張萌，汪洪濤，徐澤進(jìn)

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 102206）

0 引言

近年來，國(guó)際原油市場(chǎng)油價(jià)波動(dòng)頻繁，尤其是2020年初受新冠疫情影響下，全球油價(jià)暴跌，迪拜現(xiàn)貨價(jià)格在2020年4月份暴跌至最低點(diǎn)20.4美元/桶，隨后逐步回暖，在2021年3月份達(dá)到64.2美元/桶，2019年3月—2021年4月迪拜現(xiàn)貨價(jià)格變化圖如圖1所示。油價(jià)的大幅波動(dòng)對(duì)原油采購(gòu)的優(yōu)化工作既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，如何以市場(chǎng)為導(dǎo)向，根據(jù)煉廠加工流程特點(diǎn)和裝置設(shè)防值限制要求，綜合比選得到最適宜加工的進(jìn)口原油成為各加工進(jìn)口油煉廠研究的重點(diǎn)。

某石油公司有多家煉廠加工海上進(jìn)口原油，這些煉廠均可加工多種進(jìn)口原油。因此該石油公司總部層面亟需通過先進(jìn)優(yōu)化工具對(duì)進(jìn)口原油優(yōu)化采購(gòu)，統(tǒng)籌安排集團(tuán)層面效益最大化的進(jìn)口原油采購(gòu)策略。目前該石油公司通過APS系統(tǒng)對(duì)各煉廠進(jìn)行進(jìn)口原油加工毛利測(cè)算，根據(jù)測(cè)算毛利得到采購(gòu)建議方案，支持采購(gòu)決策。

1 APS系統(tǒng)介紹

APS系統(tǒng)針對(duì)計(jì)劃管理、生產(chǎn)優(yōu)化、原油選購(gòu)、效益測(cè)算等方面的需求，建立了涵蓋某石油公司總部地區(qū)公司生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了“計(jì)劃優(yōu)化—計(jì)劃排產(chǎn)—效益測(cè)算—計(jì)劃分析”不同業(yè)務(wù)之間的協(xié)同。

APS系統(tǒng)底層采用Honeywell公司的煉油廠和石化建模系統(tǒng)（RPMS），是用線性規(guī)劃、分布遞歸的數(shù)學(xué)模型，在滿足眾多約束條件的情況下，經(jīng)過萬次迭代計(jì)算尋得最優(yōu)解的軟件[1]。該算法求解的目標(biāo)函數(shù)是煉廠效益，是以煉廠效益最大化函數(shù)為目標(biāo)，求得在該模型各約束條件下最優(yōu)生產(chǎn)方案。該軟件涵蓋煉廠采購(gòu)、裝置能力、庫存情況、各裝置側(cè)線收率、進(jìn)料限制、物性傳遞、產(chǎn)品銷售等生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)量、價(jià)格等參數(shù)信息，還有裝置能力、原料產(chǎn)品數(shù)量等最大最小的約束條件。在應(yīng)用APS系統(tǒng)優(yōu)化煉廠生產(chǎn)中，根據(jù)優(yōu)化需求的不同，固定部分約束條件后，系統(tǒng)根據(jù)線性規(guī)劃優(yōu)化算法求得相應(yīng)優(yōu)化方案。如某煉化企業(yè)在采購(gòu)原油總量固定的情況下需要優(yōu)化其采購(gòu)原油分配情況，一般根據(jù)市場(chǎng)情況將產(chǎn)品產(chǎn)量部分約束，將可加工原油在一定幅度內(nèi)放開，固定好原油總量后即可運(yùn)算模型，得到效益最大化的最優(yōu)的原油采購(gòu)方案，并根據(jù)優(yōu)化出的最優(yōu)生產(chǎn)方案及系統(tǒng)中的煉廠成本數(shù)據(jù)計(jì)算該方案對(duì)應(yīng)的效益情況，以此指導(dǎo)該煉化企業(yè)原油的分品種采購(gòu)。

APS系統(tǒng)應(yīng)用包括煉化企業(yè)月度計(jì)劃排產(chǎn)、效益測(cè)算、各類計(jì)劃專題優(yōu)化分析等，進(jìn)口原油選購(gòu)就是其重要應(yīng)用之一。

