:中国石化原油评价数据库系统是具有中国石化自主知识产权、符合中国石化应用特色的专业行业

    软件,该系统自 2004 年初建设,与 2005 年底建成投用,目前入库原油 126 种,包含三大模块、七个子模 块、二十四项功能,在中国石化供应链优化项目中经受住了用户检验,取得了良好的应用效果。 关键字:中国石化,原油评价数据库,数据管理,应用软件

    0 引言

    原油是石油炼制企业最基础、最核心、最根本的生产资料,在原油加工过程中,原油 采购成本占加工总成本的80%以上。自上世纪 90 年代中期,我国成为原油净进口国后,进 口的原油品种和数量逐年上升,如中国石化 2005 年进口原油 1.05 亿万吨,累计进口油种 100 多种,而这个数据今后还将会继续攀升。面对如此复杂的原油资源结构,炼油企业在选 择油种、制定加工方案时,再用过去那种凭经验、拍脑袋的方法已经不能适用,必须要用科 学便捷的原油评价数据库软件提供准确、详尽的原油评价数据,为决策提供数据支撑。 特别是自 2001 年中国石化全面启动了供应链优化项目后,中国石化对原油评价数据库 软件的需求日益增强。目前,中国石化已经在总部、事业部和企业三个层面全面开展了供应 链优化的实施和应用,涉及的业务包括原油选购、原油运输、生产加工和产品配送等环节。 这些模型在中国石化总部及企业的相关业务工作中起到重要作用, 为生产经营决策提供量化 的数据支撑。这些借助现代技术开发建设的数学模型,在其基本构成单位的数据中,原油评 价数据是最基本、 最重要的数据之一, 原油评价数据的准确性, 直接影响到模型计算的结果, 影响生产经营决策的方向。 国外发达国家的石化企业很早之前就遇到了以上类似问题,所以一直以来对原油评价 数据库软件的开发工作都很重视, 目前国际上比较著名的原油评价数据库包括Chevron 原油 数据库、BP 原油数据库、Philips 原油数据库,比较著名的原油数据管理及应用工具有 Haverly 公司的 H/CAMS  KBC 公司的 CAMS 软件。国内炼油企业也曾引进过国外的原油数据 库软件, 由于我们国家的炼油工艺以及可选的原油资源与这些国家存在一定的差异, 所以这 些软件并不能完全满足国内炼油企业的需求。我国从 90 年代后期,也曾开发了一些原油数 据库软件,但没有得到很好的应用。 中国石化考虑到一体化管理的问题,考虑到企业和总部在生产经营决策时基准数据的 一致性,考虑到节省投资,减少不同企业对同一原油进行重复评价造成资金的浪费,同时也 考虑到和中国石化的生产经营特色相结合,为此,2004 年中国石化总公司决定整合中石化 内部的技术力量, 开发一套具有自主知识产权的、 具有中国石化特色的原油评价数据库系统。

    1 中国石化原油评价数据库系统的主要模块

    为了实现原油评价数据库在中国石化总部和 30 多家炼化企业的共享, 实现原油评价数 443

    主题八:过程先进控制、优化技术研究及应用

    据的统一管理,中国石化原油评价数据库系统是一个网络版的系统,软件架构如下图:

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    中国石化原油评价数据库系统软件架构图

    中国石化原油评价数据库系统分三个层次, 相互支撑的关系依次为: 数据库管理 数 据库 应用程序。 其中数据库管理用于对原油评价数据的管理, 数据库用于存放原油评价 数据以及用户信息,应用程序是基于原油数据的应用工具,如原油切割、原油混炼、切割校 正、数据接口等。 1.1 数据库管理 数据库管理包括数据维护、数据修正、数据查询三个模块。 数据维护模块包含的功能有:添加原油信息、编辑实验数据、数据处理。添加原油信 息及编辑实验数据功能是系统与原油评价实验数据的接口, 而数据处理是通过图形工具及标 准化算法, 将实验数据拟合成可以供后续原油切割模块计算的物性曲线。 物性曲线将以数据 记录的形式存放入标准原油评价数据库。 原油物性并非是稳态的。即使是同一种原油,受运输途损、采油批次的影响,物性也 可能存在差异。 这就意味着企业所加工的油种可能会与数据库中对应的标准原油数据存在差 异。但作为普通用户是没有权限对标准数据进行修改的,为了解决这个问题,系统增设了数 据修正模块。 数据修正模块在功能设计上充分考虑了国内炼油企业的原油评价资源, 开发了 两种算法, 一是用企业的原油简评数据对标准数据进行修正, 另一种是用企业原油一般性质 分析数据对标准数据进行修正。 在数据修正模块快中同样设置了原油评价实验数据的录入接 口, 用户可以将自己的实验数据录入到系统中去。 用户的原油评价实验数据以及修正后的物 性曲线数据均被存入用户原油评价数据子库,并不影响或改变标准数据的记录。 数据查询模块包括两种功能,一是条件查询,另一个是模糊查询。在条件查询是通过 用户输入的查询条件,逐级查找目标原油。模糊识别功能是根据用户输入条件,查找一个与 输入条件最为相似的原油, 用来解决没有评价数据的新油种的数据替代问题。 数据查询模块 对查询到的原油评价数据以三种形成进行输出: 第一种是以评价报告形式, 第二种是数据列 表形式, 第三种是物性曲线形式。 其中物性曲线形式还能将相似油种的对应物性或与被输出 物性存在关联的物性进行同界面比对输出。

