ВведениеОдними из основных задач химической технологии являются создание новых высокоэф-фективных процессов и совершенствование уже существующих. Решение этих задач возможно только с помощью разработки и использования систем автоматического проектирования и оп-тимизации химико-технологических процессов [1–3]. При автоматизации технологических процессов нефтегазовой промышленности важным критерием является оптимальное управление ресурсами процессов технологических установок. Это подразумевает ведение оптимального режима регулирования основных параметров устано-вок, определяющих качество продуктов на их выходе. Такое ведение технологического процесса повышает эффективность управления предприятием, которое выражается в увеличении его прибыли за счет увеличения качества производимой продукции, что, в свою очередь, повышает стоимость сырья на рынке сбыта и уменьшает его себестоимость. Формирование модели многофакторных предпочтений для выбора эффективной установки гидроочисткиСуществует достаточно большое количество установок гидроочистки (УГО) дизельного топлива: Л-24-6, Л-24-7 (УГО-1), ЛЧ-24-7 (УГО-2), Секция ГО ЛК-6у (УГО-3), ЛЧ-24-2000 (УГО-4), которые предназначены для снижения содержания азотистых, кислородсодержащих, сернистых и непредельных соединений в сырьевой смеси бензиновых фракций путем каталити-ческих превращений и получения стабильного гидрогенизата [4, 5]. Зачастую выбор определен-ной УГО из представленного множества является непростой задачей в связи с большим количе-ством параметров, влияющих на эффективность процесса гидроочистки. Наличие нескольких режимных параметров, влияющих на эффективность гидроочистки, приводит к постановке мно-гокритериальной задачи выявления наиболее эффективной УГО с оптимальными параметрами.В данной работе приводится итеративно-фрагментарный подход к формированию модели многофакторных предпочтений для выбора эффективной УГО с оптимальными режимами па-раметров. При реализации итеративного метода процесс принятия решения представляется в виде ряда шагов – от предварительного формирования информации о предпочтениях через ее корректировку для устранения противоречивости до окончательного решения [6–8]. В качестве исходных данных для расчетов были приняты результаты анализа режимов ра-боты УГО с разным процентным содержанием серы в сырье и перерабатываемой мощностью сырья в год. По результатам исследования были выбраны 4 наиболее эффективные УГО, которые впоследствии испытывались детально на режимных параметрах (табл. 1).Таблица 1 Перечень установок гидроочистки для исследованияИдентификаторУстановкаСодержание серы в сырье, %Мощность по сырью, тыс. т/годУГО-1Л-24-60,6–1,6900УГО-2Л-24-7, ЛЧ-24-70,6–1,61 200УГО-3Секция ГО ЛК-6у0,6–1,62 000УГО-4ЛЧ-24-20000,82 000Испытания отобранных установок проведены при различных мощностях по сырью, объем-ной скорости подачи сырья, температуре и циркуляции водородсодержащего газа (табл. 2).Таблица 2Результаты исследования эффективности работы установок гидроочистки в различных режимахУстановкаМощность по сырью, Z, тыс. т/годОбъемная скорость подачи сырья, Q, ч-1Температура, T, °СВыход стабильного гидрогенизата, U, % мас., при циркуляции водородсодержащего газа, t, м3/м3t = 250t = 275t = 300t = 325t = 350УГО-1900340090,192,494,394,595,29003,437089,291,793,094,195,39003,834088,490,192,293,794,59004,240089,091,593,195,395,49004,637086,188,290,392,194,5900534085,287,489,191,694,1УГО-21 200340091,092,694,796,296,91 2003,437090,493,193,895,395,91 2003,834088,890,292,594,694,11 2004,240090,293,393,595,495,91 2004,637085,289,590,193,695,41 200534086,287,988,292,094,9УГО-32 000340089,190,393,295,295,32 0003,437088,293,193,695,295,12 0003,834088,790,192,094,594,92 0004,240090,293,893,695,195,72 0004,637085,089,190,493,294,12 000534084,687,288,592,293,7УГО-42 000340091,592,193,795,496,52 0003,437090,292,493,195,295,72 0003,834089,590,192,394,894,62 0004,240089,792,793,095,195,22 0004,637087,688,989,892,994,82 000534086,587,188,592,493,4Идентификация наиболее эффективной УГО выполнена путем анализа двухуровневой иерархической структуры многокритериальной задачи. Уровень 0. Цель – ранжирование УГО по уровню оптимальности режимных параметров.