DOHDS-FO 349
Gasoline RON 95IMP 241 Gasoline RON 95EXP 0
HyAro 61 LCO 0 CLO 927 Kero 0 FUEL OIL RHDS-FO 122 RHDS-DO 2475 IN- DOIMP 678 IN- DOEXP 0 GOHDS-DO 1057 Kero 0 IN-DO LCO 23
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 39 SVTH: Lâm Hồng Biết
CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN CHI PHÍ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM LINGO
3.1. Tổng quan về phần mềm Lingo.
3.1.1. Khái niệm về quy hoạch tuyến tính.
Quy hoạch tuyến tính là một mơ hình tốn học dùng để tìm giá trị nhỏ nhất hoặc lớn nhất của một hàm tuyến tính theo một số biến cho trước, thỏa mãn một số hữu hạn các ràng buộc được biểu diễn bằng hề phương trình và bất phương trình tuyến tính, nó có thể giải quyết nhiều vẫn đề liên quan đến quá trình sản xuất.
Các thành phần chính của một quy hoạch tuyến tính:
Biến: biểu diễn các đại lượng mà ta có thể điều chỉnh. Mục đích của bài
tốn là tìm các giá trị của các biến để cho giá trị hàm mục tiêu đạt tối ưu.
Hàm mục tiêu: là các biểu thức toán học, liên kết các biến để biểu thức mục
tiêu đạt tối ưu.
Các ràng buộc: là các đẳng thức hay các bất đẳng thức thể hiện giới hạn
của các phương án khả thi hoặc giới hạn giá trị của các biến.
Dạng cơ bản của quy hoạch tuyến tính là dạng chính tắc: [10]
Ứng dụng của quy hoạch tuyến tính: quy hoạch tuyến tính được sử dụng
nhiều trong công nghiệp.
Xác định các hợp kim trong cơng nghiệp luyện kim. Tối ưu hóa những hỗn hợp trong cơng nghiệp thực phẩm. Tối ưu hóa sản xuất trong cơng nghiệp ơtơ.
Tối ưu hóa sự cung cấp, sự sản xuất và sự phân phối trong công nghiệp lọc dầu.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 40 SVTH: Lâm Hoàng Biết
3.1.2. Quy hoạch tuyến tính trong lọc dầu
Đa phần các nhà máy lọc dầu đều được sở hữu bởi các công ty khác nhau, liên kết với nhau trong nhiều hoạt động như thăm dò, khai thác, mua bán, lọc dầu, hóa dầu,…Tất cả các cơng việc này diễn ra rất phức tạp, cũng như phần lớn các nhà máy công nghiệp trong môi trường cạnh tranh, nhà máy lọc dầu cần phải tối đa hóa lơi nhuận trong quá trình sản xuất.
Để làm được điều này cần phải tối đa hóa giá trị marge của nó, nghĩa là sự khác nhau giữa việc mua và bán những sản phẩm được sản xuất, nó phụ thuộc vào:
Việc mua nguyên liệu ban đầu là dầu thô và các nguyên liệu khác. Dầu thô chiếm phần lớn chi phí đầu vào của nhà máy lọc dầu, do đó việc lựa chọn nguồn dầu thô để xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận thu được. Có rất nhiều lựa chọn trong việc mua dầu thơ, có thể mua theo hợp đồng dài hạn với nhà cung cấp lớn hay mua ngay tại thị trường dầu mỏ, phương án vận chuyển dầu thô từ nơi mua về nhà máy cũng được xét đến.
Giá vận hành: chi phí cố định (nhân cơng, bảo trì,…) chi phí biến đổi (sản
phẩm hóa học, xúc tác,…)
Nhưng đặc trưng cho hoạt động của nhà máy lọc dầu là các sản phẩm được sản xuất từ các nguồn dầu thô khác nhau.
Quan hệ tỷ lệ giữa các sản phẩm sản xuất phụ thuộc vào: Sự đa dạng của nguyên liệu được xử lý.
Những phân xưởng đảm bảo được việc xử lý. Những sự điều chỉnh có thể có của các phân xưởng.
