周建輝(中海油東方石化責任有限公司，海南 東方 572600)

0 引言

文章基于普通煉油廠公用工程基本模型，對二氧化碳減排問題展開分析，從而有效減少運用成分，并能夠借助價格轉(zhuǎn)換機制，促使二氧化碳對生態(tài)環(huán)境的影響切實轉(zhuǎn)換形成環(huán)境成本，使得環(huán)境問題都能夠內(nèi)化成為系統(tǒng)運行費用，切實帶動煉油企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。

1 公用工程系統(tǒng)運行優(yōu)化模型的建立

1.1 模型搭建

燃油廠作為石油制品生產(chǎn)的主要方法，作為原油利用的主要環(huán)節(jié)，需要充分考量環(huán)境因素、經(jīng)濟因素、安全因素。煉油廠公用工程系統(tǒng)設(shè)計運行工作，整體費用支出將會沿著公用工程系統(tǒng)經(jīng)濟性和環(huán)境性目標之和的最小值作為整體的目標函數(shù)。通常而言，煉油廠公用工程系統(tǒng)經(jīng)濟性目標主要包含以下幾點因素，分別是系統(tǒng)本身的運行成本、轉(zhuǎn)運費用成本以及設(shè)備折舊費用等，而煉油廠公用工程系統(tǒng)環(huán)境性目標也將會轉(zhuǎn)化形成環(huán)境成本。

設(shè)備模型將會沿著鍋爐能量平衡模型展開，鍋爐效率和鍋爐蒸發(fā)量分別用ηn,boi、Mn,boi表示，二者之間的關(guān)系模型可以表現(xiàn)為在此過程中，鍋爐模型系數(shù)分別用字母a、b、d指代[1]。對于二氧化碳排放情況，則可以按照以下模型進行，用i指代燃料，應(yīng)用MFC,i指代燃料中C的質(zhì)量分數(shù)大量，在此過程中通過CONCO2表示二氧化碳的實際轉(zhuǎn)化率大小。

公用工程系統(tǒng)的蒸汽需求模型則可以按照以下模型進行，在蒸汽需求模型中分別用Dr,t、Fn,red,in,t、Fn,red,out,t指代蒸汽需求量、不同周期時間流入或者流出減溫減壓器時的蒸汽量大小。

1.2 粒子群算法

粒子群算法是一種應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)類別，主要借助粒子力量，從而實現(xiàn)全局最優(yōu)解的更新和優(yōu)化工作，粒子群優(yōu)化算法在實際應(yīng)用過程中很容易出現(xiàn)全局收斂性能較差的情況。想要切實解決問題，可以將粒子群算法進行優(yōu)化改進，促使粒子速度進行優(yōu)化，切實帶動粒子群算法收斂速度能力能夠不斷提升。

通過改進和優(yōu)化粒子群算法，主要按照以下步驟進行：第一，采用隨機初始化的方式，對所有粒子進行初始化作用，并能夠初始化不同搜索點的原有位置和本身運作速度；第二，基于適應(yīng)度函數(shù)，將不同粒子自身的適應(yīng)度值進行計算，從而得出粒子自身的個體最優(yōu)解，并能夠按照不同粒子本身的個體極值個體最優(yōu)解，展開全面分析，進而尋求出全局極值的全局最優(yōu)解；第三，在個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解計算完成后，需要及時更新粒子速度、位置、適應(yīng)度值，需要注意的是，對于不同的粒子，如果粒子本身的適應(yīng)度值相比粒子個體極值個體最優(yōu)解更好，則需要優(yōu)先將現(xiàn)階段適應(yīng)度值進行合理設(shè)置，促使其與個體極值個體最優(yōu)解相符；第四，完成計算工作后，分析發(fā)現(xiàn)，如果計算、更新后的粒子適應(yīng)度值與整個粒子群的全局最優(yōu)解相比，均優(yōu)于原有全局最優(yōu)解，則需要及時將全局最優(yōu)解進行更新設(shè)計工作；第五，在完成上述環(huán)節(jié)后，如果出現(xiàn)并未達成精度要求、最大迭代次數(shù)的情況，則需要重復(fù)進行粒子速度計算，直到整個處理能夠達成最大迭代次數(shù)、精度要求[2]。