Уровень 1. Критерии формирования режимных параметров: объемная скорость подачи сырья, температура процесса, выход стабильного гидрогенизата, циркуляция водородсодержа-щего газа, мощность по сырью.Для определения коэффициентов важности (весов) критериев формирования режимных параметров воспользуемся методом парных сравнений, который широко используется в методе анализа иерархий [9–11]. В данной работе предложена следующая матрица парных сравнений (табл. 3).Таблица 3 Матрица парных сравнений относительных весов параметров установок гидроочисткиПараметрОбъемная скорость подачи сырья, Q, ч-1Температура, T, СВыход стабильного гидрогенизата, U, % мас.Циркуляция водородсодержащего газа, t, м3/м3Мощность по сырью, Z, тыс. т/годКомпоненты вектора приоритетов критериевОбъемная ско-рость подачи сырья, Q, ч-1 151/3310,205Температура, T, С1/511/721/20,073Выход стабильного гидрогенизата, U, % мас. 371730,503Циркуляция водо-родсодержащего газа, t, м3/м31/31/21/711/20,061Мощность по сырью, Z, тыс. т/год121/3210,158Сумма величин компонентов вектора приоритетов критериев1В большинстве методов многокритериальной оптимизации принятие решения формируется с использованием числовых значений коэффициентов важности критериев [12–14] (табл. 4).Таблица 4 Коэффициенты важности критериевПараметрИдентификатор критерияИдентификатор коэффициента важностиКоэффициент важностиОбъемная скорость подачи сырья, Q, ч-1 K1A1A1 = 0,205Температура, T, СK2A2A2 = 0,073Выход стабильного гидрогенизата, U, % мас.K3A3A3 = 0,503Циркуляция водородсодержащего газа, t, м3/м3K4A4A4 = 0,061Мощность по сырью, Z, тыс. т/год K5A5A5 = 0,158Сумма величин коэффициентов важности критериев1Каждое из значений критериев определено на основе нормирования (табл. 5). В качестве функции нормирования выбрана линейная функция такая, что в диапазоне изменения исходного параметра она принимает значения от 0 до 1, при этом «0» соответствует наихудшему варианту эффективности, а «1» – наилучшему, и эксперт может самостоятельно выбрать, какое из значений соответствует наихудшему развитию событий [15]. Например, для мощности по сырью были выбраны в качестве минимального значения 900 тыс. т/год, максимального – 2 000 тыс. т/год (по фактическим минимуму и максимуму проектной мощности установок).Таблица 5Нормированные значения критериевУстановкаМощность по сырью, K5Объемная скорость подачи сырья, K1Температура, K2Выход стабильного гидрогенизата, K3, при циркуляции водородсодержащего газа, K4K4 = 1,000K4 = 0,750K4 = 0,500K4 = 0,250K4 = 0,000УГО-10,0000,0000,0000,4470,6340,7890,8050,8620,0000,2000,5000,3740,5770,6830,7720,8700,0000,4001,0000,3090,4470,6180,7400,8050,0000,6000,0000,3580,5610,6910,8700,8780,0000,8000,5000,1220,2930,4630,6100,8050,0001,0001,0000,0490,2280,3660,5690,772УГО-20,2730,0000,0000,5200,6500,8210,9431,0000,2730,2000,5000,4720,6910,7480,8700,9190,2730,4001,0000,3410,4550,6420,8130,7720,2730,6000,0000,4550,7070,7240,8780,9190,2730,8000,5000,0490,3980,4470,7320,8780,2731,0001,0000,1300,2680,2930,6020,837УГО-31,0000,0000,0000,3660,4630,6990,8620,8701,0000,2000,5000,2930,6910,7320,8620,8541,0000,4001,0000,3330,4470,6020,8050,8371,0000,6000,0000,4550,7480,7320,8540,9021,0000,8000,5000,0330,3660,4720,6990,7721,0001,0001,0000,0000,2110,3170,6180,740УГО-41,0000,0000,0000,5610,6100,7400,8780,9671,0000,2000,5000,4550,6340,6910,8620,9021,0000,4001,0000,3980,4470,6260,8290,8131,0000,6000,0000,4150,6590,6830,8540,8621,0000,8000,5000,2440,3500,4230,6750,8291,0001,0001,0000,1540,2030,3170,6340,715Эксперт определил, что наиболее желательным и приводящим к повышению экономиче-ской эффективности вариантом мощности по сырью является наибольшее значение, равное 2 000 тыс. т/год. Поэтому данному исходному значению соответствует нормированное значение, равное 1, а исходному значению 900 тыс. т/год – нормированное значение 0. Промежуточные значения нормируются с помощью линейной интерполяции по полученному уравнению прямой y = kx + b, где 0  y  1; 900  x  2000; k = 1/1100; b = –9/11. В этом случае для значения мощности по сырью установок гидроочистки УГО-2 получено нормированное значение крите-рия K5 = (1/1100)  1200 – 9/11 = 0,273.