2 原油選購(gòu)技術(shù)研究

關(guān)于優(yōu)化模型進(jìn)行原油選購(gòu)優(yōu)化測(cè)算方法，汪洪濤等[2]提出：“保本價(jià)法、縮減成本法、單油種測(cè)算法，保本價(jià)法是計(jì)算原油的保本價(jià)也就是企業(yè)的盈虧平衡點(diǎn)時(shí)原油的價(jià)格，通過比較原油的保本價(jià)及原油市場(chǎng)價(jià)格，確定合適的原油采購(gòu)品種，保本價(jià)方法應(yīng)用于原油結(jié)構(gòu)固定，增加原油加工量需要追加原油時(shí)的情況。縮減成本法是指優(yōu)化模型可以根據(jù)原油種類、數(shù)量、價(jià)格信息自動(dòng)優(yōu)化出最優(yōu)的原油組合，縮減成本法的原油選擇結(jié)構(gòu)不一定是最優(yōu)方案但是可操作方案。單油種測(cè)算法顧名思義為在基準(zhǔn)原油確定的前提下，對(duì)加工每種原油的加工效益進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，把不同原油按照效益的高低進(jìn)行排序，確定最優(yōu)的原油選購(gòu)次序?！蹦壳皟?yōu)化模型進(jìn)行原油選購(gòu)的方法還有等量替代法，煉化企業(yè)先將長(zhǎng)約合同或國(guó)內(nèi)原油固定，運(yùn)算模型得到一版基礎(chǔ)方案，然后在基礎(chǔ)方案上增加待采油種并測(cè)算，得到一版替代方案。將替代方案與基礎(chǔ)方案做差，這部分效益差就是待采原油帶來的效益值。

在原油現(xiàn)貨交易期中，交易員有時(shí)會(huì)反饋原油市場(chǎng)上出現(xiàn)了一批低價(jià)的現(xiàn)貨原油，一般這種原油市場(chǎng)貨量比較小，并且在煉廠沒有大規(guī)模連續(xù)加工過，這些臨時(shí)出現(xiàn)的低報(bào)價(jià)小貨量原油被稱為“機(jī)會(huì)油種”。這些機(jī)會(huì)油種在市場(chǎng)窗口出現(xiàn)的時(shí)間不定，但是由于價(jià)格優(yōu)勢(shì)，一旦出現(xiàn)往往一天內(nèi)甚至幾個(gè)小時(shí)就會(huì)被預(yù)定，而上述測(cè)算方法從邊界條件確定、參數(shù)錄入、結(jié)果分析、報(bào)告撰寫的時(shí)間在一周左右，響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)無法滿足煉化企業(yè)對(duì)機(jī)會(huì)油種業(yè)務(wù)決策的需求。于是APS項(xiàng)目組研究各測(cè)算方法，結(jié)合煉化企業(yè)對(duì)機(jī)會(huì)油種“注重速度、保證精度”業(yè)務(wù)特點(diǎn)需求，建立了加工單油種庫模型，該單油種庫涉及7家煉化企業(yè)，90個(gè)原油品種，分為煉廠常加工油種、備選加工油種、可選機(jī)會(huì)加工油種。單油種庫模型包括各煉廠加工原油的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表、價(jià)格體系表、成本費(fèi)用表、毛利排序展示表，其中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表是在煉化企業(yè)APS專業(yè)版模型中輸入待測(cè)原油和裝置負(fù)荷、側(cè)線收率、產(chǎn)品指標(biāo)、物料調(diào)和等相應(yīng)約束參數(shù)后，運(yùn)算得到各油種的單油種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并將其固定到單油種庫模型中，需要注意單油種結(jié)構(gòu)在每月煉廠生產(chǎn)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，也應(yīng)相應(yīng)地更新到單油種庫模型中。價(jià)格體系表與煉化企業(yè)周度效益測(cè)算價(jià)格文件口徑相匹配，確保原油現(xiàn)貨市場(chǎng)上有機(jī)會(huì)油種出現(xiàn)時(shí)可以迅速更新相應(yīng)價(jià)格體系進(jìn)行測(cè)算。成本費(fèi)用表是APS專業(yè)版模型中原油在各裝置不同加工負(fù)荷下結(jié)轉(zhuǎn)出的不同變動(dòng)費(fèi)用。單油種庫模型建立后，當(dāng)原油現(xiàn)貨市場(chǎng)上有機(jī)會(huì)油種出現(xiàn)時(shí)，煉化企業(yè)就可以僅更新價(jià)格體系得到機(jī)會(huì)油種和主流進(jìn)口原油在該報(bào)價(jià)下的加工毛利排序。

實(shí)際選油業(yè)務(wù)中不同的采購(gòu)業(yè)務(wù)需求，對(duì)應(yīng)不同的采購(gòu)測(cè)算方法，往往需要結(jié)合各種方法的長(zhǎng)處，靈活地把各種優(yōu)化方法串聯(lián)起來，為原油選購(gòu)決策提供有力、迅速的理論支撐。