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    1.2 数据库 原油评价数据库里包含三个子库。标准原油评价数据库,用户原油评价数据库和用户 信息数据库。 标准原油评价数据库存放的是中国石化权威而统一的原油评价数据,是所有用户可以 共享的数据。 标准原油评价数据库由指定的数据管理员单位派专人管理, 用户是不能对之编 辑和修改的。 用户原油评价数据库内存放的是用户的原油评价实验数据, 以及用户利用自己 的实验数据对标准库数据进行修正后的修正物性曲线数据。每个用户均有自己的用户子库, 并且只能对自己的用户子库进行操作, 而不能对其他用户子库操作。 用户原油评价数据库的 数据也可以支持后续的应用程序。 用户信息库存储的是用户在应用过程中的操作信息, 如用 户制定的常减压装置模型、原油切割方案、馏分代码、所切割的物性等。 1.3 应用模块 应用模块包括常减压理论切割、原油混炼、切割数据校正、工具箱四个子模块。 常减压理论切割是整个应用模块的核心模块。它所实现的主要功能是:以数据库中标 准物性曲线为基准,按用户设定的切割方案,对原油进行切割。根据中国石化供应链优化项 目的应用要求,目前系统对外提供的了PIMS 模型的 ASSAY 表数据接口,切割结果可以直接 调用进 PIMS 模型中,实现了无缝连接。 在常减压装置实际生产过程中,大量进行的是原油混炼,很少有单炼的情况,为此系 统设计了原油混炼模块。 为了减少方案制定的工作量, 原油混炼模块可以调用常减压理论切 割模块中的切割方案,而且也能以 PIMS 模型的 ASSAY 表格式进行输出。 常减压理论切割是基于原油实沸点蒸馏曲线的理论切割,而实际常减压蒸馏装置的理 论塔板数低于实验室蒸馏仪的理论塔板数, 原油各馏分之间的分割精度要小余实验值, 存在 着反混。所以理论切割值与常减压装置的生产实际值之间存在着差异。为了减少差异,系统 提供了切割校正模块, 切割校正模块根据常减压装置各侧线收率的标定值或统计值对理论切 割的切割点进行校正, 根据常减压装置实际生产时的侧线馏程分析数据对切割结果的物性值 进行校正。这样大大提高了切割的准确度,实现了理论值与生产实际的值对接。校正切割模 块也能以 PIMS 模型的 ASSAY 表格式进行输出。 除了原油切割功能外,系统为用户提供了一些石油炼制行业的专用计算工具,如汽油 辛烷值的关联计算工具、柴油十六烷指数的关联计算工具、特性因数、相关指数、燃烧热、 苯胺点的计算工具等等。这些计算工具均纳入工具箱模块中。

    2 中国石化原油评价数据库系统的特点

    2.1 入库数据的权威性与可靠性 原油评价数据是原油评价数据库系统的核心资源,也是支持数据库应用程序的数据基 础,是确保计算结果可靠、可信、可用的前提条件。对于原油评价数据的入库工作,中国石 化建立了一系列规范、严格的管理体系。原油采样时,要求样本来自一程船原油;在评价实 验时, 由国内原油评价的权威机构严格按照原油台架实验的标准进行操作; 对评价结果要和 其它途径获取的原油评价实验数据进行纵向和横向比对, 纵向比对分析原油随时间物性变化 的趋势,从横向比较物性的数据范围,从而确保实验数据的可靠性;在数据入库前还要经过 由院士及专业技术人员组成的原油评价专家组对数据进行评审; 数据入库和维护则由指定单 位的专业技术人员执行; 同时建立数据跟踪反馈体系, 对数据库里评价数据的应用情况进行 445

