1 概述
石油化工工業(yè)的生產(chǎn)過程多數(shù)是大規(guī)模的、復(fù)雜的化工過程，是一個典型的流程型工業(yè)。盡管生產(chǎn)線的一級自動化程度較高，但是對物料平衡的管理，仍處于粗放狀態(tài)。傳統(tǒng)的物料平衡以月度為周期，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)倒推和分?jǐn)�，缺乏及時準(zhǔn)確和真實(shí)的物料平衡數(shù)據(jù)，成為生產(chǎn)精細(xì)化管理的瓶頸。隨著煉化企業(yè)精細(xì)化管理要求的不斷提高，中國主要大部分煉化企業(yè)都已經(jīng)實(shí)施了生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)(MES)。物料平衡作為MES系統(tǒng)中的一個重要組成部分，整合全廠的裝置投入產(chǎn)出信息、罐存信息、物料移動計量信息等生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)，為企業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)計劃優(yōu)化、調(diào)度排產(chǎn)優(yōu)化、財務(wù)核算及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析提供必要支持、是企業(yè)實(shí)行精細(xì)化管理的重要保障。
2 物料平衡的應(yīng)用方法
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，儀表的本身缺陷或工作區(qū)間不當(dāng)、油罐檢尺和油品化驗(yàn)取樣時間定點(diǎn)不嚴(yán)格、設(shè)備泄漏等情況都會造成測量數(shù)據(jù)的誤差，這種不平衡、不可靠、不完整的數(shù)據(jù)給過程分析、監(jiān)控、優(yōu)化、調(diào)度、決策分析等帶來困難。而且石化行業(yè)的生產(chǎn)是一個多投入、多產(chǎn)出的過程，各種產(chǎn)品又存在循環(huán)加工的可能，決策者難以弄清原料與產(chǎn)成品間的組分關(guān)系及產(chǎn)成品如何分擔(dān)原料的成本。如何成功實(shí)施物料平衡，使得系統(tǒng)符合工廠實(shí)際業(yè)務(wù)，滿足企業(yè)的精細(xì)化管理要求，可以從物料平衡系統(tǒng)的功能架構(gòu)出發(fā)，對數(shù)據(jù)來源，物料平衡模型、數(shù)據(jù)校正，數(shù)據(jù)應(yīng)用等四個方面進(jìn)行闡述。
2.1 物料平衡的數(shù)據(jù)來源
物料平衡中涉及到的數(shù)據(jù)一般包括兩部分，模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)。一般MES系統(tǒng)中都已涵蓋工廠基礎(chǔ)信息平臺，該平臺通過預(yù)先定義組織機(jī)構(gòu)、設(shè)備、出入廠點(diǎn)、物料等模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，作為物料平衡模型配置中的節(jié)點(diǎn)，可以直接應(yīng)用于平衡模型的建立。通過對各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由關(guān)聯(lián)，整理出各生產(chǎn)物料的來源去向，就可以得出全廠物料平衡的網(wǎng)狀模型。
實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要來源包括實(shí)時采集的數(shù)據(jù)、人工錄入的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室的密度數(shù)據(jù)。通過MES系統(tǒng)中模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集合，就可以形成所需物料平衡的平衡前數(shù)據(jù)。
在獲得平衡前數(shù)據(jù)以后，需要對平衡前數(shù)據(jù)進(jìn)行初次審核，以便剔除對物料平衡校正大有影響的顯著誤差數(shù)據(jù)。對于裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以根據(jù)裝置物料經(jīng)驗(yàn)收率范圍判定裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)是不是有明顯誤差。對于罐區(qū)和計量數(shù)據(jù)，可以根據(jù)管理經(jīng)驗(yàn)的判定規(guī)則確定，一般計量數(shù)據(jù)最為準(zhǔn)確，在物料平衡模型數(shù)據(jù)校正中不參與校正。審核后的數(shù)據(jù)可以較易用于物料平衡校正，同時也能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2.2 物料平衡模型的建立