3 應(yīng)用研究及示例分析

3.1 煉化企業(yè)應(yīng)用APS模型進(jìn)行進(jìn)口原油選購(gòu)研究分析

3.1.1 單油種庫模型優(yōu)化選油應(yīng)用

在西非原油交易窗口期，市場(chǎng)上突然出現(xiàn)一批低貼水c原油出現(xiàn)，該原油作為石蠟基原油，其蠟油組分是優(yōu)良的催化裂化加工原料，非常適合A企業(yè)加工，在原油貿(mào)易市場(chǎng)上很受歡迎，因此留給采購(gòu)員決策的時(shí)間并不長(zhǎng)。于是APS項(xiàng)目組決定采用單油種庫法，將該報(bào)價(jià)的機(jī)會(huì)油種與市場(chǎng)上其他現(xiàn)貨油種放入A企業(yè)單油種庫模型中測(cè)算比較，更新對(duì)應(yīng)產(chǎn)品最新價(jià)格體系，得到部分原油排序如表1所示。

表1 單油種庫法計(jì)算毛利排序結(jié)果表

從表中可以看出盡管這批c原油報(bào)價(jià)較低，但和當(dāng)期加工原油效益最好的a原油比，毛利效益仍差0.3美元/桶。故此機(jī)會(huì)油種采購(gòu)優(yōu)先度排在第三順位。

3.1.2 高、低硫原油優(yōu)化選購(gòu)研究分析

在國(guó)際原油貿(mào)易中，不同區(qū)域原油計(jì)價(jià)規(guī)則掛靠的基準(zhǔn)油不同。目前進(jìn)口原油采購(gòu)中，高硫原油基本都掛靠普氏（DUBAI+OMAN）/2，低硫原油大都掛靠DTD BRT。高低硫原油價(jià)值測(cè)算的研究具有很強(qiáng)的必要性，一是硫含量作為目前原油最重要的性質(zhì)之一，可以從原油品質(zhì)上分類分析原油價(jià)值情況。二是近年來高低硫價(jià)差變化較大，甚至出現(xiàn)倒掛，通過高低硫原油加工毛利測(cè)算，抓住計(jì)價(jià)基準(zhǔn)油價(jià)格變化與其毛利的變化趨勢(shì)，原油交易員可以轉(zhuǎn)換掛靠基準(zhǔn)油種，降低原油采購(gòu)成本。三是只有摸清高低硫原油加工毛利情況，交易員才可以此為依據(jù)在紙貨市場(chǎng)鎖定高低硫價(jià)差，確保煉廠在激蕩的原油市場(chǎng)下穩(wěn)健、高效地進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)[2]。

對(duì)A企業(yè)進(jìn)行高低硫原油價(jià)值測(cè)算，測(cè)算方法采用縮減成本法，設(shè)定DTD BRENT與普氏（DUBAI+OMAN）/2 價(jià)差 0美元/桶、2 美元/桶、4 美元/桶、-2美元/桶、-4美元/桶五種方案，分別對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)方案、方案一、方案二、方案三、方案四。限定總加工量79萬噸，每種原油加工上限27萬噸。放開進(jìn)口油 i、j、k、l、m、n其中 i、j、k原油是掛靠DTD BRENT 計(jì)價(jià)，l、m、n原油是掛靠（DUBAI+OMAN)/2 計(jì)價(jià)。

表2 A企業(yè)兩類計(jì)價(jià)原油不同價(jià)差下優(yōu)化方案表

由縮減成本法測(cè)算結(jié)果可知，DTD BRENT與普氏（DUBAI+OMAN）/2價(jià)差為0到4美元/桶時(shí)，（DUBAI+OMAN）/2計(jì)價(jià)原油從68.4%增加到71.4%，（DUBAI+OMAN）/2計(jì)價(jià)原油優(yōu)選占比較高，但隨著價(jià)差拉大，占比僅略微增加。在價(jià)差為0到-4美元/桶時(shí)，（DUBAI+OMAN）/2計(jì)價(jià)原油從68.4%降到18.5%，隨著價(jià)差倒掛幅度拉大，占比急劇減少。