2 實例應(yīng)用

2.1 工程概況

以某煉油廠公用工程系統(tǒng)為例展開分析，在該煉油廠公用工程系統(tǒng)中，主要包含三種不同等級的蒸汽系統(tǒng)，分別是高壓、中壓、低壓，在煉油廠鍋爐的實際運行過程中，不同鍋爐的運行情況存在一定差異，鍋爐B1-B2安全運行負荷范圍在60～130 t/h范圍內(nèi)，鍋爐B3-B4安全運行負荷范圍在30～65 t/h范圍內(nèi)，兩種鍋爐安裝運行的轉(zhuǎn)運費用也會存在差別，鍋爐B1-B2的轉(zhuǎn)運費用、折舊費用較高。在該煉油廠公用工程系統(tǒng)中，可以用作鍋爐使用的燃料一共有三種，本身的性能參數(shù)存在一定不同，燃料1、燃料2、燃料3的C質(zhì)量分數(shù)是50. 1、57、70，熱值分別是22 410、25 160、27 375。應(yīng)用的減溫減壓器V1-V2本身容量規(guī)格則為60 t/h。

在燃油廠公用工程系統(tǒng)運行過程中，將會以公共工程系統(tǒng)本身經(jīng)濟性和環(huán)境性最小值作為整個系統(tǒng)設(shè)計工作的目標函數(shù)，從而對鍋爐產(chǎn)汽量、汽輪進汽量、高壓蒸汽本身購買量等變量進行全面優(yōu)化，實現(xiàn)不同周期范圍內(nèi)設(shè)備配置的二元變量工作[3]。

2.2 算法優(yōu)化

基于經(jīng)過改進優(yōu)化的粒子群算法，對公用工程系統(tǒng)粒子進行優(yōu)化、計算、求解，在計算階段，將粒子數(shù)設(shè)置為50，而迭代次數(shù)設(shè)置為7 500，通過一系列計算發(fā)下，采用燃料2的運行成本最低。

在整個算法優(yōu)化計算后發(fā)現(xiàn)，在煉油廠公用工程系統(tǒng)運行優(yōu)化過程中，既有的汽輪機BT1、BT4在大部分運行時間范圍內(nèi)，都處于接近滿負荷狀態(tài)運行，甚至出現(xiàn)滿負荷運行的情況。而鍋爐 B1、B2，汽輪機 BT1、BT2、BT3，三種設(shè)備設(shè)施的型號都處于一致狀態(tài)，自身的運作效率存在明顯差別，但是本身的負荷卻并未保持平均分配狀態(tài)。在不同的運行周期，也將會呈現(xiàn)截然不同的效果。在煉油廠公用工程系統(tǒng)運行的第一周期，當汽輪機滿足基本發(fā)電需求后，向外輸出3 995 kW·h的電力；在煉油廠公用工程系統(tǒng)運行的第六周期，當汽輪機滿足基本發(fā)電需求后，向外輸出4 271 kW·h的電力；在煉油廠公用工程系統(tǒng)運行的第三周期，燃油廠將會出現(xiàn)MP蒸汽，這些MP蒸汽是由HP蒸汽在減溫減壓作用下形成。應(yīng)用三種不同燃煤時，將二氧化碳排放情況考慮在內(nèi)的專用模型和普通模型，即并未考量二氧化碳排放情況的模型進行對比分析(如表1所示)。

表1 公用工程系統(tǒng)模型費用分析

通過上表可以發(fā)現(xiàn)，是否考量二氧化碳因素，將會直接影響到燃油廠公用工程系統(tǒng)的實際運行情況。在不考慮二氧化碳因素的情況下，應(yīng)用燃料3的總運行費用最低，費用數(shù)值為20 300萬元，而采用燃料1的總運行費用最高，費用數(shù)值為20 426萬元。在考慮二氧化碳因素的情況下，采用燃料2的總運行費用最低，費用數(shù)值為20 600萬元，而采用燃料1的總運行費用最高，費用數(shù)值為20 788萬元?；谏鲜鰧Ρ妊芯堪l(fā)現(xiàn)，在煉油廠公用工程系統(tǒng)運行過程中，應(yīng)用不同的燃料，將會直接影響到工程系統(tǒng)的運行費用。

