Với xu thế phát triển xã hội nhanh chóng như hiện nay thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao và đặc biệt là phải kể đến nhu cầu về sử dụng dầu cũng như là các sản phẩm về dầu. Vì vây bài toán lọc dầu hiệu quả đáp ứng được tốt nhất về nhu cầu của thị trường nhưng là đảm bảo mức tổng chi phí lọc dầu là nhỏ nhất luôn được đặt ra với hệ thống nhà máy. Bài tập lớn số 1 được xây dựng, mô phỏng phương thức hoạt động đơn gian của 1 nhà máy lọc dầu với các quá trình lọc dầu cụ thể và những yêu cầu về nhu cầu cũng như là chi phí sản xuất. Trình tự tiến hành giải quyết bài toán: Phần 1. Vẽ sơ đồ dòng năng lượng trong nhà máy Phần 2: Thiết lập bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho nhà máy Phần 3: Đánh giá kết quả bài toán.
Trang 1VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Quy ho ch và phát tri n h th ng năng l ạch và phát triển hệ thống năng lượng ển hệ thống năng lượng ệ thống năng lượng ố 1 ượng ng
huy_ctn
Báo cáo bài t p l n s 1 ập lớn số 1 ớn số 1 ố 1 1
Trang 2M c L c ục Lục ục Lục
Phần I Vẽ sơ đồ dòng năng lượng trong nhà máy 2
1.1 Quá trình chưng cất dầu thô 2
1.2 Quá trình tái chế Naphta 3
1.3 Quá trình Craking 3
Phần II Thiết lập bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho nhà máy 6
2.1 Điều kiện về hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô 7
2.2 quá trình chưng cất 7
2.3 Quá trình tái chế Naphta 8
2.4 Quá trình Craking dầu cặn và trộn tạo FO 9
2.5 Xác định lượng khí và dầu cặn tự dùng trong phân xưởng sản xuất 10
2.5.1 Tự dùng của phân xưởng chưng cất 11
2.5.2 Tự dùng của phân xưởng tái chế 11
2.5.3 Tự dùng của phân xưởng Craking 12
2.6 Thiết lập bài toán 12
2.6.1 Nhóm điều kiện ràng buộc 1: Hàm lượng lưu huỳnh của dầu thô 12
2.6.2 Nhóm điều kiện ràng buộc 2: Nhu cầu sản phẩm cuối cùng ( nghìn tấn ) 12
2.6.3 Nhóm điều kiện ràng buộc 3: Chi phí sản xuất 13
2.6.4 Nhóm điều kiện ràng buộc 4: Năng lực sản xuất của phân xưởng 14
2.6.5 Nhóm điều kiện ràng buộc 5: Tự dùng trong phân xưởng sản xuất 14
2.6.6 Ràng buộc 6: Tỷ lệ trộn giữa DO và dầu cặn 15
2.6.7 Bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho nhà máy lọc dầu: 15
Phần III Kết quả bài toán 17
3.1 Kết quả bài toán sau khi chạy qua phần mềm Lindo 17
3.2 Đánh giá kết quả của bài toán 21
3.2.1 Kịch bản sản xuất để có thể đạt cực tiểu chi phí 21
3.2.2 Nhận xét các kết quả 22
Trang 3Phần I Vẽ sơ đồ dòng năng l ượng trong nhà máy ng trong nhà máy
1.1 Quá trình ch ng c t d u thô ư ất dầu thô ầu thô
Sau khi kết thúc hoàn toàn quá trình chưng cất dầu thô ta thu được 4 loại sản phẩm: Khí, Naphta, DO, Dầu cặn Ta có thể tóm lược lại quá trình theo sơ đồ sau
Kết thúc quá trình chưng cất:
Toàn bộ lượng Naphta được tiếp tục tái chế
Do và dầu cặn được trộn theo tỷ lệ nhất định tạo FO
Khí ngoài việc thỏa mãn nhu cầu về khí thì Khí sản xuất được cùng với 1 lượngdầu cặn còn được tự dùng trong nhà máy
1.2 Quá trình tái ch Naphta ế Naphta
Toàn bộ lượng Naphata thu được sau quá trình chưng cất sẽ được đem tái chế tại
1 trong 3 phân xưởng, mỗi phân xưởng đều có thể hoạt động với 2 chế độ khác nhau
và cho ra các tỷ lệ về sản phẩm Khí và Xăng là khác nhau
Báo cáo bài t p l n s 1 ập lớn số 1 ớn số 1 ố 1 3
Trang 4Lượng Xăng thu được sauu quá trình tái chế Naphta được sử dụng hoàn toàn để thỏa mãn nhu cầu về xăng, còn lượng khí sản xuất được sau khi kết thúc quá trình tái chế ngoài việc thỏa mãn nhu cầu về xăng còn sử được phân xưởng tự dùng.
