книги / Типовые задачи оперативного управления непрерывным производством

'по упругости паров (для летних марок)

П\

2 (% ;-• 5оо) *, <(), /=1

где п\ — число компонентов в смеси; агост—октановое

число бензина по ГОСТ; а*ц — эквивалентное октановое число .компонента при максимальном количестве эгиловой жидкости; a2j —приведенная упругость паров ком­ понента.

Ограничение на максимальное содержание серы для дизельных топлив имеет вид:

ni

2 С^у ^гост) /=»

где 5госх— допустимое по ГОСТ содержание серы; Sj — содержание серы для /-го компонента.

в) Критерий и ограничения задачи

В зависимости от целей планирования критерием задачи может быть прибыль или валовой выпуск про­ дукции. Если один из показателей принят в качестве критерия, то второй обычно входит в число ограничений.

Все ограничения задачи записаны в табл. 2-8, их можно разбить на следующие группы:

1) по ресурсам перерабатываемого сырья (в табл. 2-8 это ограничения 1,2);

2)по условиям материального баланса по промежу­ точным продуктам (3—15) ;

3)по мощности (производительности) технологиче­ ских установок (24—29) ;

4)по качеству готовых продуктов (бензинов 31, 32, 34, 35, дизельных топлив 37, 39), получаемых путем смешивания;

5)по плану выпуска готовых продуктов (16—23, 30, 33, 36, 38, 40) ;

ции

30АИ-93

31Октановое число

420, А D—490). Цены условные.

Ограничения 1 и 24 совпадают, этого не будет при нескольких установках первичной переработки.

ком плюс для получаемых продуктов и знаком минус для сырья. Соответственно знак минус взят для правых частей ограничений по сырью, что предполагает изме­ нение знака в этих строках перед решением. В некото­ рых случаях материальный баланс не может быть точно выдержан по всем промежуточным продуктам, т. е. до­ пустимое решение отсутствует. Условие баланса тогда заменяется неравенством (получено больше, чем потреб­ ляется). В табл. 2-8 равенство заменено неравенством в ограничении 1 1 .

Схема НПЗ рис. 2-3 и соответственно модель линей­ ного программирования в табл. 2-8 для наглядности и сокращения объема таблицы упрощены. Числовые дан­ ные являются условными. Реальная задача для крупно­ го НПЗ включает примерно 40 технологических устано­ вок, получение путем смешения около 10 топлив раз­ личных марок и такое же количество марок масел. Соответствующая линейная модель содержит около 200 переменных и порядка 150 ограничений. Такая раз­ мерность задачи получена при обычных упрощающих предположениях о моделях технологических операций и смешении бензинов, принятых в этом параграфе.

Для целей оперативного управления заводом также может быть использована линейная модель, аналогич­ ная построенной, однако необходимо дополнительно учесть:

а) объемы промежуточных запасов компонентов между технологическими операциями, измеряемые авто­ матически, и наличие свободных резервуаров;

б) большее, чем в плановой задаче, число ограниче­ ний на показатели качества нефтепродуктов, получае­ мых смешением, поскольку возможные сменные откло­ нения показателей качества компонентов значительно больше среднемесячных;

в) фактические, а не плановые показатели качества компонентов.

В целом влияние нелинейностей в модели оператив­ ного управления будет больше, чем в модели планиро­ вания, поскольку оперативные отклонения режимов и параметров в плановом периоде усредняются.

г) Недостатки модели

Рассмотрим кратко наиболее существенные недбстат^ ки построенной линейной модели и возможные способы их преодоления.

1) Предположение о равномерности выпуска про^ дукции в течение всего планового периода нарушается вследствие множества причин: ремонта оборудования, неравномерности отгрузки по железной дороге или при последовательной перекачке по трубопроводу бензина нескольких марок и пр. Методы решения задач кален­ дарного планирования, состоящих в детализации плана по временным интервалам, рассматриваются в гл. 6.

2)Предположение о детерминированном характере модели также нельзя считать адекватным действитель­ ному процессу реализации плана, происходящему при случайных отклонениях нагрузок установок и показате­ лей качества компонентов от плановых величии. Наряду

сэтим изменяются внешние по отношению к предприя­ тию факторы: спрос на нефтепродукты н соответственно план поставок, состав получаемой нефти и пр. Случай­ ный характер возмущений приводит к необходимости устанавливать в плане в явной или скрытой форме ре­ зервы по ресурсам, например вводить запасы по пока­ зателям качества продуктов, получаемых путем смеше­ ния, по коэффициентам отбора целевых продуктов или мощностям установок. Модель планирования при слу­ чайных ресурсах рассматривается в гл. 7.

3)Предположение об аддитивной зависимости по­ казателей качества смеси от показателей качества ком­ понентов и их содержания в смеси ие всегда выполня­ ется. Для ряда показателей, например октанового числа бензина, в допустимом диапазоне изменения показателей качества компонентов достаточно точные модели сме­ шения должны учитывать нелинейности.