Với một cơng cụ đã cho, tồn bộ các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu, và viễn cảnh thị trường tiêu thụ các loại sản phẩm khác nhau, các nhà máy lọc dầu sẽ tìm kiếm cùng một loại nguyên liệu và cách thức xử lý nó để đạt lợi nhuận tối đa.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 41 SVTH: Lâm Hoàng Biết Người ta hiểu rằng có rất nhiều phương để lựa chọn nguyên liệu và phương án xử lý để có thể đạt được các sản phẩm cần thiết và người ta biết rằng cơ chế của quy hoạch tuyến tính có khả năng tìm được, trong bối cảnh kinh tế sẵn có, một lời giải và chỉ một lời giải tối ưu hóa về khả năng kinh tế.
Bằng cách:
Chuyển toàn bộ sự vận hành của nhà máy lọc dầu về những phương trình tuyến tính.
Sử dụng phần mềm để tìm ra giải pháp kinh tế tối ưu.
Trong nhà máy lọc dầu, công việc tối ưu được đặt ra ở nhiều khía cạnh: Tối thiểu chi phí nhập dầu thơ.
Tối ưu hóa việc pha trộn các loại dầu thơ cần xử lý. Tối thiểu những tiêu chuẩn quy định cần phải thỏa mãn. Tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu, tối thiểu lượng hao hụt. Tối ưu hóa quản lý tồn trữ.
Tối đa lợi nhuận.
Với sự hoạt động rất rộng và phức tạp của lĩnh vực lọc dầu thì các nhà máy lọc dầu cần phải sử dụng hỗ trợ cho việc ra quyết định, từ nhiều phương án, chọn ra một phương án tối ưu sao cho lợi nhuận thu được là cao nhất. Quy hoạch tuyến tính là một trong những cơng cụ tuyệt vời để thực hiện tốt công việc này.
Ứng dụng quy hoạch tuyến tính trong nhà máy lọc dầu
Trong công nghiệp lọc dầu, quy hoạch tuyến tính được áp dụng trong các lĩnh vực:
Thiết kế cấu hình cơ sở của nhà máy lọc dầu. Lựa chọn đánh giá nguồn dầu thô nguyên liệu.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 42 SVTH: Lâm Hoàng Biết Lên kế hoạch vạn hành dài hạn và ngắn hạn.
Đánh giá chi phí đầu tư cho các thiết bị trong quy trình. Quản lý hoạt động của nhà máy lọc dầu.
Điều khiển việc pha trôn sản phẩm. Quản lý tồn trữ.
Đặc trưng của một mơ hình quy hoạch tuyến tính cho nhà máy lọc dầu Hàm mục tiêu: tối đa lợi nhuận.
Các ràng buộc:
Ràng buộc về nguyên liệu: lượng nguyên liệu tồn trữ. Ràng buộc về khả năng sản xuất tối đa của phân xưởng. Ràng buộc về tồn trữ: dung tích của các bồn chứa.
Ràng buộc về sản phẩm: những tiêu chuẩn quy định về chất lượng sản phẩm.
Ràng buộc về tiêu thụ năng lượng.
3.1.3. Giới thiệu về phần mềm Lingo.
Lingo ợc thiết kế để thực hiện xây dựng và giải quyế
ối ưu hóa trong quy hoạch tuyến tính một cách khá hiệu quả và cho ra kết quả
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 43 SVTH: Lâm Hoàng Biết Các bước cần tiến hành khi giải bài toán tối ưu bằng Lingo:
↓ ↓ ↓ , ↓ ↓
3.1.4. Cơ sở q trình mơ hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu
3.1.4.1. Hoạt động chính
Phân tách các phân đoạn Chưng cất
Dựa vào các điểm cắt trong bảng 1.1 ta có xác định được lưu lượng của từng phân đoạn chưng cất.
Chuyển hóa Chất lượng sản phẩm (reforming, GOHSD, KHDS,…) hiệu suất sản phẩm (RFCC).
Phối trộn Sản phẩm cuối
Để đạt được các sản phẩm có các chỉ tiêu chất lượng theo yêu cầu, ta phải phối trộn các bán sản phẩm dựa vào các tính chất ràng buộc để thu được các sản phẩm thương mại (Xăng RON92, xăng RON95, LPG,…)
3.1.4.2. Phân tách và chuyển hóa.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 44 SVTH: Lâm Hoàng Biết
Xem Được thực hiên bởi các Phân xưởng sẵn có trong Nhà máy lọc dầu
Xem xét hoạt động của phân xưởng Chế độ làm việc ổn định
Lưu lượng và đặc tính của ngun liệu Các thơng số làm việc: T, P, tỷ số hồi lưu,…
Tỷ lệ tuyến tính giữa lưu lượng sản phẩm và năng lượng: X1= 1X
X2= 2X X3= 3X
Chế độ làm việc của phân xưởng 1, 2, 3 3.1.4.3
.
c.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 45 SVTH: Lâm Hoàng Biết :
) .
i i.
