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毕博先进计划系统(APS)解决方案优化生产计划提升企业效益白皮书：能源与化工行业毕博APS解决方案白皮书1本白皮书包括：1.毕博对中国石化行业的理解1.1中国石化行业面临的挑战1.2APS在石化行业的应用2.计划优化实例3.毕博的APS解决方案3.1APS系统实施范围3.2APS系统架构涉及3.3APS系统功能及系统组成4.毕博的行业资质4.1毕博的咨询优势4.2毕博的能源及化工业务优势4.3毕博的APS项目经验1.毕博对中国石化行业的理解1.1中国石化行业面临的挑战作为国民经济的支柱产业部门之一，近年来中国的石油和化工行业始终保持着较快的发展速度，未来具有广阔的前景，但我们必须看到，国际环境复杂多变，发达国家在石油和化工领域占据优势的压力将长期存在，贸易保护主义不断出现新的表现形式，特别是中国的石化行业发展存在着粗放经营、结构不合理、自主创新能力弱以及资源环境矛盾日益突出等问题，将使该行业今后的发展面临更严峻的国际竞争和市场挑战。中国石化企业面临的挑战原油供应矛盾突出化工产品生产能力不足愈发激烈的市场竞争生产增效的空间有限技术市场竞争激烈协调监控和指挥力度差中国石化企业面临的挑战原油供应矛盾突出化工产品生产能力不足愈发激烈的市场竞争生产增效的空间有限技术市场竞争激烈协调监控和指挥力度差图1-1中国石化行业面临的六大挑战挑战一，石化行业的发展受到资源短缺制约，利用国际油气资源面临复杂多变的风险。随着国内原油供需缺口的增大，对外依存度增加，同时，随着乙烯等化学工业的发展，国内化工用油自给难度将进一步加大，从而导致全球石油资源争夺日趋激烈。先进计划系统(APS)优化生产计划提升企业效益毕博APS解决方案白皮书2挑战二，中国主要石油化工产品生产能力不能满足不断增长的市场需求，大量石化产品长期依靠进口。挑战三，中国的石化产品国际竞争能力不强，不能完全适应日趋激烈的市场竞争要求。主要表现在：油品质量不能完全满足日益严格的环保要求，生产和流通成本较高，盈利能力不强。挑战四，油品市场按“入世”协议限期开放，石化产品进口关税的降低和外贸经营权的放开使国内市场进一步开放，石化企业面临竞争日趋加剧的压力。挑战五，中国石化企业面临国外公司的技术“包围圈”：拥有世界领先的专利技术和名牌产品的国外大型石化公司正在大举进入中国市场，对中国企业形成竞争压力；欧美发达国家利用知识产权保护的优势，不断加强对中国石化行业发展的制约；欧美等发达国家通过制定较高和较严的产品质量、环保标准和技术性法规等技术性壁垒措施，限制中国石化产品的出口。挑战六，大型石化企业多为集团化的大公司，需要对其下属炼化厂进行科学管理、协调监控和统一指挥，但目前国内各炼化厂大多数没有实现管控一体化。1.2APS在石化领域的应用1.2.1APS的定义与发展先进计划系统的英文全称是AdvancedPlanningSystem，简称APS。APS是基于线性规划(LinearProgramming)技术的建模系统。它建立足够多的模型以满足炼化厂的需求。炼化厂的计划根据计划周期的长短，可以分为年计划、季计划、月计划或者旬计划，甚至更短时间的生产安排，这些计划的制定可以借助APS计划优化工具来完成。APS系统以提高炼油与化工企业每桶原油加工的利润，优化生产调度和市场分销，优化炼化企业的资源配置，实现下游供应链的整体效益最大化为目标。作为专业的炼化企业计划优化系统，APS系统提供了统一的结构和数据平台，用以配置企业的实际生产数据，搭建符合企业实际生产特点的计划优化模型。以该平台为基础，企业可以建立一个符合企业实际生产情况，以市场效益为驱动的优化模型，通过优化生产计划，提升企业整体经济效益。