Ta có thể tóm lược lại quá trình theo sơ đồ sau:
1.3 Quá trình Craking
Toàn bộ lượng dầu DO thu được sau quá trình chưng cất ngoài việc thỏa mãn nhu cầu
về dầu DO còn được trộn với 1 lượng Dầu căn nhất định tạo dầu FO Và lượng dầu cặn còn lại sau quá trình trộn tạo FO sẽ được tiếp tực đưa vào quá trình Craking để có thể thu được các sản phẩm : Khí, Xăng, DO, FO
Đồng thời quá trình cũng có tự dùng 1 phần khí cũng như là là dầu cặn với tỷ lệ phụ thuộc vào khối lượng đầu vào với các số liệu cụ thể tương ứng 4,3% và 4%
Ta có thể tóm lược quá trình trong sơ đồ sau:
Trang 5Báo cáo bài t p l n s 1 ập lớn số 1 ớn số 1 ố 1 5
Trang 6Vậy như sau các quá trình trên ta có thể tổng hợp lại cho ra được sơ đồ sản xuất tại nhà máy lọc dầu đối với 1 loại dầu sẽ là:
Tươngng tự như vậy ta sẽ thu được quá trình biến đổi của 6 loại dầu thông trong nhà máy lọc dầu:
Trang 7Ph n II Thi t l p bài toán xây d ng k ho ch s n xu t t i u cho ầu thô ế Naphta ập bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ế Naphta ạch sản xuất tối ưu cho ản xuất tối ưu cho ất dầu thô ối ưu cho ư nhà máy
Như đã giới thiệu về bài toán lọc dầu ở phần trên ta có thể nhận thấy quá trình lọc dầu diễn ra với 3 quá trình lớn: chưng cất, tái chế, craking
Gọi lần lượt lượng tổng toàn bộ lượng dầu thô của 6 loại dầu thô tham gia vào sản xuất lần lượt là: B1, B2, B3, B4, B5, B6
Trong quá trình chưng cất dầu thô nhà máy có sử dụng đồng thời 2 phân xương đó là phân xưởng I ( PX I) và phân xưởng II ( PX II) với tỷ lệ sản phẩm sau khi kết thúc quá trình đều là như nhau
Vậy ta tiến hành gọi tên biến như sau:
Lượng dầu thô mà loại 1 tham gia vào quá trình lọc dầu tại PX I và PX II lần lượt
Trang 8 B3 = B31+B32.
B4 = B41+B42.
B5 = B51+B52.
