中国石化原油物流运作模式分析

肖文涛

（中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，辽宁 大连 116043）

1 原油物流运作模式简介

原油物流是中国石化集团公司能源产业链的重要组成部分，原油物流系统的高效运转对降低物流成本、保障炼厂资源供给和提高企业生产效益具有重要意义。

中国石化原油物流呈集团化联盟运作模式[1]，原油运输过程需要集团公司总部、下属炼厂、贸易公司、管道公司等多方协同完成，具体运作流程如图1所示。

如图1所示，（1）物流系统中各方职责包括：各家炼厂制定生产计划，并根据生产计划提报资源需求（原油种类、数量、到货港、到货期等）；（2）总部汇总和协调资源信息，并向贸易公司下达采购任务；（3）贸易公司执行采购和编制油轮拼装-配送计划，将进口原油运回国内卸港；（4）管道公司编制管网转输计划，将进口原油和自产原油调和后配输至各家炼厂。

图1 原油物流运作流程示意图

中国石化原油物流包括远洋运输与管网转输两大重要环节。进口原油采购-远洋运输过程以油轮为纽带，形成了装港拼装、远洋运输和卸港配送三层运输过程。具体是指：众多大型油轮（常选用VLCC，船型容量为26万t）依次经过不同的装港拼装零散油品，而后经长途运输抵达我国海域，再依次经过各卸港按需求分卸相关批次油品，如图2所示。

原油经油轮运抵卸港后即进入管输环节。为优化基础设施建设投资，相邻地域炼厂常共用码头油库接卸原油，并经管网转输进厂。因此，便形成一个多种原油分支顺序管输的复杂生产任务。以东黄-东临管网为例，其原油流向如图3所示。

图2 进口原油远洋运输流程示意图

图3 东黄-东临管网原油流向图

东黄-东临管网的原油流向包括3个主要环节：（1）在月度时间内，大型油轮不断将进口高硫油和进口低硫油卸载至黄岛油库，掺混调和后经东黄复线分别输送至齐鲁石化和东营站；（2）东营站将黄岛站转输来的部分进口低硫油与胜利油掺混，而后与纯进口低硫油顺序输送至临邑站；（3）临邑站再将东营站转输来的各种原油分别经临济线、鲁宁线和临濮线输送至济南炼化、沿江炼化和洛阳石化。在东黄-东临管网中，东营、临邑是两个重要的中转站场，在接收上游来油的同时，又要向下游发送油品。执行输油任务时，要求严格保证两个站场的油罐储量实时处于规定范围内。

进口原油种类繁多，批次零散，装/卸港及炼厂所处地域分布广泛。为降低原油运输费用，中国石化采用集团化联盟运作模式运输原油，通过租用大型油轮将零散批次的油品拼装、配送至国内卸港，节约远洋运输费用；通过大管径管道顺序输送各零散批次调和油品至沿途各家炼厂，降低管网转输能耗。集团化联盟运作模式具有较高的经济性，但也面临着多方面的挑战。

2 原油物流优化运作所面临的挑战

远洋运输方案和管网转输方案优化是实现原油物流降本增效的关键，其面临的挑战主要包括问题属性、设施瓶颈和数据处理三个方面。

2.1 问题属性方面的挑战

原油远洋运输方案优化是受复杂规则约束的，包含装/卸港航线、装/卸时间、船型选择、油种替换、批次拆分、数量增减等多维度变量组合优化的，具有动态-模糊特性的大规模NP难问题[6]。原油管网运输方案优化是一种受众多条件约束的、涉及既节能又平稳的矛盾性多目标优化问题。对于大规模NP难问题和矛盾性目标优化问题，当前尚无高效的标准求解算法。

2.2 设施瓶颈方面的挑战

近年来，地炼原油采购加工权逐渐放开，卸港泊位资源占用率日益增长，油轮集中到港现象进一步加剧。另外，随着炼化企业加工能力大幅增长，原油分储分输要求进一步细化，很多配套储运设施已无法满足输送要求。中国石化多条原油管线满/超负荷运行，部分油库储罐大修进度明显滞后，多个站场中转罐容长期被占，储运硬件设施的瓶颈现象日益凸显。

