煉油廠工藝流程

1、煉油廠結構的分析模式 撰文/甄鐳（本文來自程序員雜志2002年11期）本文包括四個分析模式，這些模式描述了煉油廠的結構，包括：生產裝置模式（Refinery Production Unit Pattern）描述了裝置與裝置組的結構以及它們之間的關系；油品儲存模式（Oil Storage Pattern）描述了儲罐與罐區(qū)以及它們之間的關系；油品運輸模式（Oil Delivery Pattern）描述了與油品進出廠相關的碼頭、車站等儲運單元；加工流程模式（Production Process Pattern）描述了加工流程的組成。1. 引言1.1 目的筆者曾經(jīng)參與開發(fā)了許多煉油廠的信息系

2、統(tǒng)。這些系統(tǒng)幾乎涉及到煉油廠的所有管理層次，既有供車間使用的裝置單元操作系統(tǒng)，也有供領導使用的決策支持系統(tǒng)。在開發(fā)這些系統(tǒng)的過程中，技術人員常常會遇到一些與行業(yè)知識相關的障礙，例如，由于缺乏對煉油工藝基礎知識的了解，使參與項目的軟件工程師經(jīng)常會混淆一些術語，雖然這些術語在字面是相同的，但其對于不同層次的用戶而言含義往往不同。有人說，參與項目的工程師需要了解行業(yè)背景知識，但是為了開發(fā)一個信息系統(tǒng)，究竟了解多少才合適呢？通常情況下，如果開發(fā)團隊具備該領域的相關背景知識，會使應用軟件的開發(fā)更加順利。對于某些常見的應用系統(tǒng)，開發(fā)團隊往往比較容易掌握有關背景知識，例如對于一般軟件工程師來說，了解一個圖書

3、館的管理過程就比較容易。但是由于煉油工程離普通人生活太遠，在很多情況下，讓軟件工程師理解某些煉油工藝的術語是非常困難的，并且，讓軟件工程師掌握過多的煉油工藝知識，既無必要也會大大增加項目成本。因此，有必要開發(fā)一系列相關的分析模式，作為煉油廠信息系統(tǒng)的開發(fā)指南。本文的讀者主要是系統(tǒng)分析員、設計人員和程序員，這些模式可以幫助他們理解在開發(fā)項目中所需要的最基本的知識，并為他們提供一個通用的分析原型，從而使整個開發(fā)過程更有效率。本文的模式主要描述煉油廠的結構。需要指出，這里的結構不僅僅是物理結構，還包括不同業(yè)務環(huán)境中的邏輯結構。1.2 概述1.2.1 煉廠的典型結構圖1煉油廠的結構是非常復雜的，本文根

4、據(jù)開發(fā)信息系統(tǒng)的需要對其進行了簡化。圖1是一個煉油廠的邏輯結構。一般情況下，可以將煉油廠分為三個系統(tǒng)，即運輸系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)和生產系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)中的實體和連接實體的管線構成了煉油加工流程。生產系統(tǒng)將原油轉化為成品。生產系統(tǒng)中包括多種生產裝置，本文不考慮生產裝置的類型，如蒸餾、焦化、催化等，而僅僅著眼于裝置的物理結構。一個裝置包括一個或多個物料的進口和多個出口，通常稱為“側線”。裝置由設備組成，在業(yè)務中，常常把多個裝置作為一個整體進行處理。油品儲存系統(tǒng)儲存原油、成品油和半成品油。存儲系統(tǒng)由儲罐組成。儲罐是實際存在的實體，在業(yè)務中，常常把多個儲罐作為一組進行處理，稱為罐區(qū)。油品運輸系統(tǒng)負責原油進廠

5、和成品油的出廠。通常有多種運輸方式，包括船運、管道、鐵路運輸、公路運輸?shù)取Ｕ麄€煉廠的加工流程是由上述三個系統(tǒng)中的實體通過管線的連接而構成的。本文的四個模式就是針對以上三個系統(tǒng)和加工流程而設計的。1.2.2 煉廠結構模式圖2如圖2所示，本文包括四個模式：生產裝置模式（Refinery Production Unit Pattern）描述裝置和裝置組的結構；油品儲存模式描述儲罐和儲罐組的結構（Oil Storage Pattern）；油品運輸模式（Oil Delivery Pattern）描述油品輸入輸出單元的結構；加工流程模式（Production Process Pattern）描述加工流程的

6、構成。1.3 為什么僅描述靜態(tài)關系？目前已經(jīng)有很多針對不同領域的分析模式，例如Fer99。這些模式主要描述業(yè)務過程，而本文則僅僅描述煉廠的靜態(tài)結構，這是因為，在開發(fā)煉油廠信息系統(tǒng)的過程中，有許多分析中的錯誤是由于對煉廠結構不了解或者是誤解所導致的。一方面，煉廠中幾乎所有的業(yè)務過程都依賴于加工流程，加工流程由煉廠中的各種實體構成，如生產裝置、儲罐等；另一方面，每個業(yè)務過程又是根據(jù)各自的業(yè)務規(guī)則處理來自加工流程的各種數(shù)據(jù)，這就導致不同的業(yè)務過程有不同的加工過程視圖。在業(yè)務分析和系統(tǒng)分析時，分析人員最先接觸的總是這些視圖，而隱含在這些視圖背后的業(yè)務規(guī)則卻往往會被忽略，而在涉及到多個業(yè)務過程的復雜系統(tǒng)

