VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Формирование набора данных для LP-моделирования с применением систем "менеджеры нефти"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.1 Введение [3]
К настоящему времени все нефтеперерабатывающие заводы компании ПАО «НК «Роснефть» перешли на осуществление оперативного планирования с использованием оптимизационных систем линейного программирования. Переход на использование оптимизационных систем планирования в сегменте нефтепереработки и сбыта был обусловлен объективной потребностью компании ПАО «НК «Роснефть» в обеспечении оперативности, прозрачности и точности расчета планов производства, а так же для осуществления координации работы нефтеперерабатывающих заводов с учетом планов поставок и продаж.
Основным инструментом при планировании работы НПЗ является PIMS (Process Industry Modeling System – система моделирования перерабатывающей промышленности) – программное решение компании Aspen Technology Inc, предназначенное для моделирования производственных процессов. PIMS – это построение методом линейного программирования моделей планирования процессов нефтепереработки, для создания оптимальных планов, включая оценку альтернатив сырой нефти, промежуточного сырья, получаемого за границами рассматриваемой установки, технологий, продуктов и рынка.
В программе описан весь процесс переработки – все установки завода, смешение промежуточных и товарных материальных потоков, потребление топлива, потери, потребление реагентов, присадок и катализаторов, логистические ограничения.
Исходными данными для программы PIMS являются: данные из системы «менеджеры нефти» (ПО Spiral Assay); данные из инженерных моделей; данные из системы ЛИМС (фактическое качество промежуточных потоков – лабораторные данные); система PI – диаграмма потоков и выходы технологических процессов; утвержденные технологии, регламенты и ТЭП (технико-экономические показатели); экспертная оценка по расчетным данным; утвержденные цены для текущего планирования производства.
1.2 Цель: изучение и описание процесса формирования набора данных для LP-моделирования с применением систем «менеджеры нефти».
Задачи
Найти и изучить литературу по планированию в нефтепереработке.
Ознакомиться с ПО Spiral Assay (модуль Assay Workup, настройка шаблона выгрузки PIMS, выгрузка данных по настроенному шаблону).
Изучить материалы по возможностям и особенностям работы в ПО Spiral Assay.
Описать ход работы формирования набора данных в ПО Spiral Assay.
Подвести итог выполненной работы и сформулировать выводы о значимости систем «менеджеры нефти» в процессе LP-моделирования.
Основная часть [5]
Преимущества систем «менеджеры нефти»
Интеграция системы LP-моделирования, системы «менеджеры нефти» и инженерного моделирования создает следующие преимущества:
Повышается эффективность процесса текущего и перспективного оптимизационного планирования.
Появляется возможность определять упущенную выгоду.
Появляется возможность более точно определять эффективность строительства, модернизации, использования новых технологических объектов, инженерных решений, видов сырья.
Позволяет находить возможности сокращения затрат при минимальных вложениях или путем незначительных перераспределений текущих технологических схем.
Ниже будет рассмотрено подробное описание процесса формирования набора данных для LP-моделирования с применением систем «менеджеры нефти» (ПО Spiral Assay).
Программный продукт SpiralAssay
Spiral Assay – это программный продукт компании Spiral Software Ltd, являющийся мощным инструментом для обмена, управления и прогнозирования качества нефти. С его помощью производится обработка информации и формирование набора данных для нужд LP-моделирования.
Spiral Assay основан на инновационных статистических моделях, которые дают возможность понимания связей и корреляций между свойствами нефтей. Программный пакет включает в себя специальные модули, дающие возможность при помощи быстрых и точных инструментов провести интерполяцию и экстраполяцию свойств нефтяных фракций в задачах моделирования новых нефтей, обновления существующего набора анализов и оценки свойств неизвестных нефтесмесей. При этом получаются надежные расчетные оценки свойств нефтей, а возможность осуществления контроля за величиной погрешности расчетов позволяет контролировать риски принятия решений с использованием расчетных оценок.
К достоинствам пакета следует отнести тщательно проработанный, интуитивно понятный интерфейс пользователя и максимальную наглядность предоставляемых данных, что способствует оперативному принятию решений.
Spiral Assay содержит многочисленные физико-химические и товарные свойства нефтей и содержащихся в них фракций (в т. ч. вязкость, содержание S, N, Ni, V, меркаптанов и др. компонентов); включает стандартную библиотеку нефтей и дополнительно приобретаемые базы крупных нефтяных компаний (Shell, Chevron и др.); генерирует полный набор данных по свойствам нефтей, для которых отсутствуют результаты некоторых анализов.
Ниже приводятся основные направлениями использования Spiral Assay:
- в технологических моделях: точные и подробные сведения о нефти и нефтяных фракциях дают возможность оперировать необходимыми товарными свойствами продуктов при расчете оборудования (например, меркаптановая сера, содержание металлов, низкотемпературные свойства и т.п.);
- в повседневной деятельности ЦЗЛ: проверка лабораторных данных на актуальность и согласованность, корректировка неточностей, исправление ошибочных данных;
- в задачах прогнозирования физико-химических свойств нефтяных фракций, которые отсутствуют из-за ограничений по методам анализа (например, определение низкотемпературных свойств для легких фракций) для формирования текущих и стратегических планов;
- в задачах LP-моделирования: формирование набора данных, требуемого для плановых моделей PIMS (выход фракций, физико-химические и товарные свойства нефтей). При этом даже в случаях весьма ограниченной исходной информации о свойствах нефти, возможно корректное, математически и статистически обоснованное восполнение недостающей информации.