Sự phối trộn tuân theo quy tắc cộng tính thể tích:
. i i i i i q v Q v max: max . i i i q v S v max . i i i q v S v max 0 i i q S v ộ : Công thức mở rộng: i v V max . i i q v S V Bán sản phẩm 1 Sản phẩm cuối Bán sản phẩm 1 Bán sản phẩm 1 Q1 Q2 Q3 Z1 Z1 Z1 Z(Q)
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 46 SVTH: Lâm Hoàng Biết
0
i
v V q vi. i Smax V 0
3.2. Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc 3.2.1. Cấu trúc biến 3.2.1. Cấu trúc biến
Các biến bao gồm các bán sản phẩm của các phân xưởng trong vào bảng cân bằng vật chất, năng lượng nội bộ, các sản phẩm thương mại, các ràng buộc min, max về chất lượng của các bán sản phẩm với sản phẩm, công suất của nhà máy ở trục tung và nguyên liệu của từng phân xưởng, các bán sản phẩm đem đi phối trộn, các sản phẩm xuất khẩu và nhập khẩu ở trục hoành.
3.2.2. Cấu trúc các ràng buộc
Ở đây cần lưu ý việc quản lý dữ liệu thông tin được thực hiện theo từng volume tương ứng, cụ thể là:
Volume 1: Tất cả các ràng buộc thuộc về bán sản phẩm hay năng lượng nội bộ và biến (dựa vào bảng cân bằng vật chất).
Volume 2: Ràng buộc về sản phẩm và biến.
Volume 3: Ràng buộc min liên quan đến tiêu chuẩn sản phẩm hay công suất CDU và biến (dựa vào bảng tính chất sản phẩm, bán sản phẩm và các cơng thức ràng buộc tính chất).
Volume 4: Ràng buộc max liên quan đến tiêu chuẩn sản phẩm hay cơng suất CDU và biến (dựa vào bảng tính chất sản phẩm, bán sản phẩm và các công thức ràng buộc tính chất).
3.2.3. Xác định biến và ràng buộc cho bảng ma trận.
Biến phân tách: CDU.
Biến chuyển hóa: LPGRU, NHT, KHDS, GOHDS, RHDS, RFCC, Penex, InAlk, CCR, BTX, GASPA, SRU , PSA, H2 Plant, PPU, RFG, LOSSES. Biến phối trộn:
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 47 SVTH: Lâm Hoàng Biết
Gasoline 95: C4MG95, Isomerate95, Lt GSL - RFCC95, Hvy GSL - RFCC95, BTX-NA95, Alkylate95.
Gasoline 92: C4MG92,Isomerate92, Lt GSL - RFCC92, Hvy GSL - RFCC92, BTX-NA92, Alkylate92.
AU – DO: KEHDSAUDO, DOHDSAUDO, DORHDSAUDO.
IN – DO: KEHDSINDO, LCOINDO, DOHDSINDO,
DORHDSINDO.
FO: KEHDSFO, DOHDSFO, DORHDSFO, LCOFO, HvyAroFO,
CLOFO .
JET A1: KeroJET.
Paraxylene: Paraxylene.
Benzen: Benzen.
Poly-propylene: Poly-propylene.
Sulfur: Sulfur.
Ràng buộc bán sản phẩm: CDU-naph, CDU-Kero, CDU-GO, CDU-RA, LPGRU-Naph, LPGRU-LPG, LPGRU-Sour FG, NHT-LNA, NHT-HNA, NHT-offgas, KHDS-Kero, KHDS-offgas, GOHDS-DO, GOHDS-naph, GOHDS-offgas, RHDS-DO, RHDS-RE, RHDS-naph, RHDS-offgas, RFCC- LCO, RFCC-CLO, RFCC-LNA, RFCC-HNA, RFCC-C3, RFCC-C4, RFCC- H2S, Isomerate, Alkylat, C4, CCR-Reformate, CCR-H2RG, H2 tong, H2- Rich Gas, CCR-LPG, BTX-NA, BTX-HyARO, BTX-Raffinate, BTX-Benz, BTX-Para, Fuel gas, C3, PSA-OG, Sulfur, Polypro, TAILGAS, .LOSSES. Ràng buộc về sản phẩm : LPG, Gasoline RON 95, Gasoline RON 92, Jet A1, Auto Diesel, Industial Diesel, FO, Benzen, Sulfur, Paraxylene, Polypropylene.
