肖文濤

（中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院，遼寧 大連 116043）

1 原油物流運作模式簡介

原油物流是中國石化集團公司能源產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，原油物流系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)對降低物流成本、保障煉廠資源供給和提高企業(yè)生產(chǎn)效益具有重要意義。

中國石化原油物流呈集團化聯(lián)盟運作模式[1]，原油運輸過程需要集團公司總部、下屬煉廠、貿(mào)易公司、管道公司等多方協(xié)同完成，具體運作流程如圖1所示。

如圖1所示，（1）物流系統(tǒng)中各方職責(zé)包括：各家煉廠制定生產(chǎn)計劃，并根據(jù)生產(chǎn)計劃提報資源需求（原油種類、數(shù)量、到貨港、到貨期等）；（2）總部匯總和協(xié)調(diào)資源信息，并向貿(mào)易公司下達采購任務(wù)；（3）貿(mào)易公司執(zhí)行采購和編制油輪拼裝-配送計劃，將進口原油運回國內(nèi)卸港；（4）管道公司編制管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸計劃，將進口原油和自產(chǎn)原油調(diào)和后配輸至各家煉廠。

圖1 原油物流運作流程示意圖

中國石化原油物流包括遠洋運輸與管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸兩大重要環(huán)節(jié)。進口原油采購-遠洋運輸過程以油輪為紐帶，形成了裝港拼裝、遠洋運輸和卸港配送三層運輸過程。具體是指：眾多大型油輪（常選用VLCC，船型容量為26萬t）依次經(jīng)過不同的裝港拼裝零散油品，而后經(jīng)長途運輸?shù)诌_我國海域，再依次經(jīng)過各卸港按需求分卸相關(guān)批次油品，如圖2所示。

原油經(jīng)油輪運抵卸港后即進入管輸環(huán)節(jié)。為優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資，相鄰地域煉廠常共用碼頭油庫接卸原油，并經(jīng)管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸進廠。因此，便形成一個多種原油分支順序管輸?shù)膹?fù)雜生產(chǎn)任務(wù)。以東黃-東臨管網(wǎng)為例，其原油流向如圖3所示。

圖2 進口原油遠洋運輸流程示意圖

圖3 東黃-東臨管網(wǎng)原油流向圖

東黃-東臨管網(wǎng)的原油流向包括3個主要環(huán)節(jié)：（1）在月度時間內(nèi)，大型油輪不斷將進口高硫油和進口低硫油卸載至黃島油庫，摻混調(diào)和后經(jīng)東黃復(fù)線分別輸送至齊魯石化和東營站；（2）東營站將黃島站轉(zhuǎn)輸來的部分進口低硫油與勝利油摻混，而后與純進口低硫油順序輸送至臨邑站；（3）臨邑站再將東營站轉(zhuǎn)輸來的各種原油分別經(jīng)臨濟線、魯寧線和臨濮線輸送至濟南煉化、沿江煉化和洛陽石化。在東黃-東臨管網(wǎng)中，東營、臨邑是兩個重要的中轉(zhuǎn)站場，在接收上游來油的同時，又要向下游發(fā)送油品。執(zhí)行輸油任務(wù)時，要求嚴(yán)格保證兩個站場的油罐儲量實時處于規(guī)定范圍內(nèi)。

進口原油種類繁多，批次零散，裝/卸港及煉廠所處地域分布廣泛。為降低原油運輸費用，中國石化采用集團化聯(lián)盟運作模式運輸原油，通過租用大型油輪將零散批次的油品拼裝、配送至國內(nèi)卸港，節(jié)約遠洋運輸費用；通過大管徑管道順序輸送各零散批次調(diào)和油品至沿途各家煉廠，降低管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸能耗。集團化聯(lián)盟運作模式具有較高的經(jīng)濟性，但也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。

2 原油物流優(yōu)化運作所面臨的挑戰(zhàn)

遠洋運輸方案和管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸方案優(yōu)化是實現(xiàn)原油物流降本增效的關(guān)鍵，其面臨的挑戰(zhàn)主要包括問題屬性、設(shè)施瓶頸和數(shù)據(jù)處理三個方面。