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    跟踪,如果发现数据的可靠性变差,或出现新油种,则要及时组织评价,进行数据更新。 2.2 计算结果的准确性与可用性 原油评价数据库系统最核心的应用是按用户设定的切割方案进行原油切割。为了保证 原油切割结果的准确性, 大多数物性均按实验数据拟合的物性曲线为基准进行切割计算, 尽 量避免使用工程上的关联计算经验公式, 从而减少经验公式的应用范围及公式本身的精度给 计算结果带来的误差。 将原油评价数据按实验馏分宽度进行切割, 收率数据和实验值的偏差 不超过 3,物性数据的偏差在 5%之内, 达到很高的数据还原性。 为了解决原油理论切割值 与实际生产收率存在差异的问题,数据库系统采用简单模拟技术,开发切割数据校正模块, 进一步提高了计算的准确度。 2.3 界面的友好性 中国石化原油评价数据库系统在设计时充分考虑用户使用的便捷性,做到界面友好。 例如在原油切割工作中,切割方案设计的工作量很大,需要设立每个侧线的切割温度,每个 侧线的切割物性。 中国石化原油数据库系统针对用户的实际业务将原油切割方案的设计分为 三步,第一步建常减压装置,设计常减压装置的各个侧线;第二步对各类馏分的物性进行定 义;第三步调用装置模型和馏分物性,设立切割温度,组合成用户需要的切割方案。其中常 减压装置模型和各类馏分的定义是作为记录被保存的, 用户只需经过一次设定, 在以后的方 案设计是均可以通过对装置侧线与馏分类型进行组合, 方便的生成所需要的切割方案。 另外 系统甚至加入了复制方案功能,用户可以将以前的方案进行复制和改造,形成需要的方案。 再如,切割油种选项里,系统提供了“油种打包”功能,用户可以对所需切割的各个油种进 行打包,进行批量切割。 2.4 系统的安全性 中国石化原油评价数据库系统从管理体制和技术两个层面确保系统特别是数据的安 全。在管理体制上,规定只有数据管理原用户才能对标准数据库进行操作,普通用户只能调 用数据, 而且作为普通用户只能看到原油的简单评价数据, 支持应用程序的核心数据——原 油物性曲线数据是无权限获取的, 而普通用户权限的发放也是由专门的业务部门发放和管理 的。从技术层面上,该系统只能通过中国石化内网访问,而且需要用户名和密码。

    3 中国石化原油评价数据库系统的应用

    中国石化原油评价数据库系统自 2005 年底完成开发后,配合中国石化供应链优化项目 开展了大量的应用。 目前中国石化正在推广炼油企业级 PIMS 模型(企业生产计划优化模型), 在已经推广的 20 家炼油、炼化企业的生产计划优化模型(PPIMS)中得到成功应用,取得了 良好的应用效果,获得用户的一致好评。随着炼油企业级 PIMS 项目推广的进程加快,中国 石化原油评价数据库将为中国石化所属的所有炼油、 炼化企业的生产计划优化模型提供常减 压模拟切割数据,为企业的生产经营决策服务。此外,中国石化原油评价数据库系统正在进 一步扩大应用范围, 将为总部一体化供应链优化模型 (MPIMS)联合石化现货选购模型 、 (PIMS) 等提供数据支撑,为总部的生产经营决策提供服务。

    4 中国石化原油评价数据库系统的发展与展望

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    虽然中国石化原油评价数据库系统达到了国际同类产品水平,但还有许多可以继续提 升的空间。 从现有模块的功能来说,因为最初系统设计基于中国石化的供应链优化项目,可以切 割计算的物性以满足供应链优化模型的物性需求为目标, 而一些关于工程设计、 科研的物性 未纳入,如渣油结构参数等,这些物性的计算在今后随着应用范围的扩大应逐步完善。 从进一步提高计算精度来说,要在今后的应用中不断完善物性计算算法,提升模型计 算的精度。同时应进一步扩充物性计算的模型,从而保证各公式按其适用范围进行使用。 从系统集成来说,原油评价数据库系统作为各生产相关业务的数据基础,应加强与其 他信息系统的集成,如何原油管输项目、原油配送项目、生产调度指挥系统等,从而发挥更 大的作用。 另外,中国石化评价数据库中的数据都是石化内部权威的、标准的评价数据,而企业获 得的原油由于运输过程中的混油问题, 或者采样点的不同, 因此数据库中的评价数据不一定 能完全表征企业加工的原油, 需要以中国石化评价数据库中的标准评价数据为基础, 开展数 据快速修正的工作,使评价数据服务于企业生产加工,还有很多工作有待总部、企业和技术 单位进一步加强。

    5 结论

    中国石化原油评价数据库系统作为数据基础,为石油炼制行业其它信息系统的建设起 着重要的支撑作用, 为生产经营的科学决策提供了数据依据。 该系统在中国石化供应链优化 项目的开发和应用中取得了很好的应用效果, 结果证明该系统达到了国际先进水平。 但原油 评价数据库系统的建设并不是一朝一夕的工作, 需要在今后的使用过程中不断更新和增加原 油评价数据,不断完善算法,不断扩大应用范围。相信经过长期的建设和维护,中国石化原 油评价数据库系统将在中国石化原油采购、 生产经营、 设计科研等各个领域发挥更大的作用。

    参考文献 [1].《中国石化原油评价数据库系统总体设计》 [2].《石油化工工艺计算程序》 何良知 , 烃加工出版社 , 1993  [3]. Technical Data Book-Petroleum Refining , Metric Edition , API, 1985 作者简介 田健辉,生于 1976  12 月,本科就读于华东理工大学,石油加工专业,硕士研究生就读于同济 大学,工商管理专业,就职于石化盈科信息技术有限责任公司,石化供应链优化高级顾问,项目经理。

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