OPERACIÓN ÓPTIMA DE POLIDUCTOS Diego C. Cafaro Ingeniería Industrial Facultad de Ingeniería Química Universidad Nacional del Litoral Santa Fe – Argentina.

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1 OPERACIÓN ÓPTIMA DE POLIDUCTOS Diego C. Cafaro Ingeniería Industrial Facultad de Ingeniería Química Universidad Nacional del Litoral Santa Fe – Argentina Director: Dr. Jaime Cerdá dcafaro@fiqus.unl.edu.ar

2 El uso de poliductos Economía Confiabilidad Seguridad

3 El problema Múltiples productos líquidos derivados de petróleo Único conducto Único punto de inyección (refinería) Múltiples puntos de descarga (depósitos)

4 El problema Depósito 1 Depósito 2 Depósito 3 Depósito 4 Depósito 5 Refinería

5 El problema inyectando jet fuel derivando gasolina

6 El problema inyectando jet fuel derivando gasolina

7 El problema inyectando jet fuel derivando gasolina

8 El problema inyectando jet fuel derivando gasolina

9 El problema inyectando jet fuel derivando diesel

10 El problema inyectando jet fuel derivando diesel

11 El problema inyectando jet fuel derivando diesel

12 El problema inyectando LPG derivando gasolina

13 El problema inyectando LPG derivando gasolina

14 El problema inyectando LPG derivando gasolina

15 Dimensiones Longitud: 1000 km Diámetro: 50 cm Volumen involucrado: 196350 m 3 (casi 200 millones de litros) Caudal de bombeo: 1000 m 3 /hora “Lead time”: 196 horas (8 días)

16 Complejidad “Lead times” extensos Fluctuaciones en la demanda Planes de producción preestablecidos Capacidad limitada de almacenamiento Simultaneidad de inyección y descarga Variabilidad del costo de bombeo en función de la franja horaria Generación de interfases

17 Las interfases Entre “batches” sucesivos de productos disímiles No es común utilizar separadores físicos La contaminación es inevitable Jet fuel

18 Las interfases Jet fuel LPG Entre “batches” sucesivos de productos disímiles No es común utilizar separadores físicos La contaminación es inevitable

19 Las interfases LPG Jet fuel Entre “batches” sucesivos de productos disímiles No es común utilizar separadores físicos La contaminación es inevitable

20 Las interfases LPG Jet fuel Entre “batches” sucesivos de productos disímiles No es común utilizar separadores físicos La contaminación es inevitable

21 Las interfases LPG Jet fuel interfase Entre “batches” sucesivos de productos disímiles No es común utilizar separadores físicos La contaminación es inevitable

22 Las interfases LPG Jet fuel interfase Alternativas: Reprocesamiento en tanques de segregación Venta como producto de menor calidad

23 El enfoque Modelo de Programación Lineal Mixta Entera (MILP) Representación continua del sistema En escala de: Tiempo Volumen

24 Decisiones involucradas Secuencia de productos a inyectar desde refinería Programa de inyección y bombeo Programa simultáneo de descarga a depósitos Programa de entrega a clientes desde depósitos

25 Restricciones Satisfecer la demanda estimada de los mercados Evitar las secuencias de productos prohibidas No exceder los niveles máximos y mínimos admisibles de producto en tanques: En refinería En depósitos

26 Función Objetivo Minimizar costos Costo de reprocesamiento o subestimación de interfases Costo de bombeo, en horario normal como en horas pico Costo de mantenimiento en inventario, tanto en refinería como en depósitos

27 Los resultados Para un horizonte de 75 horas: Se redujo el “CPU solving time” de 10000 seg (Rejowsky & Pinto 2001) a 35 seg Se obtuvo una solución de menor costo Se extendió el horizonte de programación a 1 mes (720 horas), resultando un “CPU solving time”de 1000 seg

28 Nuevos desafíos Programación de las operaciones considerando un horizonte rodante de planificación Operación de poliductos con múltiples puntos de inyección y descarga, y flujo bidireccional

29 OPERACIÓN ÓPTIMA DE POLIDUCTOS Diego C. Cafaro dcafaro@fiqus.unl.edu.ar Ingeniería Industrial Facultad de Ingeniería Química Universidad Nacional del Litoral Santiago del Estero 2829 CP 3000 - Santa Fe Argentina Director: Dr. Jaime Cerdá

30 El modelo Conjuntos I conjunto ordenado de corridas de bombeo I old conjunto ordenado de corridas dentro del ducto al iniciar el horizonte de planificación I new conjunto ordenado de corridas a ser inyectadas durante el horizonte de planificación Sconjunto de productos refinados Jconjunto de depósitos a lo largo del poliducto O conjunto de campañas de producción en refinería preestablecidas

31 El modelo Parámetros h max longitud del horizonte de planificación P j coordenada volumétrica del depósito j a lo largo del ducto vbcaudal de bombeo qd s,j demanda de producto s a ser satisfecha por el depósito j v m máximo caudal de abastecimiento a mercados  s,s´ tiempo de “changeover” entre corridas sucesivas de producto s y s´ IF s,s´ volumen de la interfase generada entre productos s y s´ B o tamaño de la corrida de producción en refinería o a o, b o tiempo de inicio\fin de la corrida de producción o

32 El modelo Variables: Binarias (0-1): y i,s la corrida de bombeo i se compone de producto s siempre que y i,s = 1 x i,j (i’) una fracción de la corrida i se transfiere al depósito j durante la inyección de la corrida i´ siempre que x i,j (i’) =1 zu i,o la corrida de bombeo i finaliza luego de iniciarse la campaña de producción o, siempre que zu i,o =1 zl i,o la corrida de bombeo i comienza luego de culminarse la campaña de producción o, zl i,o =1

33 El modelo Continuas C i, L i tiempo de culminación/duración de la corrida i F i (i’) coordenada volumétrica superior de la corrida i dentro del ducto a tiempo C i’ W i (i’) volumen de la corrida i a tiempo C i’ Q i volumen inyectado en la corrida i P i,s volumen de producto s inyectado en la corrida i D i,j (i’) volumen de la campaña i transferido desde el ducto al depósito j durante la inyección de la corrida i´ DS i,s,j (i’) volumen de producto s en la campaña i transferido desde el ducto al depósito j durante la inyección de la corrida i´ WIF i volumen de la interfase generada entre corridas i e (i-1) ID s,j (i’) /IR s, (i’) nivel de inventario de producto s en depósito j /refinería a tiempo C i’

34 El modelo Restricciones Secuenciamiento de las corridas de bombeo Volumen de la corrida de bombeo

35 El modelo Volumen de las interfases “Tracking” y evolución de los “batches” al inyectar nuevas corridas

36 El modelo Factibilidad de derivación y cantidad máxima Balance inyección - descarga

37 El modelo Producto asignado a cada corrida Abastecimiento y satisfacción de la demanda de los mercados de influencia

38 El modelo Control de inventarios Refinería

39 El modelo Control de inventarios Refinería

40 El modelo Control de inventarios Depósitos

41 El modelo Función Objetivo