7、時，就會發(fā)生不同子系統(tǒng)的分析結果互相矛盾的情況。因此我們有必要建立描述煉油廠的結構分析模式。這里的結構不僅是指物理結構，還包括在不同業(yè)務環(huán)境中的邏輯結構。針對煉油廠的具體業(yè)務的分析模式將在以后的工作中逐步建立。1.4 本文采用的描述方法本文主要采用UML對模式進行描述。雖然本文描述的都是分析模式，但還是采用了某些設計模式中通常采用的描述方法。為了更清楚地描述該結構，本文采用了類似于化工過程流程圖的表示方法。2. 生產裝置模式（Refinery Production Unit Pattern）2.1 意圖（Intent）本模式描述裝置和裝置組的結構和裝置組的類型。2.2 相關情形（Context

8、）（注：Context、Forces、Consequences是模式書寫的專用詞，其中有一些隱含的意思，如果讀者有更好的譯法或建議，請給作者發(fā)郵件。）生產裝置是煉廠的基本加工單元，它們是由塔、爐、泵等設備組成。每個裝置完成一個物理的或者化學的加工過程，如精餾、催化裂化、重整等。而裝置組則存在于業(yè)務活動中，它們由裝置組按照一定的業(yè)務規(guī)則組成。例如，在蒸餾車間主任的眼中，常減壓裝置有兩個入口，這也是實際的入口數(shù)。而統(tǒng)計部門則僅僅關心整個裝置的加工量，因此統(tǒng)計部門認為僅有一個入口。構成裝置組的業(yè)務規(guī)則常常是隱含的。在許多情況下，非常容易混淆裝置與裝置組，由此導致許多重要信息的丟失。因此需要一個概念模

9、型對裝置與裝置組的結構進行描述。這個模型應適應不同的業(yè)務需要。2.3 問題（Problem）如何開發(fā)一個生產裝置的概念模型以描述不同業(yè)務過程中的裝置組？2.4 難點與動因（Forces）（注：Forces是模式書寫的一個特點，這里是比喻的用法。作者的翻譯不一定確切，這里把它在模式中的英文含義列出，供讀者參考?！癐t  describes Trade-offs, goals+constraints, motivating factors/concerns, and tells why the problem is difficult.”）? 概念模型必須反映不同業(yè)務環(huán)境中的裝

10、置結構。? 裝置組的類型通常包含業(yè)務規(guī)則。2.5 解決方案（Solution）2.5.1 裝置與裝置組的結構裝置和裝置組有一些共同的屬性和行為，如物料平衡。一個裝置組包含一個或多個裝置或裝置組。裝置組的輸入（輸出）由一個或多個裝置的輸入（輸出）組成。定義裝置（Unit）類和裝置組（Unit Group）類分別描述裝置和裝置組。裝置組包含裝置或其它裝置組。定義一個抽象的裝置類（Abstract Unit），該類包含裝置和裝置組的共有屬性。裝置類和裝置組類都是該抽象類的子類。定義抽象的裝置輸入類（Abstract Unit Import），該類包含裝置和裝置組輸入類的共有屬性。定義抽象的

11、裝置輸出類（Abstract Unit Export），該類包含裝置和裝置組輸出類的共有屬性。圖3圖3是生產裝置模式的類圖。裝置類和裝置組類都是該抽象類的子類。一個裝置或裝置組包含多個物料的輸入口和多個物料的輸出口。裝置組的輸入口（或輸出口）與裝置組中裝置的輸入口（或輸出口）的關系比較復雜。通常情況下，一個裝置組的輸入口（或輸出口）是其裝置輸入口（或輸出口）的組合。在某些特殊情況下（見2.5.2 (2)），一個裝置的輸入口（或輸出口）對應于裝置組的多個輸入口（或輸出口）。裝置由設備組成。設備本身的結構與裝置的結構一樣復雜，關于設備的詳細描述已超出了本文的范圍。2.5.2 設備組的三種類型雖然在

12、不同的業(yè)務環(huán)境中，裝置組的構成規(guī)則不同，但所構成的裝置組總是在這三種類型中，它們是：簡單裝置組、統(tǒng)計型裝置組和時間統(tǒng)計型裝置組。(1)簡單裝置組（Simple Unit Group）簡單裝置組比較容易理解，它主要用來描述簡化加工流程，裝置組的輸入口和輸出口與其中裝置的輸入口和輸出口相對應。(2) 統(tǒng)計裝置組（Statistical Unit Group）圖5a圖5b如圖5所示，在這種情況下，一個裝置組的輸入（或輸出）由其所包含的裝置的輸入或輸出組成。這些組合的輸入可以被看作是一個輸入口。裝置組輸入口的物料流量是組成它的裝置輸入口的流量之和。但必須小心圖5（b）的情況，在這種情況下，裝置組與裝置

