1.1研究背景

石油炼制与化工行业是国民经济重要的组成部分，而常减压是该支柱产业的龙头装置^[1]。经过数十年的发展，我国的石油炼制行业已经取得了很大的进步，但在生产规模、产品质量和综合效益等方面与发达国家存在较大的差距^[2,3,4]。由于该行业市场竞争激烈，从事石油炼制与化工企业必须从工艺水平和生产技术等方面着手做出相应的改变^[5]。近年随着工艺和技术不断革新，在石油产品的品质和种类上，生产过程的能源节约、污染防治、过程控制等方面都取得了全面地发展和提高^[6]。通过先进控制技术和流程模拟等方法，在提高石油产品的品质要求和降低生产能耗方面都取得了一定的成果^[7]。石油分馏操作中需要使用大量能源和原料，而装置的工作效率往往不高。石油蒸馏装置是一个庞大的非线性系统。由于其机理模型十分复杂，对常减压装置的流程和控制过程模拟，对于优化过程参数、提高产品质量和减少能源消耗等方面有很大潜力，同时对推动国民经济发展有重要的意义^[8]。

1.2国内外现状

炼油厂的规模越大，生产效率越高，成本越低。我国常减压装置与国外相比加工能力差距较大^[9]，一般产能为2.5Mt/a,很难达到国外5Mt/a的水平。因此，我国常减压装置与国外比较，在各个方面均有较大的提升空间。但是近一段时间，我国常减压技术进步较快，已经大大减小了与国外最先进水平的差距，加工能力也在不断提高，比如镇海、高桥8Mt/a以及西太平洋10Mt/a等常减压装置已经逐渐填补了我国大型装置的空白，在提炼精度方面，我国常减压装置水平也是参差不齐，某些炼油加工企业可以使常顶和常一线完全分离而没有重叠度，但大部分企业还达不到这种分离精度两者之间的重叠度达到10%以上，导致产品的分离精度不高在其他组分的分离方面我国同样存在较大差距。

近几年来，国外蒸馏装置工艺和设备有了新的进展，法国的ELF和Technip公司共同开发了一种渐次分馏技术，主要是将汽油、煤油、柴油等各种产品逐渐进行分离，从而降低工艺总用能，可以降低能耗30%左右^[10]。壳牌石油公司提出的整体蒸馏装置（SHELL BULK CRUDE DISTILLATION UNIT）将蒸馏装置、加氢脱硫装置、高真空减压蒸馏装置和减粘装置作为一个整体进行优化。整体蒸馏装置将原油分为常压渣油、含蜡馏分油、中间馏分油和石脑油组份，可以节省投资30%左右。国外常减压装置油品分离精度一般为^[11]：石脑油与煤油的脱空度ASTM D86(5%～95%)13℃；煤油和轻柴油的脱空度ASTM D86(5%～95%)8℃；常二线轻柴油和常三线重柴油的脱空度ASTM D86(5%～95%)。

1.3目的及意义

建立系统的工艺流程模型，可以对整体装置的状况有比较准确的了解和把握，可以更清晰的考察各类操作参数对装置收率、产品质量等等指标的影响，有利于在现有方案的基础上进行多目标优化以达到最高经济效益的目的^[12]。通过对常减压装置的流程模拟，能够从整个系统的角度来分析、判断装置的优劣，还可以为工厂技术改造提供依据，找到“瓶颈”部位，并可以计算出各种消除瓶颈的方案效果。流程模拟是操作优化的基础。只有模拟出装置的特性，才谈得到搜索特性优化的方向，从而使得整体达到最优。在操作优化过程中，操作优化的模型以及操作变量的调整都是在流程模拟的基础上实现的。工艺操作规程所规定的允许变化范围通常均较大，生产经常在偏离最佳操作状态下进行，通过操作优化可以缩小工艺操作参数对最佳操作状态的偏离而获得效益；生产装置的经济效益往往受到市场价格的波动、各类产品需求量的变化、原料组成及性质的变化、催化剂性能和溶剂性质的改变等等各种因素的制约，通过操作优化可以根据客观环境的变化调整加工方案，井对生产操作工艺参数作相应调优。

常减压装置中，蒸馏过程的生产方案选择是否合理、生产操作是否稳定优化、产品质量是否良好、流程设备是否先进等，对炼油厂的整个生产来说，是一个全局性的问题，直接影响各个后续加工过程的处理量、收率和全厂的生产均衡性、能耗及经济效益^{[13,14,15,16]}。因此，在现有常减压蒸馏装置的基础上，如何通过改变操作条件来使装置达到最优化的研究有着重要的意义。本文的研究目的是在对常减压装置工艺和数学模型研究的基础上，对常减压装置进行流程模拟，得到能够反映常减压装置运行工况的模型。然后选定合适的优化目标和约束空间，通过调整操作变量对常减压装置进行操作优化。