4)При изменении отбора отдельных целевых про­ дуктов, например, для установок ГФУ изменятся состав

ипоказатели качества получаемых продуктов. Такие изменения непосредственно влияют на возможность сме­ шения нефтепродуктов, если продукт непосредственно поступает на смешение. Если фракция бензина посту­ пает с установки четкой ректификации для последую­ щей переработки иа риформинг, то изменение коэффи­ циента отбора приведет к изменению состава и, следо­ вательно, отбора на риформинге. Таким образом, при

значительных изменениях коэффициентов отбора необ­ ходимо учитывать их влияние на состав получаемого продукта и коэффициенты отбора последующих уста­ новок.

2-5. Модель комплекса на основе типовых операций

Основное внимание ранее было уделено рассмотре­ нию моделей, относящихся ко всему комплексу агрега­ тов, осуществляющих преобразование материальных по­ токов. Классификация моделей производилась на основе рассмотрения свойств всей модели в целом, при этом слабо учитывались особенности подмоделей отдельных агрегатов и структура их связей между собой. В реаль­ ных условиях такой подход осложняется тем, что необ­ ходимо рассматривать задачи достаточно большой раз­ мерности. При этом, если в составе комплекса имеются даже простые нелинейные элементы, модель комплекса превращается в нелинейную модель общего вида. Су­ щественные трудности возникают при разработке и ти­ пизации алгоритмов решения задач оперативного управ­ ления на базе подобных нелинейных моделей большой размерности.

Поэтому в [69] был предложен другой подход. Он основан на разделении исходных моделей комплексов на модели агрегатов (или совокупности агрегатов), осу­ ществляющих отдельные операции по распределению материальных потоков, в результате которых происхо­ дит изменение количественных и качественных парамет­ ров потоков. Совокупность этих отдельных операций определяет весь процесс распределения . материальных потоков в комплексах, а соответствующее соединение моделей операций приводит к общей модели того или иного комплекса. Размер модели операции или группы операций существенно меньше, чем размер модели все­ го технологического комплекса. Поэтому такую модель можно будет достаточно успешно изучать даже в слу­ чае ее нелинейного характера.

Подобный подход является основным в данной кни­ ге (см. гл. 4, 5). Он связан прежде всего с построением и изучением моделей типовых операций распределения материальных потоков для технологических производств непрерывного типа. Затем на основе полученных дан­ ных изучаются существенные свойства структур техно-

Логических комйлексов, пЬлучеыиык путем различного соединения моделей отдельных типовых операций. В ре­ зультате достигается следующее:

1. Выделение типовых операций позволяет провести более полное и законченное исследование моделей одной или нескольких операций для достаточно сложных не1 линейных случаев.

2. Изучение особённостей структур соединений раз­ личных типовых операций в сложный технологический комплекс позволит проанализировать свойства структур

иупростить решение задачи оперативного управления.

3.Полученные модели и методы их анализа сразу могут найти конкретное применение на производстве. Это связано с тем, что большинство отдельных агрега­ тов или технологических пределов, реализующих от­

дельные типовые операции, разделены емкостями и в диапазоне изменения емкостных запасов могут счи­ таться автономными, т. е. допускают управление, полу­ ченное иа основе рассмотрения модели только одного агрегата или передела, без включения этой модели в общую модель комплекса.

Для одной или нескольких однотипных операций при внедрении или моделировании легче проверить и дока­ зать эффективность оптимизации, содержательно про­ анализировать результаты, что часто весьма проблема­ тично для всего комплекса.

4. Подобный подход является основным для ряда методов «композиции», т. е. методов построения модели всего комплекса типа (1-1) — (1-5) на основе моделей отдельных типовых операций распределения потоков. В частности, можно построить упрощенную модель ком­ плекса на основании аппроксимации операций совокуп­ ностью граничных режимов.

Таким образом, выделение типовых операций позво­ лит эффективно строить модели сложных технологиче­ ских комплексов.

5. Выделение типовых операций или типовых моде­ лей и типовых структур их соединения в комплексы необходимо для разработки программного обеспечения

итипизации проектов АСУП.

Внепрерывном технологическом производстве удоб­ но подобные типовые операции связать с числом мате­ риальных потоков иа входе и выходе агрегата (сово­ купности агрегатов), осуществляющего эту операцию.

Таким образом, можно выделить простые, смёсйтельные, разделительные и сложные типовые операции.

Простая операция имебт один входной и один выход­ ной поток (рис. 2-4). К такому виду сводятся модели различных процессов химической переработки с одним сырьевым продуктом и одним выходом [3, 4, 7]. Про­ стая операция в общем случае может быть описана сле­ дующей зависимостью:

щие воздействия, связанные с изменением технологиче­ ских, режимных параметров проведения операции.

При смесительной (соединительной) операции имеет­ ся п входных и один выходной поток (рис. 2-5). Эта операция соответствует модели различных процессов смешения и химической переработки. Процессы смеше­ ния широко используются в нефтеперерабатывающей промышленности (смешение топлив, масел), цементной промышленности (сырьевые смеси), при производстве резины, в пищевой промышленности и др. [82, 83, 90].

Общее уравнение операции

где Х{— i-й входной поток.

Разделительная операция (рис. 2-6) характеризуется одним входным и m выходными потоками.

Технологические процессы разделения смесей осу­ ществляются путем ректификации, адсорбции, сепара­ ции, флотации и другими способами. В модели произ­ водства все эти способы соответствуют разделительной