开展PIP项目，提高炼油厂的效益
中国石化燕山分公司炼油厂刘建晖
KBC公司桑杰?巴哥华毛福忠
利润增效项目（Profit Improvement Program，简称PIP），是通过对总体流程及公用工程系统平衡的优化、设备维护成本的降低、改善生产计划的编制、产品质量升级等手段，以最低成本尽快找出提高利润的最有效办法。结合企业对生产流程与装置实际操作上的经验与KBC丰富的全球炼厂优化成功经验以及先进的反应动力学模拟技术，共同合作提出和确认切合实际改变操作的优化措施，并付予实施、监控计量实施效果，以降低操作成本，增加高价值产品收率为目的，并且提升炼油厂的长远竞争力。
为改进炼厂的运营效率和提高炼厂的经济效益，中国石化与KBC合作在燕山分公司开展炼油利润增效项目（PIP）。类似的项目同时在镇海炼化分公司开展。这两家企业的炼油部分装置构成比较复杂，具有国内炼厂规模与装置结构复杂度的代表性。
本文就燕山PIP项目启动后18个月的第一阶段的经验和取得的成果进行讨论。
1、项目背景
进入二十一世纪以来，国内经济发展迅速，为建设节约型社会，降低企业能耗物耗成为近些年工作的重点。国内炼油企业
受到高油价以及保障国内燃料、化工原材料市场需求的限制，迫切需要寻求提高效益的有效途径。一方面，我国石油化工行业自主技术的开发、先进技术的应用基本与国际同步，部分单装置生产水平甚至达到世界领先水平；而另一方面，总体生产优化能力以及技术人员的素质水平距离世界领先尚存在较大差距，单套装置的技术优势没有在总体效益中得到充分体现。因此，迫切需要能对总体生产方案进行精细分析的优化技术，同时需要提高企业技术人员的综合分析水平。
KBC公司是一家在改进炼厂利润增效方面行业领先的咨询公司。自从九十年代以来，KBC在全球已经实施了超过130多个PIP项目，为超过70家炼油公司提供过咨询服务。KBC的客户包括大型石油化工公司如：埃森美孚、中国石油、英国、雪佛龙、德士古、康菲、道德尔、沙特阿美、科威特、新日本、COSMO、OMV、巴西、墨西哥、马来西亚等石油公司，其中包括石油化工联合企业和加工多种原油、流程复杂的炼油企业。
KBC在涉及炼油行业的软件和模型方面也处于全球领先地位，KBC可以提供炼油厂所有工艺装置的软件和模型以及全厂流程模型软件Petro-SIM。同时KBC还提供公用工程系统模拟软件ProSteam和能量夹点分析软件SuperTarget等，并为炼厂提供公用工程系统优化和工艺装置之间用能整合优化等服务。
2004年12月29日，中国石化王天普总裁主持召开炼油“优化挖潜、降本增效”动员大会之后，成立了中国石化的优化增效
工作领导小组、工作组和办公室。为了深入贯彻天普总裁关于开展炼油优化挖潜、降本增效的指示精神，借鉴国际先进生产优化经验，中国石化集团公司与KBC公司积极开展技术谈判，2005年11月28日， PIP项目商务合同和软件使用协议签字。2005年11月30日，燕山PIP项目启动会在燕化公司隆重召开，标志着燕山分公司PIP项目的正式启动。截止到今年9月份，燕山炼油PIP项目已经取得了38.1美分/桶原油的效益。
2、项目内容与目标
2.1项目内容
PIP项目中实施的增效机会主要为无需投资或仅需少量投资、投资回收期小于1年的项目。图2-1简单介绍了PIP项目的各个部分是如何来提高炼厂整体效益的。
图2-1 典型的KBC PIP 项目所涵盖的工作范围
燕山 PIP项目是为满足中国石化为改善燕山石化炼油厂运营的需求而制定的一个客户化的项目。燕山PIP项目包括：?产率改善
?产品质量优化
?减少用能
?设备管理最优化，改善设备的可靠性、可用性和可维护性（RAM）
?计划改进