Ràng buộc max: d15MG92-MAX, d15MG95-MAX, d15JETA1-MAX, d15AUDO-MAX, d15INDO-MAX, d15FO-MAX, RVP-LPGMAX, RVP- MG92MAX, RVP-MG95MAX, SLPGMAX, SMG92MAX, SMG95MAX, SJETA1MAX, SAUDOMAX, SINDOMAX, SFOMAX, AroMG92MAX,
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 48 SVTH: Lâm Hoàng Biết AroMG95MAX, PPI-AUDOMAX, PPI-INDOMAX, PPI-FOMAX, FPI- JETA1MAX, FPI-AUDOMAX, FPI-INDOMAX,FPI-FOMAX, CDU-MAX. Ràng buộc min: d15JETA1-MIN, d15AUDO-MIN, d15INDO-MIN,
RONMG92MIN, RONMG95MIN, RVPMG92MIN, RVPMG95MIN,
CDUMIN.
3.3. Xây dựng ma trận của bài toán tối ƣu trên Excel. 3.3.1. Cấu trúc ma trận của bài toán thƣờng gặp. 3.3.1. Cấu trúc ma trận của bài toán thƣờng gặp.
Cấu trúc ma trận của một bài tốn tối ưu thường gặp được mơ tả trong bảng 3-1 như sau:
Bảng 3-1: Cấu trúc ma trận của bài toán thƣờng gặp
Cấu trúc biến Giá trị biến Dấu RHS Cân bằng sản phẩm và bán sản phẩm Ràng buộc khống chế chất lượng Các ràng buộc đặc biệt
Ràng buộc về khả năng sản xuất, lưu trữ HÀM KINH TẾ (MỤC TIÊU)
Cấu trúc biến và giá trị biến đặt theo các cột khác nhau, mỗi cột tương ứng với một biến với giá trị tương ứng nằm ngay ở hàng bên dưới mỗi cột.
Các hàng bên dưới liên quan đến ràng buộc: ràng buộc bán sản phẩm, sản phẩm nội bộ, ràng buộc liên quan đến chất lượng sản phẩm, ràng buộc đặc biệt liên quan đến tiêu thụ năng lượng của từng phân xưởng cũng như ràng buộc về khả năng sản xuất, lưu trữ.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 49 SVTH: Lâm Hoàng Biết Hàng cuối cùng là hàm mục tiêu.
Dấu và giá trị RHS (Right hand side) được đặt ở cột cuối cùng sau khi đã xác định hết tất cả các biến.
Cột “dấu” sẽ nhận giá trị “=”, “≤”, “≥” tương ứng với từng ràng buộc khác nhau, cũng như tương ứng với giá trị RHS của mỗi ràng buộc. Cụ thể là:
+ Đối với ràng buộc bán sản phẩm: “dấu” sẽ nhận giá trị “=” và “RHS” nhận giá trị tương ứng với nhu cầu của mỗi sản phẩm.
+ Đối với các ràng buộc liên quan đến tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm cần lưu ý đến bài toán phối liệu theo phương pháp cộng tính. Mỗi tiêu chuẩn có một công thức phối trộn cộng tính khác nhau, có thể là cộng tính thể tích (RON, tỷ trọng, hàm lượng aromatique), cộng tính khối lượng (hàm lượng lưu huỳnh, khối lượng phân tử) hay cộng tính phần mol (áp suất hơi Reid RVP).
3.3.2. Xác định các hệ số cho bảng ma trận
Việc xác định hệ số cho bảng ma trận quyết định gần như tồn bộ bài tốn tối ưu. Nguyên tắc chung của việc xác định như sau:
Đối với biến là nguyên liệu cho một phân xưởng bất kỳ hoặc là nguồn phối liệu cho một sản phẩm bất kỳ sẽ nhận giá trị âm, thông thường là giá trị “- 1” cho các ràng buộc bán sản phẩm và ràng buộc sản phẩm.
Đối với các biến là sản phẩm cuối hay là sản phẩm của một phân xưởng (bán sản phẩm của nhà máy) thì các hệ số thường mang giá trị dương với tỷ lệ tương ứng với hiệu suất thu hồi của chính bán sản phẩm đó trong mỗi phân xưởng sản xuất nó.
Các hệ số không liên quan sẽ mang giá trị bằng 0.