1.2.2APS在石化领域的应用价值如今全球已经有超过130多家石化企业使用APS系统，其应用范围从单个炼厂装置，到多厂以及整个公司，它能够帮助企业解决了以下的诸多问题：–制定长期战略规划或短期规划–原油及原材料的评估及选择–产品效益测算–工艺流程与加工路线选择–最优生产方案制定–最优调合方案制定–部分企业或装置的关停工决策–生产瓶颈分析–生产设备投资的评估–工厂新建与扩建评估，规划工厂规模–制定供应与销售计划，供应与分销系统建模，模型可以包括：多厂、多运输模毕博APS解决方案白皮书3式及终端市场–自行加工与协议加工的评估–对新技术的评估–企业竞争力的分析与市场评估它为企业从以下几个方面带来效益：–提高业务决策能力，更好地进行投资决策–更好地利用资产，提高产量–减少质量过剩、减少次品–提高高附加值产品的产量–大大降低决策风险–减少库存和运营成本–减少进料切换次数–减少逾期费和运输成本–评估特定商机1.2.3APS在国内外实施情况20世纪50年代，各大石油公司如Esso、Chevron等开始研究利用LP技术解决计划优化问题。随着LP技术的成熟，以及求解技术的提高，20世纪80年代成为LP在计划方面应用的成熟期，基于LP技术的计划软件（APS）因而也成为发达国家石油公司日常使用的工具，与此同时，我国也开始接触LP的应用，并开始进行了生产计划优化系统的开发和应用。目前，国内外大型石油公司几乎都选用成熟计划软件如RPMS和PIMS，进行APS系统的实施，并且应用APS系统解决诸多优化问题，为生产经营活动提供决策支持。主要国际大石油公司在APS系统实施状况如下图所示：图1-2主要国际大石油公司在APS系统实施状况主要区域性石油公司在APS系统实施状况如下图所示：图1-3主要区域性石油公司在APS系统实施状况已经实施APS系统的公司，将其用于原油及原材料采购优化、工艺流程和加工路线优化、生产方案优化、调合配方优化、开停工计划、产品结构优化，投资决策，供销与配送计划等方面。以下列举几个成功的应用案例。案例一欧洲一石油公司下设多个炼油厂，总加工能力为4000万吨/年，其中2700万吨/年原料要从期货市场购买。APS系统主要用于年度期货原油采购计划、原油分配计划、月生产计划和产品运输计划的制定。公司通过该系统得到以下好处：–能够综合考虑原料运输和加工的优势，选择合适原油，并进行合理原油分配–能够就进行“购买原油”还是直接购买“VGO”的问题做出更好决策–能够就是否来料加工或是委托加工事宜进行决策–能够更好的处理产品库存与市场需求的关系问题毕博APS解决方案白皮书4–能够更好地制定生产计划和运输计划采用这样的优化系统，计划部门在制定原油期货合同的同时可供考虑的原油种类由以前的10多种增加到50余种，初步测算仅此一项即可为公司降低0.2美元/桶原油的采购成本。案例二欧洲另外一个石油化工公司，下属18个炼油和化工联合企业，生产并在全欧洲销售成品油、日用化工品和多种聚合物材料，该公司下属企业多为后改组并构进入的，公司按照产品分8个事业部形式运作。公司先后用了4年半的时间搭建了3个层次的计划模型，包括战略模型，中间层次模型和策略模型。战略模型为总部控股公司使用，用于辅助年度预算的编制、原料选择、企业关停和投资决策等；中间层次模型为事业部使用，用于季度和月度计划的编制，重点解决原料和中间料分配；策略模型为下属企业使用，主要用于月计划编制。采用计划优化模型之后，获得以下效益：–投资计划和部分企业的关停工决策–主要原料（原油）的合同评估，中间原料（LPG、石脑油、VGO等）的购买合同或者自产决策–煤油馏分和柴油馏分在公司内部的分配–对于欧洲环境立法的适应性评价–公司内部中间物料价格的统一该公司还报道了两次处理突发事件的应用。一次是海湾战争的爆发，使用这样的计划模型，公司只用数小时迅速完成了对于原油的评估，并对原油合同进行了及时调整。另一次是欧洲某地区发生了地震，公司一个炼厂刚好处于地震地区，被迫关闭，公司采用计划优化工具迅速调整安排了乙稀和芳烃装置的原料的自供应，并在供货商反应过来之前迅速落实了不足原料的购买合同，这两次应用给公司带来了巨大的经济效益。案例三乙烯与炼油的集成应用。