Для выхода стабильного гидрогенизата наибольшее значение рассматривается как наиболее желательное, поэтому ему сопоставляется нормированное значение, равное 1. Проме-жуточные значения нормируются с помощью линейной интерполяции по полученному уравне-нию прямой y = kx + b, где 0  y  1; 84,6  x  96,9; k = 10/123; b = –282/41. В этом случае для выхода стабильного гидрогенизата на установке гидроочистки УГО-3 было получено нормиро-ванное значение критерия K3 = (10/123)  93,7 – 282/41 = 0,740. Для показателей температуры и циркуляции водородсодержащего газа наибольшее зна-чение рассматривается как наихудший результат, и нормирование осуществляется таким обра-зом, чтобы наибольшему исходному значению показателя соответствовало нормированное зна-чение, равное 0, а наименьшему – 1 [16].Самым распространенным в теории обоснования принятия решения является метод «обобщенного критерия», который состоит в «свертывании» набора «m» критериев в один инте-гральный показатель – в единое числовое значение [17]. Схему построения обобщенного крите-рия, т. е. функции полезности, в общем случае (когда исходные критерии неоднородны) можно упрощенно представить следующим образом:1) все исходные критерии приводятся к сопоставимому виду («нормализуются»), т. е. пре-образуются в однородные критерии Ki с общей шкалой Х0; обычно Х0  [0, 1);2) вводятся количественные оценки относительной важности критериев – коэффициенты важности i;3) выбирается функция свертки , при помощи которой все критерии Ki «сворачиваются» в один обобщенный критерий Ф(, K) = Ф(1, K1, ..., m, Km).Успешность этой процедуры определяет оптимальность выбора функции свертки Ф = (1, K1, …, m, Km).Наиболее распространенными являются обобщенные критерии, построенные на основе средней взвешенной степенной:Фt = (1  K1 + 2  K2 + ... + i  Ki)1/t; i = 1, m; t  0. Широко используется также свертка Чебышева – ГермейераФ = mini {Ki /i}; i = 1, m. На практике из степенных способов реализации свертки самый распространенный – линейный способ сворачивания критериев, линейная свертка:Ф = 1K1 + 2K2 + ... + iKi; i = 1, m. Исходя из общих положений построения линейной свертки можно записать требуемую функцию полезности в видеF = A1K1 + A2K2 + A3K3 + A4K4 + A5K5. В табл. 6 приведены результаты расчета значений функции полезности при всех возможных значениях критериев формирования режимных параметров УГО. Таблица 6Значения функции полезностиУстановкаМощность по сырью, K5Объемная скорость подачи сырья, K1Температура, K2Значения функции полезности F при заданных значениях критериев K1–K5*, K4 – значения критерия циркуляции водородсодержащего газаK4 = 1,000K4 = 0,750K4 = 0,500K4 = 0,250K4 = 0,000УГО-10,0000,0000,0000,2860,3650,4270,4200,4330,0000,2000,5000,3270,4140,4520,4810,5150,0000,4001,0000,3720,4260,4960,5420,5600,0000,6000,0000,3640,4510,5010,5760,5650,0000,8000,5000,3230,3940,4640,5230,6050,0001,0001,0000,3640,4390,4930,5800,667УГО-20,2730,0000,0000,3660,4160,4860,5320,5460,2730,2000,5000,4190,5140,5270,5730,5820,2730,4001,0000,4310,4730,5520,6220,5860,2730,6000,0000,4560,5680,5610,6230,6280,2730,8000,5000,3300,4900,4990,6270,6850,2731,0001,0000,4480,5020,4990,6390,742УГО-31,0000,0000,0000,4030,4370,5400,6060,5951,0000,2000,5000,4440,6290,6340,6840,6641,0000,4001,0000,5420,5840,6460,7330,7341,0000,6000,0000,5710,7030,6790,7250,7341,0000,8000,5000,4360,5880,6260,7250,7471,000**1,0001,0000,4970,5880,6260,7620,808УГО-41,0000,0000,0000,5010,5100,5600,6140,6441,0000,2000,5000,5250,6000,6130,6840,6891,0000,4001,0000,5740,5840,6580,7450,7221,0000,6000,0000,5510,6580,6550,7250,7141,0000,8000,5000,5420,5800,6020,7130,7751,0001,0001,0000,5750,5840,6260,7700,796* Значения критерия K3 приведены в табл. 5.