2.3 数据处理方面的挑战

原油物流业务涉及总部、炼厂、贸易公司、储运公司等众多部门，各部门都会产生大量的数据，各种数据间有复杂的逻辑关系。例如：编制远洋运输计划涉及的数据包括油品种类、油品性质、批次数量、船型船期、拼装方案、装/卸航线、到货期限、港口水深、油库容量、环保法规、港口天气、报关程序等；编制管网转输计划时涉及的数据包括油泵性能、管径大小、承压能力、地形起伏、中转罐容、到油节点、调和方案、油品粘度、油品批次、混油界面、切换时间等。如何有效关联全局数据，保证各部门间的数据互通、互懂、互用值得深入研究。

3 原油物流优化运作技术研发建议

中国石化炼化原油以进口为主，原油物流涉及采购、远洋运输、管网转输、油库储备等众多环节，各环节紧密关联，需要从全局掌控协调和优化管理，是一项复杂的系统工程。针对中国石化原油物流优化问题的特殊属性，建议加强炼厂需求协同优化、原油远洋运输优化、原油管网智能排产和全局数据沟通掌控等成套优化技术的研发和应用，以提高原油物流系统的运转效率。

3.1 炼厂需求协同优化技术

炼厂生产计划优化应综合权衡生产效益与运输成本。当前炼厂的生产计划优化以销售收益与采购加工成本之差为目标函数，通过线性规划+递归的方法优化原油采购需求。由于目标函数中并未考虑运输成本，因而形成很多零散的需求批次，增加了油轮运输计划编制的难度。当前阶段，远航程拼装、远航程配送、油轮多次靠港、集中到港等不利现象频频发生，导致靠港费用、亏舱费用及滞期费用急剧增长，生产计划优化所获得的效益往往被远洋运费损耗“吃尽”。此外，油轮多港配送和集中到港等因素也增大了管输峰值压力和中转站场罐容压力，直接影响原油管网运行的平稳性和经济性。

为提高企业炼化生产的整体效益，建议开发新的生产计划优化模型，将运输成本纳入优化目标函数中，并开发相应的求解算法，合理排布生产计划和运输计划，减少小批量需求的提报频次，以降低油轮运输方案和管网排产方案优化的难度，降低原油物流成本。同时建议加强各炼厂间的资源信息沟通，相邻地域（可共用原油卸港以及转输管网）的炼厂可通过协同提报需求的方法，预先将零散的小批量需求拼装成整船，进一步降低原油拼装运输计划的编制难度，如图4所示。

图4 相邻地域炼厂协同提报需求计划

3.2 原油远洋运输优化技术

关于原油远洋运输方面的研究逐渐增多[1-6]，相关研究结论也逐渐贴近实际应用。在某局部时域内，原油远洋运输方案优化是静态的、优化目标明确的小规模NP难问题；从全时域来讲，原油远洋运输方案优化是动态的、优化目标模糊的大规模NP难问题。

对于某时域内的静态局部优化问题，建议研发更为高效的智能算法来直接求解。而对于全时域动态-模糊优化问题，建议研发全局可视化优化方法，以人机混合智能的模式，启发各区域的业务人员根据市场资源和炼厂需求的动态变化进行协同响应和编制运输计划，同时也可辅助拼接由智能算法所求得的各时间节点的局部优化方案，形成全局优化方案。

贸易公司应加强对远洋运输模糊因素的掌控，拓展优化范围，例如：需求油品的数量可在±5%的区间内浮动（极少部分的小批量需求甚至可经炼厂协商而完全“砍掉”），部分需求油品的种类也可在炼厂指定的小范围内调整等，从而充分发掘不合理的运输需求并进行优化调整，同时应对带有固定装期的市场资源进行合理的选择采购，以提高原油远洋运输方案的经济性和可执行性。

3.3 原油管网智能排产技术

当前原油管道运行优化研究大都是针对管网输送单一油种的情况[7-10]，部分关于原油管道顺序输送的研究则主要解决的是混油切割、泄漏检测或水-热力安全问题[11-14]，不能有效解决矛盾性多目标优化问题。