B6 = B61+B62
2.1 Đi u ki n v hàm l ều kiện về hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô ện về hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô ều kiện về hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô ượng trong nhà máy ng l u huỳnh trong d u thô ư ầu thô
Hàm lượng lưu huỳnh của mỗi một loại dầu thô tương ứng được cho ở bảng sau:
Hàm lượng lưu huỳnh của dầu thô
0,008B1 + 0,008 B2 + 0,011B3 + 0,003B5 – 0,001B6 >= 0
0,008(B11+B12) + 0,008(B21+B22¿ + 0,011(B31+B32¿ + 0,003(B51+B52¿ – 0,001(
B61+B62¿ >= 0
2.2 quá trình ch ng c t ư ất dầu thô
Kết thúc quá trình chưng cất tổng khối lượng sản phẩm thu được lần lượt là:
Khí = 0,28(B11+B12¿ + 0,22(B21+B22¿+ 0,23(B31+B32¿ + 0,3(B41+B42¿ + 0,2(B51+B52¿ +
0,19(B61+B62¿
Naphta = 0,32(B¿¿11+B12)¿ + 0,27(B21+B22¿ + 0,4(B31+B32¿ + 0,25(B41+B42¿ + 0,2(
B51+B52¿ + 0,17(B61+B62¿
Trang 9DO = 0,2(B11+B12¿ + 0,25(B21+B22¿ + 0,2(B31+B32) + 0,23(B41+B42¿ + 0,2(B51+B52¿ +
0,45(B61+B62¿
Dầu cặn = 0,2(B11+B12¿ + 0,26(B21+B22¿ + 0,17(B31+B32) + 0,22(B41+B42¿ + 0,4(B51+B52¿
+ 0,19(B61+B62¿
2.3 Quá trình tái ch Naphta ế Naphta
Toàn bộ lượng Naphta thu được sau quá trình chưng cất đem tái chế hoàn toàn Việc táichế sẽ được diễn ra tại 1 trong 3 phân xưởng , mỗi phân xưởng có 2 chế độ là việc khác nhauchế độ 1 và chế độ 2 với tỷ lệ sản xuất của tường loại sản phẩm là khác nhau
Trường hợp 1: Toàn bộ lượng Naphta thu được sau quá trình chưng cất được tái chế
hoàn toàn tại phân xưởng 1 với chế độ làm việc 1 và 2
Gọi B 11tc và B 12 tc lần lượt là lượng Naphta được tái chế tại phân xưởng 1 nhưng với chế
độ 1 và 2
Đồng thời B 11tc+B 12tc = 0,32(B¿¿11+B12)¿ + 0,27(B21+B22¿ + 0,4(B31+B32¿ + 0,25(
B41+B42¿ + 0,2(B51+B52¿ + 0,17(B61+B62¿
Lúc này hiệu suất của quá trình tái chế tại phân xưởng 1 lần lượt sẽ là:
Phân xưởng Chế độ làm việc
Trường hợp 2: Toàn bộ lượng Naphta thu được sau quá trình chưng cất được tái chế
hoàn toàn tại phân xưởng 2 với chế độ làm việc 1 và 2
Gọi B 21tc và B 22tc lần lượt là lượng Naphta được tái chế tại phân xưởng 2 nhưng với chế
Trang 10Lúc này hiệu suất của quá trình tái chế tại phân xưởng 1 lần lượt sẽ là:
Trường hợp 3: toàn bộ lượng Naphta thu được sau quá trình chưng cất được tái chế
hoàn toàn tại phân xưởng 3 với chế độ làm việc 1 và 2
Gọi B 31tc và B 32tc lần lượt là lượng Naphta được tái chế tại phân xưởng 2 nhưng với chế
độ 1 và 2
Đồng thời B 31tc+B 32 tc = 0,32(B¿¿11+B12)¿ + 0,27(B21+B22¿ + 0,4(B31+B32¿ + 0,25(
B41+B42¿ + 0,2(B51+B52¿ + 0,17(B61+B62¿
Lúc này hiệu suất của quá trình tái chế tại phân xưởng 1 lần lượt sẽ là:
Trang 112.4 Quá trình Craking d u c n và tr n t o FO ầu thô ặn và trộn tạo FO ộn tạo FO ạch sản xuất tối ưu cho
Toàn bộ lượng dầu DO thu được sau quá trình trưng cất tiếp tục tham gia các quá trình sau:
Trộn tạo dầu FO cùng với dầu cặn : gọi lượng tham gia trộn tạo là B DOFO
