汽油调配在线的双环优化方法外文翻译资料

英语原文共 6 页

汽油调配在线的双环优化方法

魏恒成

信息科学与工程学院

东南大学

南京，中华人民共和国

邮箱；1575030207@qq.com

摘要—直接调和油品对在线汽油调和和控制造成了很大的影响。文章提出一种具有嵌套外环和内环的双环优化策略的，并结合案例优化策略研究在本文中有详细说明。真正的行业应用表明，这种新的优化策略不仅可以考虑底部油的性质偏差，同时也要能够及时发现直接混合油的汽油性能波动。通过这种方式可以一次性很好地控制最终的汽油产品性质，并且与传统的单回路优化方法相比，最终产品的重新混合时间大大减少。

关键词：双环；优化；汽油；在线调和。

1. 介绍

作为大多数炼油厂的重要操作，汽油调和是产品交付前的最后一道工序。汽油是最重要的炼油厂产品之一，因为它占典型炼油厂总量的60-70％利润 [1-2]。事实上，对混合过程的严格控制可以为炼油厂的盈利能力提供非常大的提升 [3]。从目前中国的状况来看，好几家大型炼油厂都在大力推广在线汽油调和技术 [4]。

现在已有许多控制和优化策略专为汽油调和而设计：一种混合系统的控制算法用来处理组件属性的不确定性，而不确定性由组件属性的估计器需要在闭环中处理 [3]。将矢量回归应用于近红外光谱（NIR）数据，以解决与在线混合系统中确定柴油质量参数相关的回归问题。有些方法旨在通过应用开发的复杂建模系统来提高汽油调和效率。一种基于MILP的方法提出用来解决炼油厂应用中离线混合和短期调度问题的同步优化问题。现有一种在集中式多变量控制器下建立连续过程用于汽油调和的方法，该控制器比标准控制方法获得了更高的利润。除此之外，有一种自适应建模方法用于建立汽油调和过程的NIR模型。大体上来说，上述混合方法主要集中在控制和优化性能上，用来提高混合的灵活性和效率，但是这些问题在实际应用中却是非常困难的。

今天，在许多炼油厂中，依然存在汽油调和和生产的问题，一些称为直接混合组分油的汽油组分油不是来自中间罐，而是直接来自其生产装置。直接混合组分油的流速是不能规律性的随上游单元的生产速率调节而波动，而且有的时候这种不规律性影响很大。将这些成分油混入产品罐后，由于产品罐通常很大，混合控制系统不能及时发现性能偏差，然后很难将最终产品油的性质控制到设定的极限。

另一个问题是产品罐中的底油。由于建设成本高，几乎所有炼油厂的罐容量通常都有限，并且在特殊情况下是可以借用不同种类产品的罐 [10]。例如，当95＃油的储罐短缺时，可以使用具有一定体积汽油92＃（中国的汽油标准）的储罐来储存汽油95＃（另一种标准）。如果产品罐是空的，那么控制混合源头的产品质量将确保储罐中的最终产品合格。然而，当底部油是不同种类并且体积足够大时，产品性质不能容易地调节到最小临界点，这意味着重新混合通常是不可避免的。

本文提出了一种双回路优化的汽油在线混合优化方法。它不仅考虑了属性偏差的补偿底油，也考虑每个时间点混合油的性质和流量。它可以检测并大大提高混合头的质量波动并快速流动，以减少最终产品的重新混合时间。

本文的其余部分安排如下：第2节将要简要介绍典型的混合过程；第3节将要详细介绍了所提出的优化方法的理论；汽油调和案例研究详见第4节，然而第5节中也会得出了一些结论。

1. 过程描述

炼油厂的典型汽油调和工艺如图1所示。

将几种组分油从中间储罐或直接从生产装置的管道泵送到搅拌器（也称为静态混合器）。

如图1所示，前两种成分油被称为直接混合油，因为生产线上没有中间罐。因此，与其他组分油不同，这两股流量不能通过混合控制系统进行调节，因为两种流量和性质的波动对最终的汽油性质控制造成很大的干扰。在汽油调和这个方面，一些关键性能通常用作评估汽车汽油质量的标准，例如研究法辛烷值（RON）和马达辛烷值（MON），里德蒸气压（RVP）或饱和蒸汽压（SVP），氧含量等 [3]。通常测试这些性能就能判定产品最终是否符合标准。

1. 优化策略

为了解决上述问题，本文提出了一种基于嵌套外环和内环的汽油在线混合双环优化方法，如图2所示。

如图2所示，采用外环和内环优化的嵌套循环，外环是为了确保最终产品在汽油调和完成后符合质量标准。如果存在一定量的不同种类的油，则在计算内环优化后，定期设置修改的设定点（混合头的属性的上下范围），并且应该考虑循环中产品罐的底油性质。