?构建与实际装置性能一致的单装置模型、蒸汽公用工程系
统和完整炼油厂的全流程模拟模型
燕山PIP项目研究范围包括炼油厂所有的装置、公用工程系统、热电站、原油和产品储运系统以及产品调合系统。
燕山PIP项目涉及的范围如表2－1。
表2－1 燕山PIP项目工作范围
工艺装置装置
数量
规模，万吨/年
1＃常减压装置
(加工 60% 的俄罗斯油)
1 250 燃料型
2＃常减压装置 1 300 润滑油/燃料型
3＃常减压装置
(加工 40% 的俄罗斯油
1 250润滑油/燃料型
连续重整装置 1 60
芳烃抽提 1 20
2＃催化 1 80
3＃催化
(MIP技术)
1 200
中压加氢 1 130
馏分油加氢
3 1套100万吨/年柴油加氢1套80万吨/年航煤加氢1套22万吨/年催化重汽油
丙烷脱沥青 1 70 糠醛抽提 1 70
脱蜡装置 2 52 白土精制 1 20 石蜡加氢精制 1 6 HF烷基化 1 6 气体分馏 1 50 硫磺回收 1 1.2 溶剂脱硫与再生 1 污水汽提 2 80＋80吨/小时
催化干气提浓乙烯 1 3万标立/小时
制氢装置(未开) 1 2万标立
汽油吸附脱硫
（约2006.05投产）*
1 120
燕山PIP项目也包括2007年新建装置投产和装置改造后的新项目。新项目除上面提到的装置外还包括以下表2－2新建的装置。
表2－2燕山新PIP项目涉及的新装置
序号时间涉及的装置
1 到2007年中期原油加工量增加到1000万吨/年
2 800万吨/年新建常减压装置
3 1＃和3＃常减压装置关闭
4 140万吨/年新建焦化装置
5 200万吨/年新建加氢裂化装置
6 5万标立/小时新建制氢装置
7 新建硫磺回收装置
8 新建CFB锅炉
整个项目的研究分成3个阶段：
z阶段1：现有炼油厂的优化和绩效改进。该阶段于2006年1月启动，到2007年2月结束。
z阶段2：6个月的老装置停工检修和新炼厂的开工。（2007年3月到2007年8月）
z阶段3：现有炼油厂和新建炼油装置的优化和绩效改进。
该阶段从2007年9月开始，到2008年12月结束
2.2 项目目标
PIP项目的目标不仅要提出切合实际的优化措施，更要督促监督这些优化机会的实施，燕山PIP项目的效益目标为：z到2006年9月（项目开始的第10个月）达到实施增效11 美分/桶原油
z到2007年2月（项目开始的第26个月）达到实施增效22 美分/桶原油
z到2008年12月（项目开始的第36个月）达到实施
增效39 美分/桶原油
z到2009年6月（项目开始的第42个月）维持实施增效39 美分/桶原油
z到2009年6月，项目开始的第42个月实现累计增效3千万美元的效益
图2-2燕山PIP项目增效目标
在实施产量和能耗优化的同时，KBC还提供了下述服务：I.设备可靠性、可用性和可维护性研究。目标是在维持可用
性的同时减少设备维修成本。
II.计划系统模型升级（DGA应用），通过利用更加精确的LP 矢量提升炼厂现有的LP模型，同时改变炼厂现有LP模型的结构以提升炼厂整体计划水平。
III.建立模型
a.Petro-SIM全厂机理模型（从原油到产品调合的全厂
流程模拟模型）；
b.单装置模型：炼厂主要装置模拟模型，包括常减压装
置、催化裂化装置、焦化装置、烷基化装置、连续重
整装置、中压加氢裂化装置和加氢精制装置；
c.集成了包括热电系统的全厂ProSteam公用工程系统
模型；
d.关键绩效指标跟踪器（KPI Tracker）跟踪模型：跟踪
每个优化机会执行情况，通过长期的维持来获得最大
的实施效益；
e.基于工作选择的风险评估RBWS 软件来改善检修时
间