Thỏa mãn nhu cầu về dầu DO: gọi lượng dầu DO này là B DODO
Với điều kiện:
B DOFO+B DODO = 0,2(B11+B12¿ + 0,25(B21+B22¿ + 0,2(B31+B32) + 0,23(B41+B42¿ + 0,2(
B51+B52¿ + 0,45(B61+B62¿
Toàn bộ lượng dầu cặn thu được sau quá trình chưng cất dầu thô tiếp tục được tham gia cácquá trình như sau:
Trộn tạo dầu FO cùng dầu DO: gọi lượng tham gia trộn tạo là B DCFO
Tham gia quá trình craking: gọi lượng tham gia quá trình này la B DCCK
Tự dùng trong các phân xưởng sản xuất: gọi lượng tham gia quá trình này là B DCTD.Với điều kiện:
B DCFO + B DCCK + B DCTD = 0,2(B11+B12¿ + 0,26(B21+B22¿ + 0,17(B31+B32) + 0,22(B41+B42¿ +
0,4(B51+B52¿ + 0,19(B61+B62¿
Lượng dầu căn tham gia quá trình Craking là B DCCK để tại các sản phẩm: Khí, Xăng, DO, FO
và lượng dầu này được Craking trong 2 phân xưởng với khối lượng lần lượt là:
B DCCK 1 là lượng dầu cặn được Crakinh tại phân xưởng 1
B DCCK 2 là lượng dầu cặn được Craking tại phân xưởng 2
B DCCK 1 + B DCCK 2 = B DCCK
Với tỷ lệ sản phẩm của quá trình như sau:
Trang 122.5 Xác đ nh l ịnh lượng khí và dầu cặn tự dùng trong phân xưởng sản xuất ượng trong nhà máy ng khí và d u c n t dùng trong phân x ầu thô ặn và trộn tạo FO ựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ưởng sản xuất ng s n xu t ản xuất tối ưu cho ất dầu thô
Như đã trình bày ở trên thì ngoài việc thỏa mãn nhu cầu về sản phẩm cuối cùng thì Khí vàDầu cặn còn được sử dụng để tự tiêu thụ trong các phân xưởng sản xuất:
Lượng khí tự dùng B KTD trong các phân xưởng là: B KTDCC , B KTDTC và B KTDCK
B KTDCC+¿ B KTDTC + B KTDCK = B KTD
Lượng dầu cặn tự dùng B DCTD trong các phân xưởng là: B DCTDCC , B DCTDTC và B DCTDCK
B DCTD = B DCTDCC + B DCTDTC + B DCTDCK
2.5.1 T dùng c a phân x ựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ủa phân xưởng chưng cất ưởng sản xuất ng ch ng c t ư ất dầu thô
Tỷ lệ khí và dầu cặn tự dùng của phân xưởng chưng cất cho bởi bảng sau ( Đơn vị %) :
2.5.2 T dùng c a phân x ựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ủa phân xưởng chưng cất ưởng sản xuất ng tái ch ế Naphta
Tỷ lệ tự dùng của phân xưởng tái chế (Đơn vị tính: %)
Phân xưởng 1 Phân xưởng 2 Phân xưởng 3
Vậy tổng lượng Khí và Dầu cặn tự dùng trong các phân xưởng là:
Trường hợp 1 toàn bộ lượng Naphta tham gia tái chế tại phân xưởng 1 với chế độ làm
Trang 13 Trường hợp 3 toàn bộ lượng Naphta tham gia tái chế tại phân xưởng 3 với chế độ làm
việc 1 và 2
B KTDTC + B DCTDTC = 0,033B 31tc + 0,033B 32tc.
2.5.3 T dùng c a phân x ựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ủa phân xưởng chưng cất ưởng sản xuất ng Craking
Mức nhu cầu tự dùng của hai phân xưởng Cracking phụ thuộc vào khối lượng đầu vàovới các số liệu cụ thể tương ứng là 4,3% và 4%
Vậy tổng lượng khí và dầu cặn tự dùng trong các phân xưởng là:
B KTDCK + B DCTDCK = 0,043B DCCK 1 + 0,04B DCCK 2.