2.3 Подготовка исходных данных группой «Менеджеры нефти»
Сотрудниками группы «Менеджеры нефти» ПАО СвНИИНП на ежемесячной основе осуществляется подготовка исходных данных для процесса производственного планирования с помощью программного обеспечения Spiral Assay и проводится экспертная оценка сформированных плановых нефтей.
В ПАО «СвНИИНП» (в лаборатории испытания нефтей) ежегодно углубленно (детально) анализируются представительные (среднеквартальные) образцы нефтей и выделенные из них узкие фракции всех НПЗ Компании по комплексу показателей. По результатам анализов формируются таблицы физико-химических характеристик нефтей и выделенных из них узких фракций.
Этот анализ является дорогим, очень трудоемким и занимает большое количество времени, поэтому его проводят не чаще 1-2 раза в год для каждой марки нефти. Данные этих таблиц заносятся в базу нефтей (Spiral Assay) и, как правило, последняя занесенная нефть (максимально приближенная по свойствам к качеству перерабатываемых в данный момент нефтей) принимается в качестве базисной при последующей генерации средненедельных и среднемесячных нефтей.
2.4 Создание средненедельных и среднемесячных образцов
Еженедельно (ежедекадно) анализируются нефти (либо в лаборатории ПАО «СвНИИНП», либо непосредственно на НПЗ) по основным показателям: плотность, содержание серы, фракционный состав, содержание углеводородов. Полученные данные вносятся в базу нефтей Spiral Assay. На основании средненедельных (среднедекадных) нефтей формируется среднемесячный образец – в Exel рассчитываются средние значения за месяц из данных по качеству средненедельных (среднедекадных) образцов нефтей. Среднемесячные данные также заносятся в базу данных нефтей.
Для генерации полного комплекса свойств для среднемесячного образца нефти, необходимых для LP-модели, необходимо в качестве базисного образца выбрать соответствующий углубленно исследованный по всему комплексу показателей образец. Далее уже среднемесячный образец со сгенерированным полным комплексом показателей по специальному шаблону выгрузки из «Spiral Assay» выгружается в LP-модель и используется для обновления данных для производственного планирования.
Для полного описания свойств нефтей в Spiral Assay используется модуль AssayWorkup. Он содержит множество дополнительных функций манипулирования данными для обеспечения максимального контроля над обработкой всех свойств нефтей. Процесс создания модели описания нефти с помощью AssayWorkup, описан в следующей последовательности:
1. Введение нечисловой информации на вкладке Information.
2. Введение значений измерений в сетке ввода измерений на вкладке Measurements.
3. Введение данных дистилляции в сетке ввода измерений на вкладке Distillation.
4. Введение GC (газовой хроматографии) в сетке ввода измерений на вкладке GC.
5.При необходимости настраивается сетка ввода измерений на вкладке Flowsheet.
6. При необходимости устанавливаются ограничения на свойства на вкладке Constraints.
7.Создание (генерация) нефти
8.При необходимости дополнительно редактируются свойства
9.Сохранение нефти
После этого нефть добавляется в базу данных и все функциональные возможности Spiral Assay могут быть использованы для анализа и изучения этой нефти.
Для генерирования отчета со свойствами нефтяных фракций необходим шаблон выгрузки PIMS, в котором настроены перечень узких фракций и перечень свойств, которые для них будут выводиться. Файлы PIMS могут иметь переменное количество фракций и представленных свойств, при этом каждая фракция теоретически показывает различный набор свойств. Сгенерированный и сохраненный отчет передается для дальнейшей работы сотрудникам группы поддержки LP-моделирования.
Выводы
LP-моделирование активно используется при решении экономических задач, которые возникают на нефтеперерабатывающем предприятии. Оно позволяет подобрать наиболее оптимальный режим работы технологических установок и получить максимальную прибыль компании в результате реализации товарной продукции.
Одним из источников данных для ПО Aspen PIMS является ПО Spiral Assay. Таким образом, инструмент Spiral Assay способствует реализации процесса оперативного планирования, что приводит к получению компанией дополнительной прибыли.
Заключение
В ходе работы была найдена и изучена литература по оперативному планированию с использованием систем линейного программирования, были изучены материалы по возможностям и особенностям работы в ПО Spiral Assay.
Во время посещения ПАО «СвНИИНП» были получены навыки работы в ПО Spiral Assay (ввод данных, генерация нефти, настройка шаблонов выгрузки данных, выгрузка данных).
На основании изученных материалов и полученных навыков был поэтапно описан процесс формирования набора данных для LP-моделирования.
Считаю, что поставленная цель и задачи выполнены.
5. Список литературы
Кузнецов Б.Т. Математические методы и модели исследования операций: уч. пособие, - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005, 656с.
Попова О.В. Математические модели в экономике управления: Уч.-метод. пособие, - Изд-во МГТУ, 2012, 154с.
Материалы презентаций по работе с ПО Spiral Assay.
Прокофьев В.Л., Дмитриев В.Д. Физика (учебное пособие для техникумов) М.: «Высшая школа», 1983, стр 543