13、名稱相同，大部分輸入口與輸出口一一對應，只有幾個組合關系，這在分析過程中往往容易被忽略。(3) 時間統(tǒng)計裝置組（Statistical Unit Group by time）要考慮這種情況，裝置G可以處理兩種原料，即原料1和原料2。從日期A到日期B，它加工原料A，其產品是產品1和產品2。從日期B到日期C，它加工原料2，產品是產品2和產品3。從日期A到日期C的統(tǒng)計報表如表1所示。在這種情況下，裝置G應被看作是一個裝置組，該裝置組包括兩個輸入口和三個輸出口。2.5.3 如何區(qū)分裝置組的類型和業(yè)務規(guī)則區(qū)分裝置組類型有助于發(fā)現(xiàn)業(yè)務規(guī)則。通常方法如下：（1）列出所有裝置。這一般很容易實現(xiàn)，因為裝置是現(xiàn)實

14、存在的實體。（2）發(fā)現(xiàn)所分析業(yè)務范圍內的裝置組。必須注意，在業(yè)務范圍內的“裝置”都要按裝置組處理，至少在分析初期要這樣做。（3）建立裝置與裝置組的輸入口和輸出口之間的關系。（4）確定裝置組的類型。（5）列出可能的業(yè)務規(guī)則。（6）請最終用戶確認這些業(yè)務規(guī)則。還有一點需要注意：這里的“裝置”和“裝置組”并不是最終用戶的術語。在實踐中，最終用戶僅僅使用“裝置”這個詞，他們可以根據(jù)業(yè)務環(huán)境區(qū)別含義的不同，因此，在系統(tǒng)開發(fā)過程中，最好請他們采用同一定義的術語與軟件工程師進行交流。2.6 結果（Consequences）該模式有如下優(yōu)點：? 定義了煉廠生產裝置的通常結構，可以在許多應用中采用。?

15、 幫助區(qū)別裝置組及其類型，從而發(fā)現(xiàn)隱含的業(yè)務規(guī)則。? 簡化整個流程的描述。一個缺點是，該模式雖然可以幫助發(fā)現(xiàn)隱含的業(yè)務規(guī)則，卻并沒有把業(yè)務規(guī)則作為模式中的一個類，必須在具體的應用開發(fā)中加以注意。2.7 已知應用（Known Uses）在許多煉廠管理系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)該模式，如生產管理系統(tǒng)ZHA1999。2.8 相關模式 （Related Pattern）本模式中的裝置和設備是Composite patternGam95的實例。一個裝置的所有輸入口（所有輸出口）構成Collection SAN2001。3. 油品儲存模式(Oil Storage Pattern)3.1 意圖（In

16、tent）本模式描述了構成油品儲存系統(tǒng)的罐區(qū)結構，該模式適用于各種業(yè)務環(huán)境。3.2 相關情形（Context）油品儲存的主要設備是儲罐。在不同的業(yè)務環(huán)境中，油品儲存系統(tǒng)的范圍也不盡相同。例如，統(tǒng)計部門只關心原油的總儲量，因此，常常將所有的原油罐作為一個邏輯單元來處理，稱為原油罐區(qū)。而負責油品儲存的工程師要對每個儲罐單獨處理，因此需要一個邏輯模型來滿足所有應用的需要。3.3 問題（Problem）如何描述油品儲存系統(tǒng)來適應不同的業(yè)務環(huán)境？3.4 難點與動因（Forces）? 概念模型應反映不同業(yè)務環(huán)境下的油品儲存系統(tǒng)的結構。? 在有些業(yè)務中，常常將若干儲罐作為一個罐區(qū)處理。3

17、.5 解決方案（Solution）定義儲罐類描述實際存在的儲罐，定義罐區(qū)（Tank Group）描述一組儲罐。定義抽象儲罐類（Abstract Tank），該類包含儲罐和罐區(qū)的共同特性。罐區(qū)包括一個或多個儲罐或罐區(qū)。在罐區(qū)中的儲罐具有某種共同的屬性。區(qū)分罐區(qū)可以幫助發(fā)現(xiàn)某些潛在的業(yè)務規(guī)則。在業(yè)務上，通常有兩種罐區(qū)的劃分方法：? 根據(jù)儲罐中物料。例如原油罐區(qū)，90#汽油罐區(qū)。? 根據(jù)裝置。大多數(shù)的裝置從儲罐中獲得原料，并將產品輸出到儲罐。例如催化原料罐區(qū)、重整原料罐區(qū)等。3.6 結構圖7圖7是油品儲存模式類圖。儲罐抽象類包括罐和罐區(qū)的共用屬性和行為，例如容量（Capacity）和不平衡時間(Unbalancetim