Liên quan đến các hệ số khác không trong bảng ma trận chúng ta sẽ dựa vào sơ đồ công nghệ và bảng cân bằng vật chất (CBVC) của toàn bộ nhà máy [13] để tính tốn giá trị hiệu suất thu hồi của các sản phẩm tương ứng với công nghệ của từng phân xưởng. Ở đây cần lưu ý hai chế độ vận hành khác nhau của phân xưởng
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 50 SVTH: Lâm Hoàng Biết RFCC max propylene và max gasoline sẽ cho giá trị hệ số ma trận tương ứng khác nhau (tham khảo phụ lục số 3).
Đối với các hệ số trong phần năng lượng nội bộ, do nhà máy chưa đi vào hoạt động nên các số liệu tính tốn thiết kế về năng lượng của nhà máy rất phức tạp. Do đó, phần năng lượng nội bộ của một số phân xưởng cơ bản như: CDU, HDS, FCC, CCR được tham khảo từ tài liệu thiết kế nhà máy lọc dầu.[13]
Các hệ số trong phần ràng buộc về chất lượng sản phẩm dựa vào các quy tắc trộn lẫn ở mục 3.1.4.3, dựa vào tài liệu liên quan đến tính chất của bán sản phẩm và sản phẩm tại bảng phụ lục 1 và bảng phụ lục 2.
Giá và nhu cầu của các sản phẩm được đưa trong bảng phụ lục 3.
3.4. Phƣơng pháp khai báo và liên kết dữ liệu với Excel
Sau khi hoàn thành ma trận của bài tốn trên bảng tính excel ta tiến hành khai báo trên phần mềm Lingo và liên kết dữ liệu với excel.
Thuật toán khai báo trên Lingo được viết như sau: MODEL: SETS: BAN_SP : ZERO; SP_NB : NHU_CAU; RB_MAX : GT_MAX; RB_MIN: GT_MIN; TEN_BIEN :GT_BIEN,CHI_PHI; LINKS1(BAN_SP,TEN_BIEN) :VOLUME1; LINKS2(SP_NB,TEN_BIEN) :VOLUME2; LINKS3(RB_MAX,TEN_BIEN) :VOLUME3; LINKS4(RB_MIN,TEN_BIEN) :VOLUME4; ENDSETS Min=@SUM(TEN_BIEN(J):GT_BIEN(J)*CHI_PHI(J));
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 51 SVTH: Lâm Hoàng Biết @FOR(BAN_SP(I): @SUM(TEN_BIEN(J): VOLUME1(I,J)*GT_BIEN(J))=ZERO(I)); @FOR(SP_NB(K): @SUM(TEN_BIEN(J): VOLUME2(K,J)*GT_BIEN(J))=NHU_CAU(K)); @FOR(RB_MAX(L): @SUM(TEN_BIEN(J): VOLUME3(L,J)*GT_BIEN(J))<=GT_MAX(L)); @FOR(RB_MIN(M): @SUM(TEN_BIEN(J): VOLUME4(M,J)*GT_BIEN(J))>=GT_MIN(M)); DATA: BAN_SP,ZERO,SP_NB,NHU_CAU,RB_MAX,GT_MAX,RB_MIN,GT_MIN,TE N_BIEN,CHI_PHI,VOLUME1,VOLUME2,VOLUME3,VOLUME4
=@OLE("D:\HOC TAP\LUAN VAN\Max Propylen\Max Propylene 95.xlsx",'BAN_SP','ZERO','SP_NB','NHU_CAU','RB_MAX','GT_MAX','RB_MIN ','GT_MIN','TEN_BIEN',
'CHI_PHI','VOLUME1','VOLUME2','VOLUME3','VOLUME4');
@OLE("D:\HOC TAP\LUAN VAN\Max Propylen\Max Propylene 95.xlsx",'GT_BIEN')=GT_BIEN;
ENDDATA END
3.5. Giải tối ƣu bằng Lingo và trao đổi kết quả.
Sau khi chạy phần mềm Lingo, phần mềm sẽ tìm ra một giá trị tối ưu kèm theo các thơng số khác giúp ta phân tích các kết quả tìm được, đồng thời phần mềm cũng sẽ trao đổi kết quả với bảng tính Excel cho ta các hệ số tại các ơ giá trị biến và giá trị của hàm mục tiêu.
GVHD: ThS. Nguyễn Quang Thái 52 SVTH: Lâm Hoàng Biết