2007年到2017年高低硫價(jià)差歷史數(shù)據(jù)顯示，高低硫價(jià)差在-1.620～7.505美元/桶之間波動(dòng)，從正態(tài)分布曲線來看，高低硫價(jià)差主要集中在2～3美元[3]。以測(cè)算結(jié)果來分析，目前在高低硫價(jià)差0～4美元區(qū)間，（DUBAI+OMAN）/2計(jì)價(jià)原油優(yōu)勢(shì)明顯，一旦高低硫價(jià)差出現(xiàn)倒掛，DTD BRENT計(jì)價(jià)原油占比迅速增加。因此在制定采購(gòu)方案時(shí)，采購(gòu)員應(yīng)結(jié)合市場(chǎng)最新高低硫價(jià)差變化趨勢(shì)，對(duì)原油采購(gòu)選擇和原油轉(zhuǎn)計(jì)價(jià)或套期保值等貿(mào)易運(yùn)作。

3.2 總部應(yīng)用APS模型進(jìn)行進(jìn)口原油選購(gòu)研究分析

在現(xiàn)貨原油采購(gòu)市場(chǎng)中，同一種油可在某石油公司多家煉化企業(yè)加工，從該石油公司總部角度考慮需要橫向比較原油在不同煉化企業(yè)加工效益情況，從整體效益最大化的角度制定現(xiàn)貨原油采購(gòu)策略。由于等量替代法測(cè)算工作量較大，把市場(chǎng)上百種原油全部根據(jù)最新工況測(cè)算一遍需要耗費(fèi)大量時(shí)間、精力，于是我們采用縮減成本法與等量替代法結(jié)合的方法進(jìn)行原油采購(gòu)。在目前貼水價(jià)格體系下通過縮減成本法先篩選出排序靠前的若干種原油。然后對(duì)這些原油分別進(jìn)行等量替代法定量測(cè)算加工毛利，測(cè)算得到的毛利結(jié)果在煉化企業(yè)間橫向比較，統(tǒng)籌提出選油建議。

對(duì)A、B企業(yè)分別進(jìn)行六輪縮減成本法測(cè)算見表3，每一輪優(yōu)選的原油，在下一輪都在買表中關(guān)閉該油的采購(gòu)，保證每一輪都優(yōu)選新的原油。A企業(yè)篩選出靠前原油分別是o、p、q、r、s、t，B企業(yè)篩選出靠前原油分別是p、r、o、u、q、v。對(duì)A、B企業(yè)篩選出來的六種原油分別用等量替代法定量測(cè)算企業(yè)毛利效益，得到結(jié)果見表3。

表3 A、B等量替代法定量測(cè)算毛利結(jié)果表 單位：元/噸

分別從A、B兩企業(yè)各家毛利測(cè)算結(jié)果來看，以優(yōu)先采購(gòu)毛利結(jié)果較高的原油為原則，A企業(yè)應(yīng)優(yōu)先采購(gòu)o、p、q三類原油，B企業(yè)應(yīng)優(yōu)先采購(gòu)p、r、o原油。從橫向?qū)Ρ葋砜?，A企業(yè)加工o、q原油毛利比B企業(yè)高很多，所以在制定總部采購(gòu)策略時(shí)，如果有o、q原油應(yīng)優(yōu)先配置給A企業(yè)，滿足A企業(yè)采購(gòu)需求后，再給B企業(yè)配置p、r原油，這樣才能達(dá)到整體采購(gòu)效益最大化。

4 結(jié)語

本文對(duì)煉化企業(yè)運(yùn)用APS模型進(jìn)行進(jìn)口原油選購(gòu)的方法進(jìn)行了研究分析，結(jié)合“機(jī)會(huì)油種”要求測(cè)算響應(yīng)速度極快的特點(diǎn)，在APS模型基礎(chǔ)上建立了單油種庫模型。對(duì)煉化企業(yè)在單油種庫優(yōu)選機(jī)會(huì)油種，高、低硫原油優(yōu)化選購(gòu)原油業(yè)務(wù)中的深化應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)剖析，還進(jìn)行了某石油公司總部以整體效益最大化統(tǒng)籌制定各家采購(gòu)策略的業(yè)務(wù)研究。通過縮減成本法和等量替代法結(jié)合的測(cè)算方法快速篩選得到不同煉化企業(yè)加工原油毛利情況，綜合分析不同原油在不同企業(yè)加工毛利，得到總部層面優(yōu)選采購(gòu)建議。

國(guó)際原油貿(mào)易市場(chǎng)瞬息萬變，對(duì)進(jìn)口原油優(yōu)化工作的需求也在不斷更新，我們應(yīng)緊密關(guān)注原油市場(chǎng)變化，深入了解原油采購(gòu)業(yè)務(wù)需求。從業(yè)務(wù)難點(diǎn)、痛點(diǎn)入手，積極創(chuàng)新優(yōu)化模型算法，研究改進(jìn)現(xiàn)有優(yōu)化方法，為原油采購(gòu)業(yè)務(wù)決策提供最有力的支持。