2.1 問題屬性方面的挑戰(zhàn)

原油遠洋運輸方案優(yōu)化是受復(fù)雜規(guī)則約束的，包含裝/卸港航線、裝/卸時間、船型選擇、油種替換、批次拆分、數(shù)量增減等多維度變量組合優(yōu)化的，具有動態(tài)-模糊特性的大規(guī)模NP難問題[6]。原油管網(wǎng)運輸方案優(yōu)化是一種受眾多條件約束的、涉及既節(jié)能又平穩(wěn)的矛盾性多目標(biāo)優(yōu)化問題。對于大規(guī)模NP難問題和矛盾性目標(biāo)優(yōu)化問題，當(dāng)前尚無高效的標(biāo)準(zhǔn)求解算法。

2.2 設(shè)施瓶頸方面的挑戰(zhàn)

近年來，地?zé)捲筒少徏庸?quán)逐漸放開，卸港泊位資源占用率日益增長，油輪集中到港現(xiàn)象進一步加劇。另外，隨著煉化企業(yè)加工能力大幅增長，原油分儲分輸要求進一步細化，很多配套儲運設(shè)施已無法滿足輸送要求。中國石化多條原油管線滿/超負荷運行，部分油庫儲罐大修進度明顯滯后，多個站場中轉(zhuǎn)罐容長期被占，儲運硬件設(shè)施的瓶頸現(xiàn)象日益凸顯。

2.3 數(shù)據(jù)處理方面的挑戰(zhàn)

原油物流業(yè)務(wù)涉及總部、煉廠、貿(mào)易公司、儲運公司等眾多部門，各部門都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)間有復(fù)雜的邏輯關(guān)系。例如：編制遠洋運輸計劃涉及的數(shù)據(jù)包括油品種類、油品性質(zhì)、批次數(shù)量、船型船期、拼裝方案、裝/卸航線、到貨期限、港口水深、油庫容量、環(huán)保法規(guī)、港口天氣、報關(guān)程序等；編制管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸計劃時涉及的數(shù)據(jù)包括油泵性能、管徑大小、承壓能力、地形起伏、中轉(zhuǎn)罐容、到油節(jié)點、調(diào)和方案、油品粘度、油品批次、混油界面、切換時間等。如何有效關(guān)聯(lián)全局?jǐn)?shù)據(jù)，保證各部門間的數(shù)據(jù)互通、互懂、互用值得深入研究。

3 原油物流優(yōu)化運作技術(shù)研發(fā)建議

中國石化煉化原油以進口為主，原油物流涉及采購、遠洋運輸、管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸、油庫儲備等眾多環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密關(guān)聯(lián)，需要從全局掌控協(xié)調(diào)和優(yōu)化管理，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。針對中國石化原油物流優(yōu)化問題的特殊屬性，建議加強煉廠需求協(xié)同優(yōu)化、原油遠洋運輸優(yōu)化、原油管網(wǎng)智能排產(chǎn)和全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通掌控等成套優(yōu)化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，以提高原油物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率。

3.1 煉廠需求協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

煉廠生產(chǎn)計劃優(yōu)化應(yīng)綜合權(quán)衡生產(chǎn)效益與運輸成本。當(dāng)前煉廠的生產(chǎn)計劃優(yōu)化以銷售收益與采購加工成本之差為目標(biāo)函數(shù)，通過線性規(guī)劃+遞歸的方法優(yōu)化原油采購需求。由于目標(biāo)函數(shù)中并未考慮運輸成本，因而形成很多零散的需求批次，增加了油輪運輸計劃編制的難度。當(dāng)前階段，遠航程拼裝、遠航程配送、油輪多次靠港、集中到港等不利現(xiàn)象頻頻發(fā)生，導(dǎo)致靠港費用、虧艙費用及滯期費用急劇增長，生產(chǎn)計劃優(yōu)化所獲得的效益往往被遠洋運費損耗“吃盡”。此外，油輪多港配送和集中到港等因素也增大了管輸峰值壓力和中轉(zhuǎn)站場罐容壓力，直接影響原油管網(wǎng)運行的平穩(wěn)性和經(jīng)濟性。