IV. 提供PIP 工作方法、工艺装置模型、Petro-SIM 模型和ProSteam 模型的培训，炼油厂在完成本次PIP 项目之后能够继续独立进行PIP 活动。
3、建模与培训
KBC PIP 项目的方法论如下图3-1所示：
图3-1 KBC PIP 项目方法论
评估
实施
3.1 数据收集及调研
为了做好本项目，首先需要采集准确的数据，并以此为基础建立符合实际生产情况的模型。
在2005年12月份的开工会后，KBC 在现场收集燕山炼油厂一个典型月的平均数据（一个夏季、一个冬季）用于建立基础炼厂操作模型，同时收集各装置标定数据用于校正单个工艺装置的
模型。2006年1月KBC专家对炼油厂工艺装置进行了深入的现场调研。
3.2 建模
现场调研和数据收集得到的信息用于开发各个企业主要工
艺装置的单装置模型。校正之后的单装置模型用于Petro-SIM全厂流程模拟模型的建立。通过KBC公司专家与炼油厂进行讨论、修改，最后审定所有的工艺装置模型和全流程模型。审定后的最终模型作为所有优化机会评估的基础。
全厂模拟模型：
图3-2燕山PIP项目全厂流程模型
全厂流程模拟模型剔除了在计算每个优化机会所带来的经
济效益时由于中间物流价格所带来的不准确性(如图3-2)。全厂流程模拟模型在评估每个优化机会所能得到的效益时只涉及到
原油和产品的价格。用全厂模拟模型可以反映某一装置增效机会的变化对全厂其它装置的影响，而且从全厂整体评价经济效益更加准确，另外还可以帮助下游装置的的操作人员更好的理解上游装置实施优化机会对其装置生产的影响。
图3-3燕山PIP项目效益计算图表
单装置模拟模型：
对主要生产装置建立的单装置模拟模型(如图3-3)，既可以用于操作参数调优，也可以用作分析装置能量利用情况。
图3-4燕山加氢裂化装置单装置模型
公用工程系统模拟模型：
由KBC能量专家开发出的全厂公用工程系统模型也同样可用于优化改进，也可以用于对能量及系统优化项目的评价。
LP模型升级：
KBC计划专家首先对现有计划系统进行了审查，确定了当前LP系统结构的改进方向。然后利用单装置模拟模型开发出DGA 数据应用模块，用于生成LP矢量。最后，KBC专家将把各个装置新的子模型集成到LP系统中，对现有LP系统进行升级。3.3 培训
KBC公司为客户提供了模拟模型的专门培训，包括单装置模拟模型、Petro-SIM模型和ProSteam模型培训。另外，还由现场
的KBC专家提供了多次具体的培训。这些培训是整个PIP项目
的重要组成部分。通过这些培训确保炼油厂人员在PIP项目结束后能够继续由自己的员工实施PIP工作。
对模型建立工作的重视是建立在KBC PIP项目的方法论的基础上。模型与生产实际数据间准确度的提高，可以更有效地评估优化机会，并建立优化机会实施监控体系，确保能够稳定获取最大效益。
3.4 RAM与最佳实践：
KBC设备维护部门的专家还对客户进行可靠性、可用性与维修管理（RAM）领域的“最佳实践”的培训。检修的“最佳实践”和优化用于找出降低常规维护费用和检修成本的优化机会（检修成本的降低主要是通过缩短大检修时间和降低大检修项目费用来完成的）。
4、项目实施及结果
在现场调研过程中，一些早期的优化机会已经被找出。这些早期的优化机会不需要完整的基础模型进行评价，在项目的第3个月到第6个月即可进行现场标定和实施。
基础模型建立并进行校验后，开始优化增效机会的研究。完整的实施过程从项目的第6个月开始。
利用KBC的Tracker跟踪器跟踪识别的和实施的增效机会。
到2007年1月63个增效机会已经得到识别，共同确认的优化机
会认可并正在实施项目10项，认可但暂不具备条件的7项。月