** Жирным шрифтом выделены значения критериев, которые соответствуют максимальному значению функции полезности.Таким образом, можем определить показатели эффективного процесса гидроочистки ди-зельного топлива с учетом выбора типа УГО [18]. Для предложенных коэффициентов важности критериев наиболее эффективным является выбор установки гидроочистки УГО-3 с выходом стабильного гидрогенизата 93,7 % мас. в сле-дующем режиме: температура 340 °С, объемная скорость подачи сырья 5 ч–1, циркуляция водо-родсодержащего газа 350 м3/м3.Использование модели многофакторных предпочтений при вариантных расчетах функции полезностиВыше выполнено моделирование выбора эффективного варианта и режимов работы УГО (вариант 1). Наилучшим выбором среди всех УГО с максимальным значением функции полезности для данных условий нормирования (F = 0,808) в указанных условиях являлась установка УГО-3.Рассмотрим вариантные расчеты функции полезности в условиях возможной модерниза-ции УГО.Предположим, что в результате модернизации произошло повышение мощности УГО-1 (вариант 2). В результате расчета значений функции полезности имеем: наилучшим выбором среди всех УГО, соответствующим максимальному значению функции полезности (F = 0,824), будет являться установка УГО-1 с выходом стабильного гидрогенизата 94,1 % мас., работающая в следующем режиме: температура 340 °С, объемная скорость подачи сырья – 5 ч–1, циркуляция водородсодержащего газа – 350 м3/м3. Мощность по сырью УГО-1 после модернизации увели-чена до 2 000 тыс. т/год, при этом мощности по сырью установок УГО-2 – 1 200 тыс. т/год, УГО-3 и УГО-4 – 2 000 тыс. т/год. Предположим теперь, что модернизации дополнительно подверглась установка УГО-2 с повышением мощности по сырью (вариант 3). Расчет значений функции полезности показы-вает, что теперь наилучшим выбором с максимальным значением функции полезности (F = 0,857) станет установка УГО-2 с выходом стабильного гидрогенизата 94,9 % мас., функци-онирующая в следующем режиме: температура 340 °С, объемная скорость подачи сырья – 5 ч–1, циркуляция водородсодержащего газа – 350 м3/м3, при этом значения мощности всех установок равны 2 000 тыс. т/год.Результаты вариантных расчетов значений функции полезности в условиях поэтапной мо-дернизации УГО дизельного топлива представлены на рис. Значения функции полезности при выборе установки гидроочистки в условиях изменения исходных параметровСледует отметить, что при выполнении вариантных расчетов нас интересует не абсолют-ная величина функции полезности, а превалирование одного значения величины функции по-лезности над другим, т. к. сама абсолютная величина не несет никакой информации, кроме воз-можности ранжирования рассматриваемых объектов или вариантов.ЗаключениеРеализация метода построения функции полезности рекомендуется для эффективного вы-бора установки гидроочистки дизельного топлива. Параметры и показатели режимов работы установок гидроочистки дизельного топлива в совокупности влияют на величину функции по-лезности как обобщенного критерия принятия решений при оценке эффективности модерниза-ции установок. Неизменность условий нормирования дает возможность корректно сравнивать между собой значения функции полезности, полученные в различных условиях при различных максимальных и минимальных значениях параметров в различных вариантах, при этом значения функции полезности для данного неизменного сочетания параметров не меняются при переходе от одного варианта к другому. В инвариантных условиях нормирования значений величин показателей значение функции полезности может быть использовано как достоверный ин-дикатор ранжирования принимаемых решений.