原油非線性優(yōu)化調(diào)合方法研究

葉彥斐 胡云云 陸琳娜 羊康 陳恒

【摘 要】針對原油非線性優(yōu)化算法求解優(yōu)化解時(shí)，常常陷入局部極值或優(yōu)化無解的情況，本文提出一種基于分區(qū)初始化的原油非線性優(yōu)化調(diào)合方法。該方法首先將各組分原油配方范圍分成多份，然后對其進(jìn)行重新組合形成初始質(zhì)量份配比，進(jìn)而優(yōu)化求解并計(jì)算各優(yōu)化配方的可行性，最后從優(yōu)化配方集合中選出最優(yōu)的一組解作為最終的配方。

【關(guān)鍵詞】原油調(diào)合；分區(qū)初始化；非線性優(yōu)化

中圖分類號： TE624；O223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）05-0213-002

【Abstract】In order to solve the optimization solution of crude oil nonlinear optimization algorithm， it often falls into the situation of local extremum or optimization without solution. This paper presents a method of non-linear optimization blending of crude oil based on partition initialization. The method first divides the range of crude oil composition of each component into multiple parts， and then recombines them to form an initial mass ratio， so as to optimize the solution and calculate the feasibility of each optimized formulation. Finally， the optimal formulation is selected from the optimized formulation set. A set of solutions as the final recipe.

【Key words】Crude oil blending； Partition initialization； Nonlinear optimization

0 引言

目前，在石油石化行業(yè)，原油在線調(diào)合優(yōu)化技術(shù)近年來已開始得到成功應(yīng)用，該技術(shù)目前主要是以控制原油的硫含量、酸值、石腦油收率等指標(biāo)為目的，降低了CDU裝置的腐蝕程度，使裝置平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)保證二次生產(chǎn)裝置的部分加工要求。

上述指標(biāo)均具有線性加和特性，采用一般的線性優(yōu)化技術(shù)即可求得調(diào)合配方。但是在原油調(diào)合中，還存在一些不具有線性加和特性的原油性質(zhì)，如原油十六烷值，直接影響到柴油十六烷值。當(dāng)以此類性質(zhì)為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，采用原油非線性優(yōu)化算法求解優(yōu)化解時(shí)，常常陷入局部極值或優(yōu)化無解的情況，導(dǎo)致無法正常進(jìn)行原油的在線調(diào)合。當(dāng)出現(xiàn)此情況時(shí)會造成：（1）調(diào)合油性質(zhì)超出CDU裝置允許范圍，加重了裝置的腐蝕；（2）生產(chǎn)出渣油等需二次加工的油品性質(zhì)超標(biāo)，不滿足二次加工裝置的要求；（3）生產(chǎn)出的產(chǎn)品不合格，不能出廠銷售。由此可見，為滿足煉廠的正常生產(chǎn)，亟需解決此問題。

針對上述問題， 本文提出了一種基于分區(qū)初始化的原油非線性優(yōu)化調(diào)合方法。這種方法解決了原油在線調(diào)合過程中，涉及到非線性優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化無解或陷入局部極值的問題。

1 非線性優(yōu)化調(diào)合方法流程

如圖1所示，基于分區(qū)初始化的原油非線性優(yōu)化調(diào)合方法包括以下步驟：對參與調(diào)合原油的各組分配方范圍平均分成n份，獲取各組分內(nèi)的小配方范圍；對各組分小配方范圍內(nèi)的質(zhì)量份值進(jìn)行重新組合 形成初始質(zhì)量份配比，進(jìn)而優(yōu)化求解獲取組分原油的優(yōu)化配方，并且計(jì)算各優(yōu)化配方的可行性，將可行的優(yōu)化配方組成優(yōu)化配方集合，根據(jù)原油非線性調(diào)合優(yōu)化方程選出最優(yōu)的一組解作為最終的配方。

2 實(shí)施算例

結(jié)合具體算例，詳細(xì)說明如下：

I.獲取原油調(diào)合基本參數(shù)。

假設(shè)參與調(diào)合的原油為杰諾、達(dá)爾混合原油和巴士拉中原油，優(yōu)化性質(zhì)包括硫含量、酸值、十六烷值和渣油硫含量，各油種性質(zhì)即優(yōu)化約束條件如表1所示。

其中十六烷值采用的調(diào)合歸則為二次非線性回歸模型：

式中，CNi是組分原油杰諾、達(dá)爾混合和巴士拉中的十六烷值大小，xi、xt是參與調(diào)合原油的調(diào)合占比，αi，t（i≠t）為調(diào)合組分原油間的調(diào)合效應(yīng)系數(shù)，其大小與正負(fù)反映了不同原油之間的非線性作用，具體數(shù)值如表2所示：

II.根據(jù)I.建立如式（2）的原油調(diào)合非線性優(yōu)化方程。

III.將各調(diào)合組分配方范圍平均分成3份，即得到各調(diào)合組分的小配方范圍，如表3所示：

IV.根據(jù)表3，基于公式（3）～（7）計(jì)算每個(gè)小配方范圍的中間值作為各組分原油的初始質(zhì)量份值，

計(jì)算結(jié)果如表4所示：

V.從各組分原油的3個(gè)初始質(zhì)量份值中均選取一個(gè)，組成新的初始質(zhì)量份配比，共產(chǎn)生27組。

其中除了7組無可行解外，剩余20組初始質(zhì)量份配比共產(chǎn)生了3組可行解， 可行解與調(diào)合原油性質(zhì)如表5所示。

VI.根據(jù)原油非線性調(diào)合優(yōu)化方程（2）中的目標(biāo)函數(shù)φ（X）值大小，選擇最終最優(yōu)解。

把3組可行解代入目標(biāo)函數(shù)φ（X），尋找使得目標(biāo)函數(shù)值最小的解，最終確定優(yōu)化配方為[0.45，0.45，0.1]。

3 結(jié)語

本文提出提出一種基于分區(qū)初始化的原油非線性優(yōu)化調(diào)合方法，可以快速進(jìn)行非線性優(yōu)化求解，有效地避免了原油非線性優(yōu)化算法求解優(yōu)化解時(shí)，常常陷入局部極值或優(yōu)化無解的情況。

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