一般煉化企業(yè)由于流程復(fù)雜，物料眾多，物料來源去向多變，導(dǎo)致物料平衡模型復(fù)雜并且難以建立。因此有必要通過適當(dāng)?shù)氖侄魏喕珡S物料平衡模型而又不失模型的準(zhǔn)確性。根據(jù)工廠實(shí)際情況和統(tǒng)計需要，一般可以采取以下原則作為簡化模型的處理方法。
(1)先要確定物料平衡模型的顆粒度，對物料的細(xì)化程度直接影響到物料平衡的模型的配置，如果選擇車間和物料作為物料平衡的顆粒度，這可以忽略車間內(nèi)部物料的進(jìn)出關(guān)系，如果選擇罐區(qū)和物料作為物料平衡的顆粒度，則罐區(qū)內(nèi)部的物料倒置可以忽略。
(2)排除與物料平衡無關(guān)的輔助裝置，如污水，鍋爐，硫磺等裝置。
(3)將一套裝生產(chǎn)裝置視為一個整體，忽略內(nèi)部回流情況，根據(jù)實(shí)際情況確定具體的物理側(cè)線，對于多產(chǎn)品側(cè)線，需要進(jìn)行物料拆分，對裝置側(cè)線產(chǎn)品進(jìn)行選擇。
(4)對部分未測變量需要進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估值確保物料平衡數(shù)據(jù)校正的冗余度，如裝置燒焦，干氣，酸性氣等。
(5)對于罐區(qū)，可以根據(jù)罐的物料進(jìn)行邏輯歸并，形成虛擬的邏輯罐作為物料平衡模型中的節(jié)點(diǎn)，利于完成對罐區(qū)以物料作為基礎(chǔ)的生產(chǎn)統(tǒng)計。這樣在邏輯罐基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)裝置到邏輯罐的路由，可以大大簡化物料平衡模型。
(6)對于多產(chǎn)品側(cè)線的路由關(guān)聯(lián)，可以配置虛擬的匯合點(diǎn)與分流點(diǎn)作為物料平衡模型的節(jié)點(diǎn)，可以簡化多側(cè)線產(chǎn)品中的路由邏輯。
2.3 物料平衡數(shù)據(jù)的校正
數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)是物料平衡模塊的主要組成部分，在綜合和匯總企業(yè)生產(chǎn)信息，儲運(yùn)信息、質(zhì)量信息，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)校正軟件，實(shí)現(xiàn)過失誤差檢測與數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)計算，保證物流數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性。數(shù)據(jù)校正技術(shù)主要由測量網(wǎng)冗余性分析、顯著誤差檢測和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)組成。
一般假定工業(yè)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)態(tài)，所有的測量值都可以校正的，未測量值也是可以估計的，這樣平衡關(guān)系可表示為：
目前對此數(shù)學(xué)問題的求解已開發(fā)了大量算法，MES套件中物料平衡模塊也集成了優(yōu)秀的算法。
2.4 物料平衡數(shù)據(jù)的應(yīng)用
物料平衡校正后的數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于兩個方面，一是用于生成各類生產(chǎn)報表和統(tǒng)計報表，二是將平衡結(jié)果應(yīng)用于儀表評估與改進(jìn)或?qū)ふ椅锪蠐p失原因。
3 結(jié)語
物料平衡成功運(yùn)用的必要條件是系統(tǒng)功能必須和生產(chǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)相符合。要確保物料平衡系統(tǒng)簡單易用，發(fā)揮物料平衡系統(tǒng)的重要作用，必須對物料平衡數(shù)據(jù)和模型等四個方面的具體分析，并結(jié)合工廠具體實(shí)際業(yè)務(wù)，形成正確的物料平衡模型和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且平衡結(jié)果能滿足企業(yè)各級人員的需要。物料平衡運(yùn)行后它將產(chǎn)生大量與生產(chǎn)過程相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、歸納、總結(jié)，對于改進(jìn)化工生產(chǎn)工藝，提高成品質(zhì)量有不可低估的作用。
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