為提高企業(yè)煉化生產(chǎn)的整體效益，建議開發(fā)新的生產(chǎn)計劃優(yōu)化模型，將運輸成本納入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中，并開發(fā)相應(yīng)的求解算法，合理排布生產(chǎn)計劃和運輸計劃，減少小批量需求的提報頻次，以降低油輪運輸方案和管網(wǎng)排產(chǎn)方案優(yōu)化的難度，降低原油物流成本。同時建議加強各煉廠間的資源信息溝通，相鄰地域（可共用原油卸港以及轉(zhuǎn)輸管網(wǎng)）的煉廠可通過協(xié)同提報需求的方法，預(yù)先將零散的小批量需求拼裝成整船，進一步降低原油拼裝運輸計劃的編制難度，如圖4所示。

圖4 相鄰地域煉廠協(xié)同提報需求計劃

3.2 原油遠洋運輸優(yōu)化技術(shù)

關(guān)于原油遠洋運輸方面的研究逐漸增多[1-6]，相關(guān)研究結(jié)論也逐漸貼近實際應(yīng)用。在某局部時域內(nèi)，原油遠洋運輸方案優(yōu)化是靜態(tài)的、優(yōu)化目標(biāo)明確的小規(guī)模NP難問題；從全時域來講，原油遠洋運輸方案優(yōu)化是動態(tài)的、優(yōu)化目標(biāo)模糊的大規(guī)模NP難問題。

對于某時域內(nèi)的靜態(tài)局部優(yōu)化問題，建議研發(fā)更為高效的智能算法來直接求解。而對于全時域動態(tài)-模糊優(yōu)化問題，建議研發(fā)全局可視化優(yōu)化方法，以人機混合智能的模式，啟發(fā)各區(qū)域的業(yè)務(wù)人員根據(jù)市場資源和煉廠需求的動態(tài)變化進行協(xié)同響應(yīng)和編制運輸計劃，同時也可輔助拼接由智能算法所求得的各時間節(jié)點的局部優(yōu)化方案，形成全局優(yōu)化方案。

貿(mào)易公司應(yīng)加強對遠洋運輸模糊因素的掌控，拓展優(yōu)化范圍，例如：需求油品的數(shù)量可在±5%的區(qū)間內(nèi)浮動（極少部分的小批量需求甚至可經(jīng)煉廠協(xié)商而完全“砍掉”），部分需求油品的種類也可在煉廠指定的小范圍內(nèi)調(diào)整等，從而充分發(fā)掘不合理的運輸需求并進行優(yōu)化調(diào)整，同時應(yīng)對帶有固定裝期的市場資源進行合理的選擇采購，以提高原油遠洋運輸方案的經(jīng)濟性和可執(zhí)行性。

3.3 原油管網(wǎng)智能排產(chǎn)技術(shù)

當(dāng)前原油管道運行優(yōu)化研究大都是針對管網(wǎng)輸送單一油種的情況[7-10]，部分關(guān)于原油管道順序輸送的研究則主要解決的是混油切割、泄漏檢測或水-熱力安全問題[11-14]，不能有效解決矛盾性多目標(biāo)優(yōu)化問題。

原油管網(wǎng)運輸方案優(yōu)化時提倡選擇次優(yōu)的支管流量組合，以損失部分能耗為代價來減少批次切換次數(shù)，以保障平穩(wěn)運行，降低管輸峰值流量壓力和緩解各級罐區(qū)的峰值存儲壓力。原油管網(wǎng)運輸方案優(yōu)化需要跳出數(shù)學(xué)建模算法求解的傳統(tǒng)思路，重點解決管道快速水力建模優(yōu)化和管網(wǎng)批次順序排布優(yōu)化這兩個關(guān)鍵問題。