原油管网运输方案优化时提倡选择次优的支管流量组合，以损失部分能耗为代价来减少批次切换次数，以保障平稳运行，降低管输峰值流量压力和缓解各级罐区的峰值存储压力。原油管网运输方案优化需要跳出数学建模算法求解的传统思路，重点解决管道快速水力建模优化和管网批次顺序排布优化这两个关键问题。

在管道快速水力建模优化方面，当前一般通过拖拽泵控件、管道控件等组合构建管道水力模型，但设置多级泵站、多节管道、多种油品的相关参数往往需要耗费大量的时间，难以实现对经济流量区间的快速搜索。建议开发控件-数据库绑定式建模方法，预先将泵性能参数、管道参数等存在数据库中，在拖拽模型完成后，通过点击控件批量导入相应参数，完成模型参数设置。如图5所示。

图5 控件-数据库绑定式水力建模示意图

在管网批次顺序排布优化方面，建议开发可视化的管网智能排产方法，通过人机混合智能的方式灵活调整目标函数，实现对节能-平稳矛盾性目标的折中优化。

3.4 全局数据沟通掌控技术

原油远洋运输月度计划一般包含100多个批次油品的油轮、油种、拼装方案、卸载港口、到货日期等数据，管网转输涉及任务油种-数量、管网各支管管输能力、码头及管网沿途各站的缓冲罐容等数据。各类数据规模较大，且相互之间具有复杂的逻辑关联。普通的数据互通并不能辅助原油物流优化。要实现对原油物流的全局掌控，需要抽象化的数据表达形式，通过各类数据的趋势预测及明示数据间的逻辑关系，启发各环节的业务人员全局协同优化原油物流方案。

全局数据沟通掌控方法较多，其中文献[6]中提出的原油采购-远洋运输方案模糊聚类图优化法较为适用。不足的是，聚类图中缺少原油远洋运输与管网转输业务之间的联系。如前文所述，远洋运输与管网转输业务协同优化的关键在于油源储备均衡度的控制。油轮抵达中国后需根据码头罐容、炼厂需求等情况动态优化卸港方案，此时，只需在聚类图中加一条码头罐容曲线即可实现远洋运输与管网转输业务的对接，如图6所示。

图6中各图形、线条等信息意义如下：

（1）横坐标标识时间，纵坐标标识卸港。

（2）圆形标识炼厂需求，与圆形联结的粗直线（简称圆形粗直线）的起点为指定的到货期，长度为该批次油品卸船所需要的时间跨度，线下方对应的文字标识需求的油种、数量信息。圆形粗直线重叠严重表示炼厂提报需求不合理，可能导致油轮集中到港。

（3）与方形联结的粗直线（简称方形粗直线）标识已采购并编制完运输计划的资源，方形粗直线的起点为油轮计划抵港日期，长度为卸载相应批次油品所需要的时间跨度，线上方的文字标识资源的种类、数量信息。各方形粗直线之间的虚联结曲线标识相应批次资源用同一油轮拼装。方形粗直线重叠严重则表明油轮积港，会增加油轮滞期风险和管网转输压力。

（4）细实曲线表示卸港空闲罐容总量。细实曲线纵坐标与空闲罐容成正比。当细实曲线标识的空闲罐容不足时，油轮抵港后会因罐容不足而等待卸载，产生巨额滞期费用。

图6中标识需求的数据由炼厂提供，标识船期的数据由贸易公司提供，标识卸港空闲罐容的数据由管道公司提供，协调审批由集团公司总部决策，形成了连接各家单位的全局数据沟通方法。除具有辅助分析决策功能外，全局数据沟通掌控技术还可实现对油轮滞期数据的汇总和对数据规律的挖掘，辅助排查转储瓶颈，积极增加码头及管网沿途各站罐区设施或改造转储工艺，以提高转储平稳性和降低物流成本。

图6 全局数据衔接控制方法

4 结束语

（1）中国石化原油物流系统承担着多油种、多批次、多分卸的复杂原油运输任务，涉及采购、远洋运输、管网转输、油库储备等众多环节，各环节紧密关联，需要以集团化的运作模式从全局掌控协调和优化管理。

（2）针对中国石化原油物流优化问题的特殊属性，建议加强炼厂需求协同优化、原油远洋运输优化、原油管网智能排产和全局数据沟通掌控等成套优化技术的研发和应用，以提高原油物流系统的运转效率。

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