某石化公司是美国海湾地区一家重要的乙烯和丙稀生产商，它由炼油和乙烯两部分组成，炼油部分同时也生产成品油，在乙烯和炼油两部分有大量的原料交换。乙烯部分分别为每个裂解炉建立了详细的收率子模型，并利用KTI的SPYRO裂解反应模拟软件产生不同炉型的详细的Delta-base数据，在计划模型收敛过程中还利用SPYRO软件针对各裂解炉的进料性质变化分别更新各裂解炉的Delta-base数据，还能够反映炉出口压力、出口温度和油气比等操作条件对于收率的影响。乙烯部分建立了40个子模型。此外，为了原油选择炼油部分建立了详细的重整模型，为了多产丙稀建立了乙烯与丁烯反应生成丙稀的反应子模型，同样为了充分利用异丁烯资源，生产高辛烷值组分，还建立了详细的烯烃二聚反应模型，炼油部分建立了50余子模型。上述集成模型模型主要有三方面用途：–用于长期战略决策，尤其是原油的长期合同，该厂每年评估40种原油和25种凝析油，原油选择效益显著–近期原料的选择和生产计划，包括原油、凝析油、石脑油等，采用详细的乙烯模型和三个周期的滚动技术之后，这方面可获得巨大效益–用于当期利润分配，由于该公司是两家母公司的合资企业，两家母公司分别提供不同中间原料，该公司也分别向两家母公司提供某些中间产品，采用计划模毕博APS解决方案白皮书5型后可以更好地评估两个母公司的作用，更合理的分配利润该公司公开报道的计划优化效益为每年500万美元/年案例四国内某炼化一体石化企业，集炼油、化工和化肥生产为一体，是中国西部地区最大的石化企业之一，拥有原油一次加工能力1050万吨/年，并具备相配套的二次加工能力，能生产汽油、柴油、煤油、润滑油、催化剂、合成橡胶等400余种石化产品。该公司利用计划优化模型进行调合方案优化。众所周知，在汽油调合中汽油的烯烃含量是一个重要的质量指标。一般催化汽油的辛烷值能够达到汽油调合的质量要求，但是由于催化汽油的烯烃含量较高，所以必须用烯烃含量低的重整生成油来调合出合格的汽油产品。当前催化汽油的烯烃含量是43%，如果能够采取某些工艺改造措施，将催化汽油的烯烃含量降低1%，通过模型测算催汽烯烃含量降低前后的效益，对比两种方案中哪个方案的经济效益好。方案一方案二两个方案差值催化汽油烯烃43%催化汽油烯烃42%90#汽油产量401432吨388074吨-13358吨重整生成油产量44862吨32484吨-12378吨石脑油调汽油量16270吨11331吨-4939吨苯产量3692吨4660吨968吨甲苯产量12195吨15393吨3198吨二甲苯产量15953吨20136吨4183吨三苯产量合计31840吨40189吨8349吨总经济效益121544万元124543万元2999万元图1-4原方案与降烯烃方案对比模型是以季度模型为基准。从上表可以得出这样的结论，42％烯烃含量的催化汽油所产生的经济效益，要比43％烯烃含量的催化汽油一个季度多出近三千万元的经济效益。2.计划优化实例中国炼油化工企业在二次加工装置能力的不平衡体现在重整装置和重油裂化装置之间加工能力的比例(催化裂化及焦化装置)。从产品调和的相关需求来看，这是极端失衡的。•0.00•5.00•10.00•15.00•20.00•25.00•30.00•35.00•40.00•45.00•50.00中美和南美西欧北美BP亚太地区平均全球平均中国石油与常减压蒸硫加工能力比率•0.00•10.00•20.00•30.00•40.00•50.00•60.00•70.00重整与催化加工能力比率重整加工能力催化裂化加工能力重整与催化裂化加工能力的比率(%)与行业平均值相比,中国石油的重整加工能力很低•0.00•5.00•10.00•15.00•20.00•25.00•30.00•35.00•40.00•45.00•50.00中美和南美西欧北美BP亚太地区平均全球平均中国石油与常减压蒸硫加工能力比率•0.00•10.00•20.00•30.00•40.00•50.00•60.00•70.00重整与催化加工能力比率重整加工能力催化裂化加工能力重整与催化裂化加工能力的比率(