2.6 Thi t l p bài toán ế Naphta ập bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho
2.6.1 Nhóm điều kiện ràng buộc 1: Hàm lượng lưu huỳnh của dầu thô
0,008(B11+B12) + 0,008(B21+B22¿ + 0,011(B31+B32¿ + 0,003(B51+B52¿ – 0,001(
B61+B62¿ >= 0
2.6.2 Nhóm điều kiện ràng buộc 2: Nhu cầu sản phẩm cuối cùng ( nghìn tấn )
Khí chúng ta thu được sau tổng các quá trình sau: chưng cất, tái chế Naphta và
craking dầu cặn Và đồng thời bị tiêu dùng tại các phân xưởng
Tổng lượng khí thỏa mãn nhu cầu về sản phẩm cuối cùng là (tấn) :
Trang 14 DO chúng ta thu được sau các quá trình sau: chưng cất, Craking dầu cặn Và đồng
thời DO còn tham gia trộn tạo FO cùng dầu cặn ( tấn)
Tổng lượng DO thỏa mãn về nhu cầu sản phẩm cuối cùng là:
DO = 0,2(B11+B12¿ + 0,25(B21+B22¿ + 0,2(B31+B32) + 0,23(B41+B42¿ + 0,2(
B51+B52¿ + 0,45(B61+B62¿+ 0,24 B DCCK 1 + 0,244B DCCK 2 - B DOFO >= 135000
FO chúng ta thu được sau các quá trình sau: trộn tạo FO từ DO và dầu cặn, Craking
Tổng lượng FO thỏa mãn về nhu cầu sản phẩm cuối cùng là (tấn) :
FO = B DCFO + B DOFO + 0,23 B DCCK 1 + 0,253B DCCK 2 >= 180000
2.6.3 Nhóm điều kiện ràng buộc 3: Chi phí sản xuất
Chi phí mua và chế biến dầu thô trong các thiết bị chưng cất được tính gộp và có giá trịtương ứng ở bảng sau:
Chi phí sản xuất của phân xưởng chưng cất (Đơn vị tính: nghìn $/ tấn)
Trang 15Chi phí để xử lý một tấn Naphta tại phân xưởng tái chế phụ thuộc vào chế độ vận hành vàđược cho ở bảng sau:
Chi phí sản xuất của phân xưởng tái chế (đơn vị tính: nghìn $/ tấn)
2.6.4 Nhóm điều kiện ràng buộc 4: Năng lực sản xuất của phân xưởng
Năng lực sản xuất của phân xưởng chưng cất:
Trang 162.6.6 Ràng buộc 6: Tỷ lệ trộn giữa DO và dầu cặn
DO và dầu cặn được trộn tạo FO theo tỷ lệ không được nhỏ hơn ¼
4 B DOFO - B DCFO ≥ 0
2.6.7 Bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho nhà máy lọc dầu:
Điều kiện ràng buộc:
Trang 18Ph n III K t qu bài toán ầu thô ế Naphta ản xuất tối ưu cho
3.1 Kết quả bài toán sau khi chạy qua phần mềm Lindo
Chạy chương trình với phần mềm Lindo theo những ràng buộc đã lập:
Min
210B11+214B12+192B21+198B22+218B31+210B32+176B41+176B42+200B51+204B52+186B61+190B62+94B11tc+104B12tc+110B21tc+106B22tc+100B31tc+96B32tc+76Bdcck1+84Bdcck2
St
0.28B11+0.28B12+0.22B21+0.22B22+0.23B31+0.23B32+0.3B41+0.3B42+0.2B51+0.2B52+0.19B61+0.19B62+0.65B11tc+0.69B12tc+0.67B21tc+0.68B22tc+0.66B31tc+0.71B32tc+0.26Bdcck1+0.253Bdcck2-Bktd>=200000
0.35B11tc+0.31B12tc+0.33B21tc+0.32B22tc+0.34B31tc+0.29B32tc+0.27Bdcck1+0.25Bdcck2>=125000
0.2B11+0.2B12+0.25B21+0.25B22+0.2B31+0.2B32+0.23B41+0.23B42+0.2B51+0.2B52+0.45B61+0.45B62+0.24Bdcck1+0.244Bdcck2-Bdofo>=135000