在管道快速水力建模優(yōu)化方面，當(dāng)前一般通過拖拽泵控件、管道控件等組合構(gòu)建管道水力模型，但設(shè)置多級泵站、多節(jié)管道、多種油品的相關(guān)參數(shù)往往需要耗費大量的時間，難以實現(xiàn)對經(jīng)濟流量區(qū)間的快速搜索。建議開發(fā)控件-數(shù)據(jù)庫綁定式建模方法，預(yù)先將泵性能參數(shù)、管道參數(shù)等存在數(shù)據(jù)庫中，在拖拽模型完成后，通過點擊控件批量導(dǎo)入相應(yīng)參數(shù)，完成模型參數(shù)設(shè)置。如圖5所示。

圖5 控件-數(shù)據(jù)庫綁定式水力建模示意圖

在管網(wǎng)批次順序排布優(yōu)化方面，建議開發(fā)可視化的管網(wǎng)智能排產(chǎn)方法，通過人機混合智能的方式靈活調(diào)整目標(biāo)函數(shù)，實現(xiàn)對節(jié)能-平穩(wěn)矛盾性目標(biāo)的折中優(yōu)化。

3.4 全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通掌控技術(shù)

原油遠洋運輸月度計劃一般包含100多個批次油品的油輪、油種、拼裝方案、卸載港口、到貨日期等數(shù)據(jù)，管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸涉及任務(wù)油種-數(shù)量、管網(wǎng)各支管管輸能力、碼頭及管網(wǎng)沿途各站的緩沖罐容等數(shù)據(jù)。各類數(shù)據(jù)規(guī)模較大，且相互之間具有復(fù)雜的邏輯關(guān)聯(lián)。普通的數(shù)據(jù)互通并不能輔助原油物流優(yōu)化。要實現(xiàn)對原油物流的全局掌控，需要抽象化的數(shù)據(jù)表達形式，通過各類數(shù)據(jù)的趨勢預(yù)測及明示數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系，啟發(fā)各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)人員全局協(xié)同優(yōu)化原油物流方案。

全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通掌控方法較多，其中文獻[6]中提出的原油采購-遠洋運輸方案模糊聚類圖優(yōu)化法較為適用。不足的是，聚類圖中缺少原油遠洋運輸與管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸業(yè)務(wù)之間的聯(lián)系。如前文所述，遠洋運輸與管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸業(yè)務(wù)協(xié)同優(yōu)化的關(guān)鍵在于油源儲備均衡度的控制。油輪抵達中國后需根據(jù)碼頭罐容、煉廠需求等情況動態(tài)優(yōu)化卸港方案，此時，只需在聚類圖中加一條碼頭罐容曲線即可實現(xiàn)遠洋運輸與管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸業(yè)務(wù)的對接，如圖6所示。

圖6中各圖形、線條等信息意義如下：

（1）橫坐標(biāo)標(biāo)識時間，縱坐標(biāo)標(biāo)識卸港。

（2）圓形標(biāo)識煉廠需求，與圓形聯(lián)結(jié)的粗直線（簡稱圓形粗直線）的起點為指定的到貨期，長度為該批次油品卸船所需要的時間跨度，線下方對應(yīng)的文字標(biāo)識需求的油種、數(shù)量信息。圓形粗直線重疊嚴(yán)重表示煉廠提報需求不合理，可能導(dǎo)致油輪集中到港。

（3）與方形聯(lián)結(jié)的粗直線（簡稱方形粗直線）標(biāo)識已采購并編制完運輸計劃的資源，方形粗直線的起點為油輪計劃抵港日期，長度為卸載相應(yīng)批次油品所需要的時間跨度，線上方的文字標(biāo)識資源的種類、數(shù)量信息。各方形粗直線之間的虛聯(lián)結(jié)曲線標(biāo)識相應(yīng)批次資源用同一油輪拼裝。方形粗直線重疊嚴(yán)重則表明油輪積港，會增加油輪滯期風(fēng)險和管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸壓力。

（4）細實曲線表示卸港空閑罐容總量。細實曲線縱坐標(biāo)與空閑罐容成正比。當(dāng)細實曲線標(biāo)識的空閑罐容不足時，油輪抵港后會因罐容不足而等待卸載，產(chǎn)生巨額滯期費用。