此外，在公用工程系統(tǒng)運行作用中，無論是否考慮二氧化碳因素，本身采用的運行方案都會存在明顯差別。在燃油廠公用工程系統(tǒng)處于第六周期的運行工作中，如果不考慮二氧化碳因素，直接進行模型應(yīng)用，一般只需要三臺鍋爐和四臺汽輪機，模型運行需要滿足基本的對外輸出電力需求，即2 814 kW·h的最低對外輸出電力需求；如果考量二氧化碳因素，直接應(yīng)用二氧化碳排放模型，整個運行工作需要應(yīng)用到兩臺鍋爐、五臺汽輪機，模型運行的對外電力輸出達到4 271 kW·h，還需要工作人員外購HP 蒸汽。

基于以上分析發(fā)現(xiàn)，在燃油廠公用工程系統(tǒng)模型運行和優(yōu)化過程中，是否考量二氧化碳因素，將會直接影響到模型運行效果，將二氧化碳因素考慮在內(nèi)，也對煉油廠的技術(shù)應(yīng)用和管理效能提出了更高的技術(shù)要求，對今后煉油廠公用工程系統(tǒng)優(yōu)化作業(yè)也提出了重要的參考依據(jù)。基于碳減排的系統(tǒng)運行模型能夠廣泛應(yīng)用于各種改造項目工程中，幫助工作人員進行方案設(shè)計工作，從而基于最低成本，完成模型搭建工作。需要注意的是，將二氧化碳因素考慮在內(nèi)，能夠促使煉油廠公用工程系統(tǒng)環(huán)境性目標開始朝向成本性目標轉(zhuǎn)化，在一定程度上煉油廠的系統(tǒng)運行成本有所增加，但是卻能夠更好地拉動環(huán)境因素和經(jīng)濟效益之間的關(guān)系，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

3 煉油廠公用工程系統(tǒng)安全防護

伴隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人們對于日常生活的品質(zhì)要求不斷提高，石油產(chǎn)品的實際需求也在相應(yīng)增加，煉油廠作為石油加工的主要場所，在日常生產(chǎn)加工過程中極易出現(xiàn)諸多風(fēng)險性因素，任何一個環(huán)節(jié)操作不當、系統(tǒng)設(shè)置錯誤，或者是生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問題，都將會造成安全事故的發(fā)生，損害企業(yè)的經(jīng)濟效益和人員生命安全。這就需要煉油企業(yè)在加強碳排放、優(yōu)化公用工程系統(tǒng)的同時，能夠加強安全防護工作。首先，應(yīng)當對工藝生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，在煉油廠實際生產(chǎn)過程中，任何一個環(huán)節(jié)操作不當，將會直接滋生安全隱患，煉油廠的日常工作中需要對職工職責、日常工作、工藝流程進行詳細規(guī)定和具體分析，促使企業(yè)職工能夠嚴格按照操作規(guī)范進行，切實保證公用工程系統(tǒng)運行效果，降低風(fēng)險發(fā)生。其次，應(yīng)當加大回收治理力度，避免油氣泄漏情況。在煉油生產(chǎn)過程中，將會出現(xiàn)大量的油氣揮發(fā)情況，為了保證回收環(huán)境安全，主要運用油氣回收系統(tǒng)完成回收作業(yè)。工作人員需要在油氣裝車區(qū)預(yù)先安裝設(shè)置好相應(yīng)的油氣回收系統(tǒng)，從而將裝卸車中殘余的油氣進行全面回收，并構(gòu)建 VOCs 處理裝置，從而將油品儲罐中殘余的油氣進行充分回收，盡可能減少大氣污染，如果出現(xiàn)裝置泄漏情況，需要工作人員妥善處置。

4 結(jié)語

綜上所述，對基于考慮碳減排的煉油廠公用工程系統(tǒng)運行優(yōu)化展開分析具有十分重要的意義?；趦?yōu)化改進的粒子群算法，能夠?qū)υO(shè)備運行情況、外購蒸汽等信息進行優(yōu)化，促使系統(tǒng)運行更加可靠，實現(xiàn)煉油企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。