Bdcfo+Bdofo+0.23Bdcck1+0.253Bdcck2>=180000
0.2B11+0.2B12+0.26B21+0.26B22+0.17B31+0.17B32+0.22B41+0.22B42+0.4B51+0.4B52+0.19B61+0.19B62-Bdctd-Bdcfo-Bdcck1-Bdcck2=0
0.8B11+0.8B12+0.8B21+0.8B22+1.1B31+1.1B32+0.3B51+0.3B52-0.1B61-0.1B62>=0B11tc+B12tc+B21tc+B22tc+B31tc+B32tc-0.32B11-0.32B12-0.27B21-0.27B22-0.4B31-0.4B32-0.25B41-0.25B42-0.2B51-0.2B52-0.17B61-0.17B62=0
Bktd+Bdctd-0.053B11-0.05B12-0.048B21-0.046B22-0.05B31-0.054B32-0.048B41-0.032B22tc-0.033B31tc-0.033B32tc-0.043Bdcck1-0.04Bdcck2=0
Trang 19Ta thu được kết quả:
LP OPTIMUM FOUND AT STEP 17
OBJECTIVE FUNCTION VALUE
Trang 20ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES
RANGES IN WHICH THE BASIS IS UNCHANGED:
OBJ COEFFICIENT RANGES
VARIABLE CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE
COEF INCREASE DECREASE
Trang 21RIGHTHAND SIDE RANGES
ROW CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE
Trang 223.2 Đánh giá kết quả của bài toán
Từ kết quả bài toán sau khi chạy chương trình ta kết luận chi phí tối ưu của nhàmáy là : 0.1837547E+09 183,754,700 nghìn USD
.2.2 Nh n xét các k t qu ập bài toán xây dựng kế hoạch sản xuất tối ưu cho ế Naphta ản xuất tối ưu cho
Nghiệm tối ưu của bài toán:
X (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 613347.812500, 0,142816.718750, 0, 146948.406250, 0, 0, 0, 0,272474.281250, 0, 0, 52970.585938, 0, 117330.914062, 0, 0, 0)
3.2.2.1 Thay đ i giá tr bên ph i c a các ràng bu cổi giá trị bên phải của các ràng buộc ị bên phải của các ràng buộc ải của các ràng buộc ủa các ràng buộc ộc
Kết quả ban đầu của bài toán:
RIGHTHAND SIDE RANGES
ROW CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE
Trang 23Ví dụ: Ở ràng buộc đầu tiên về nhu cầu của khí thì lượng khí đáp ứng nhu cầu về khícuối cùng có thể thay đổi để nghiệm tối ưu ban đầu là không thay đổi nhưng lượng khí lớnnhát có thể đạt được là 263193.925781 (tấn) và nhỏ nhất có thể đạt là 200000 (tấn) có nghĩa
là với giá trị ban đầu về nhu cầu cuối cùng về khí của bài toán thì có thể tăng them 1 lượng là63193.925781 Còn nếu lượng biến đổi thêm vượt ngoài khoảng giá trị của RIGHTHANDSIDE RANGES thì bài toán sẽ có giá trị tối ưu mới
Ta sẽ cùng xem lại kết quả nếu như lúc này giá trị bên phải của ràng buộc 1 ( nhu cầucuối cùng về khí ) thay đổi khỏi giá trị ban đầu của bài toán
TH1: Lượng thay đổi về nhu cầu khí cuối cùng nằm trong phạm vị ALLOWABLE
INCREASE và ALLOWABLE DECREASE
Giả sử lượng khí thỏa mãn nhu cầu cuối cùng lúc này là 250000 (tấn) kế quả thu được
về nghiệm tối ưu của bài toán sẽ là không thay đổi:
LP OPTIMUM FOUND AT STEP 0
OBJECTIVE FUNCTION VALUE