圖6中標(biāo)識需求的數(shù)據(jù)由煉廠提供，標(biāo)識船期的數(shù)據(jù)由貿(mào)易公司提供，標(biāo)識卸港空閑罐容的數(shù)據(jù)由管道公司提供，協(xié)調(diào)審批由集團公司總部決策，形成了連接各家單位的全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通方法。除具有輔助分析決策功能外，全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通掌控技術(shù)還可實現(xiàn)對油輪滯期數(shù)據(jù)的匯總和對數(shù)據(jù)規(guī)律的挖掘，輔助排查轉(zhuǎn)儲瓶頸，積極增加碼頭及管網(wǎng)沿途各站罐區(qū)設(shè)施或改造轉(zhuǎn)儲工藝，以提高轉(zhuǎn)儲平穩(wěn)性和降低物流成本。

圖6 全局?jǐn)?shù)據(jù)銜接控制方法

4 結(jié)束語

（1）中國石化原油物流系統(tǒng)承擔(dān)著多油種、多批次、多分卸的復(fù)雜原油運輸任務(wù)，涉及采購、遠洋運輸、管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸、油庫儲備等眾多環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密關(guān)聯(lián)，需要以集團化的運作模式從全局掌控協(xié)調(diào)和優(yōu)化管理。

（2）針對中國石化原油物流優(yōu)化問題的特殊屬性，建議加強煉廠需求協(xié)同優(yōu)化、原油遠洋運輸優(yōu)化、原油管網(wǎng)智能排產(chǎn)和全局?jǐn)?shù)據(jù)溝通掌控等成套優(yōu)化技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，以提高原油物流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率。

[參考文獻]

[1]王勇,肖文濤,李雪,等.我國原油遠洋運輸?shù)倪\作模式及面臨挑戰(zhàn)[J].油氣儲運,2016,35(7):788-792．

[2]Wafa B E,AI-Othman Haitham,M S Lababidi,Inlad M Alatiqi,et a1.Supply chain optimization of petroleum organization under uncertainty in marketdemands and prices[J].European Journal of Operational Research,2008,189:822-840．

[3]陳超,李霏.我國原油進口海運網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型[J].油氣儲運,2011,30(2):97-100．

[4]潘洹洹.中石化原油進口物流運輸成本優(yōu)化模型研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué),2012．

[5]周曉玲,王震,肖文濤.原油遠洋拼船運輸方案優(yōu)化研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2016,40(2):174-180．

[6]肖文濤,徐寧,劉志玲,等.原油采購-遠洋運輸方案模糊聚類圖優(yōu)化法[J].中國石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2017,41(2):176-182．

[7]張維志,于清澄,張迪.等溫輸油管道運行方案優(yōu)化方法及其應(yīng)用[J].油氣儲運,2012,31(1):65-67．

[8]徐源,艾慕陽,趙旭,等.基于增量動態(tài)規(guī)劃法的熱油管道優(yōu)化運行研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,32(5):167-172．

[9]孫法峰.西部原油管道節(jié)能減排實踐[J].油氣儲運,2015,34(12):1 295-1 299．

[10]于濤,殷炳綱,林永剛,等.長呼原油管道優(yōu)化運行分析[J].油氣儲運,2014,33(6):665-668．

[11]左麗麗,曾春雷,姜勇,等.長呼原油管道月度節(jié)能優(yōu)化方案[J].油氣儲運,2015,34(5):515-518．

[12]王小龍,張勁軍,宇波,等.西部原油管道多品種原油安全高效輸送技術(shù)[J].油氣儲運,2014,33(12):1 263-1 271．

[13]王凱,張勁軍,宇波.原油管道差溫順序輸送水力一熱力耦合計算模型[J].油氣儲運,2013,32(2):143-151．

[14]肖文濤,張國忠,劉剛,等.膠凝原油管道恒流量啟動過程中的啟動波速[J].石油學(xué)報,2012,33(3):487-492.