与其他混合控制策略不同，我们测量混合源头的性质，为了能尽快检测直接混合成分油的性质和流速波动。作为闭环独立工作的内循环，根据混合设定上的预期属性进行操作。组分油，混合源头油和产品罐中的油的性质均通过近红外光谱（NIR）分析仪测量。

需要指出的是，内环使用的混合头的采样时间T_i远短于外环的采样时间T₀

T₀=q·T_i （1）

在式（1）中，T₀是外循环的周期；T_i是内循环的周期；q是正整数，通常为5左右。

显而易见的是，内环运行一圈比外环运行一圈快约5倍。所以使用这种方式，可以尽可能快地检测来自直接混合组分油的干扰

·外循环优化

在每个外循环优化期间，应考虑底部油的体积和性质。混合头的属性的上限和下限范围是根据所需的最终产品属性和剩余的混合量来计算的。

在计算混合头中的属性范围时，应根据属性的不同从而采用不同混合规则。对于汽油性质，如硫和氧含量，我们使用线性质量混合定律

U^r_j=（U^R_j-Cp_jtimes;mx_c）/mx_H （2）

L^r_j=（L_j^R-Cp_jtimes;mx_c）/mx_H （3）

在式（2）和（3）中，其中U^r_j和L^r_j是混合标题上属性j的上限和下限；U^R_j和L_j^R是最终产品的特性j的上限和下限；mx_c是底油与总预期混合油的质量比；mx_H是剩余混合油与预期混合汽油总量的质量比；Cp_j是底油的属性j的价值。

对于含有烯烃，芳烃和苯成分的油品混合，应使用线性体积混合法。

U^r_j=（U^R_j-Cp_jtimes;vx_c）/vx_H （4）

L^r_j=（L_j^R－Cp_jtimes;vx_c）/vx_H （5）

在式（4）和式（5）中，其中vx_c是底油与预期混合体积的体积比；vx_H是剩余混合与预期混合体积的体积比。

对于Reid蒸气压，应采用非线性混合定律。

U^r_j=((( U^R_j)^1.25-Cp_j^1.25times;vx_c)/vx_H)_0.8 (6)

L^r_j=((( L^R_j)^1.25-Cp_j^1.25times;vx_c)/vx_H)_0.8 (7)

质量比和体积比具有以下关系

mx_c=m_c/(m_c m_H) (8)

mx_H=m_H/(m_c m_H) (9)

vx_c=(m_c/rho;_c)/(m_c/rho;_c m_H/rho;_H) (10)

vx_H=(m_H /rho;_H)/(m_c/rho;_c m_H/rho;_H) (11)

在式（8），式（9），式（10）和式（11）中，其中m_H是剩余混合油的质量;m_c是底油的质量；rho;_H是混合源头的汽油密度；rho;_c是底部汽油的密度。

·内循环优化

在内循环优化的每个循环开始之前，需要计算混合头上的测量值和预期属性之间的偏差，

delta;_j,i=Hp_j,i-hp_j (12)

在式（12）中，delta;_j,i是混合头上第i个内环中测量值和预期属性j之间的偏差; Hp_j,i是第i个内循环中混合头中的测量属性j; hp_j是混合标题中属性j的预期值。

在第i个内环中，测量值与预期特性j之间的累积偏差为

△_j,i=Sigma;delta;_j,k (13)

当总偏差超过设定范围时, 价值上限U^r_j,i和下限L^r_j,i应修改如下：

U^r_j,i=U^r_j-△_j,I (14)

L^r_j,i=L^r_j-△_j,I (15)

在式（15）和式（14）中，U^r_j,i和L^r_j,i是第i个内环中属性j的修改上限和下限。

内环优化的目标函数描述如下

Min Phi;(X)=Sigma;[lambda;_i(f(X)_i-y_i)]² lambda;Sigma;C_ix_ki

s.t. Sigma;X=1

X_minle;Xle;X_max

FT=F₁/X₁=F₂/X₂hellip;=F_m/X_m

FT_minle;FTle;FT_max (16)

F_minle;FT·Xle;F_max

t·FT·Xle;M

L^r_j,ile;f(X)_ile;U^r_j,i

在式（16）中，Phi;(X)是内循环的目标函数; k是汽油混合特性值；f(X)_i是组分i的混合特性原则；y_i是最终产品i的期望值；m是组分油的物质的量；X是组分油的体积比，X=[X₁,X₂, hellip;,X_m]; X_max和X_minlt;

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