度的项目进展如图4－1所示：
图4－1燕山PIP项目月度优化机会跟踪表
这些识别出的增效机会总额达到136.2 美分/桶原油（80.3
百万美元/年)，各项目实施最高效益合计达到38.1 美分/桶原油（22.5 百万美元/年)，见表4－1。
表4－1 燕山PIP识别出的和实施的效益
识别的实施的
(Best Month)
美分/桶原油(c/bbl) 136.2 38.1 百万美元/年(MM$/yr) 80.3 22.5
以固定价格体系（PIP基础价格）的对月度项目进展状况进行分析。Tracker跟踪器显示2006年9月第一阶段目标11美分/桶原油已经达到，项目的第二阶段目标22美分/桶原油也提前达到。见图4－2。
图4－2 燕山PIP计划和实际实施项目进展状况
注：橙色的线代表计划的进度；蓝色的线表示实际实施的进度。
Tracker跟踪器利用KPI指标和PIP基础价格同时跟踪所有项目实际实施的月度进度，图4－3。结果表明，根据PIP价格到2007年1月，实施项目后获得33 美分/桶原油，累积8 百万美元的效益。项目实施期间，优化机会维持状况较好。
图4－3燕山PIP根据PIP价格跟踪的月度项目增效进展
图4－4是根据实际价格跟踪的月度项目增效进展。结果表明，根据实际价格计算到2007年1月增效机会实施获得的效益为：40 美分/桶原油，累积9 百万美元。
图4－4燕山PIP根据实际价格跟踪的月度项目增效进展
4.1 收率改善
下面列出了部分收率改善方面实施增效机会的例子。这些机会包括常减压装置、重整装置、芳烃装置、润滑油和产品调合，见图4－5。
图4－5，燕山PIP部分实施增效机会的KPI数据
4.2 能量使用效率改善
能量的研究从收集现场数据、建立炼厂的基准点（Benchmark）决定炼厂能量使用效率开始。KBC的专有BT技术被用于燕山炼油厂和其它炼油厂的对比分析，见下图。
图4－6 采用KBC BT 技术分析对比的全球100家炼油厂
图4－7 燕山炼油厂用能状况
图4－8 KBC利用BT技术对燕山炼油厂进行的差距分析
考虑2007年上半年燕山将进行装置停工改造、新建装置开工以及CFB锅炉投用等，炼厂的动力结构将发生较大的变化，对蒸汽、燃料、电力平衡包括边际效益等产生重要影响。燕山和KBC决定推迟进行识别和实施节能方面的优化机会。在新装置生产平稳后KBC和燕山一道在燕山PIP项目的第3阶段继续进行新的节能增效机会的挖掘和实施等工作。
4.3设备可靠性、可用性和维修管理（RAM）研究
这项研究工作的重点放在以下2个方面：.
?消缺(Defect Elimination -DE)
?大检修审查
4.3.1 消缺
这项工作从KBC设备专家开发出一套符合现场实际需求的基于工作选择的风险评估工作表作为基础。这通常是识别出前10个重点项 (bad actors) 。包括重整循环氢压缩机、中压加氢循环氢压缩机和催化烟气透平等。消缺程序应用到这前10个项目从而识别出成本的节省。该程序还包括消缺培训和问题根源分析法，这些都受到了炼油厂普遍的接受。
表4－2 消缺降低的设备使用成本
改进的机会识别出的成本降
低
(百万元人民币)
实施后的成本降低
(百万元)
旋转式机械 – 现场14.2 行动计划正在开发
其它设备 – 现场 1.8 行动计划正在开发总计16.0 -
销缺项目识别出的优化机会总计降低约4.6美分/桶原油的成本。
4.3.2 大修审查
对2＃催化装置进行了大修审查。这项工作的重点在于通过审查大修检修项目和大修时间的必要性从而节省大修费用。通过审查并减少不必要的检修项目62项，节省成本0.18美分/桶原油，同时检修时间的缩短也带来了额外的效益。