تخطيط سلة الخام عند تغير مسارات الإمداد: التحاليل والقيود ونمذجة البرمجة الخطية (LP)

عادةً ما يلاحظ المخططون تغيراً في مسار الإمداد عندما تظهر شحنة لم يقم أحد بنمذجتها في الجدول الزمني: درجة مختلفة، محملة من محطة مختلفة، مع نافذة وصول مختلفة. لا يزال نموذج البرمجة الخطية (LP) يحل المشكلة ويعيد سلة خامات. ولكن إذا كانت تحاليله تصف خاماً لم يعد يطابق ما يصل، وكانت قيوده تعكس الخدمات اللوجستية للعام الماضي، فإن التوصية ستكون خاطئة. ويميل الخطأ إلى الظهور في الوحدة، وليس في جدول البيانات. وتتمثل الأعراض المعتادة في وحدة تقطير الخام التي يعيقها التآكل العلوي أو أداء وحدة إزالة الأملاح، أو وحدة المعالجة بالهيدروجين التي تفتقر إلى السعة اللازمة لحمل الكبريت، أو منتج خارج المواصفات، أو مجمع خزانات لم يتبق فيه مجال للفصل للشحنة التالية. تذهب الأموال في أحد اتجاهين: هامش ضائع لصالح سلة خامات متحفظة، أو تشغيل لا تستطيع المنشأة تحقيقه. تغطي هذه المقالة كيفية إعادة تحسين السلة عندما يتغير الأصل والجودة بشكل ملموس: ما هي البيانات التي يجب تحديثها أولاً، وكيفية هيكلة القيود، وكيفية فصل مسألة البرمجة الخطية عن مسألة الجدولة.

المعايير وسياق البيانات

إن نموذج البرمجة الخطية جيد بقدر جودة بيانات التحليل التي تدعمه، لذا فإن المعايير ذات الصلة هي طرق المختبر. وهذه هي الطرق التي يمكنني ضمانها:

• يغطي ASTM D2892 تقطير النفط الخام باستخدام عمود ذو 15 صينية نظرية، ويدعم قطفات نقطة الغليان الحقيقية (TBP) للمواد الخفيفة.
• يغطي ASTM D5236 تقطير مخاليط الهيدروكربون الثقيلة بطريقة الوعاء المفرغ، ويمدد منحنى TBP إلى نطاق الرواسب.
• يغطي ASTM D664 الرقم الحمضي للمنتجات البترولية عن طريق المعايرة الجهدية، ويستخدم لقياس الرقم الحمضي الإجمالي (TAN) ذي الصلة بتقييم مخاطر التآكل.

تحدد المعايير كيفية توليد عوائد القطفات وخصائصها. وهي لا تقرر عدد مرات تحديث البيانات، أو كيفية التعامل مع شحنة مخلوطة، أو الخصائص التي يجب عليك حملها. هذه قرارات الموقع، وهي تنتمي إلى عملية إدارة التغيير الخاصة بالنموذج.

ما الذي يتغير فعلياً عند تغير مسار الإمداد

نادراً ما يغير المسار الجديد شيئاً واحداً فقط. تعامل معه كخمسة أسئلة منفصلة.

1. الجودة. قد تختلف الكثافة النوعية والكبريت والحموضة والمعادن والملح ونقطة الانسكاب وضغط البخار عن الخام الذي يحل محله، حتى عندما يبدو اسم الدرجة متشابهاً.
2. هيكل القطفات. يمكن لخامين بكثافة مماثلة أن ينتجا كميات مختلفة تماماً من النافثا والمقطرات ورواسب التفريغ. وهذا ينقل الحمل عبر وحدات المصب.
3. الخدمات اللوجستية. يتغير حجم الشحنة وتكرار الوصول ومحطة الاستلام وتوافر الخزانات. قد يؤدي الخلط في خطوط الأنابيب أو الخلط البحري إلى جودة مسلّمة تختلف عن تحليل ميناء التحميل.
4. الشروط التجارية. تتغير قاعدة السعر والشحن وفترة التوريد، وهذا يغير خامات الفرص التي تستحق التقييم.
5. التلوث والتباين. يمكن أن يؤدي المسار الجديد إلى سلوك مختلف في الاختلاط أو الملح أو الرواسب.

تغير الثلاثة الأولى فقط مجموعة القيود الفيزيائية. أما الاثنان الآخران فيغيران الهدف. احتفظ بهما في جداول بيانات منفصلة، بحيث لا يؤدي تحديث السعر أبداً إلى الكتابة فوق تحديث الجودة بصمت.

إدارة التحاليل

التحديث قبل التحسين

لا تقم بتشغيل المحسن على تحليل يسبق تغيير المسار. احصل على تحليل حالي للخام كما سيتم تسليمه، وليس كما تم تحميله. إذا لم يصل التحليل الكامل في الوقت المناسب، فاستخدم تحليلاً حديثاً مع مستوى ثقة محدد بوضوح، وقم بتشغيل حالات الحساسية حول خصائصه غير المؤكدة. يجب أن يكون المخطط قادراً على رؤية الخامات التي تمتلك تحليلاً حديثاً كاملاً وتلك التي تعمل بناءً على نظير أو تقدير بلمحة واحدة.

تعد إدارة التحاليل عنق زجاجة في حد ذاتها. إن إدخال خام جديد في النموذج بسرعة هو جزء من قدرة التخطيط. إذا كان بناء الخام يستغرق أسابيع، فلن تقوم بتقييم شحنات الفرص التي يفتحها تغيير المسار.

ما هي الخصائص التي يجب حملها

كحد أدنى، يحتاج النموذج إلى ما يلي لكل خام:

• عوائد القطفات على أساس الكتلة والحجم عبر نطاق TBP، من بيانات ASTM D2892 و ASTM D5236.
• الكثافة والكبريت حسب القطفة، بحيث يمكن حساب جودة المنتج وأحمال الوحدات.
• الحموضة والمعادن، المستخدمة لقيود التآكل وتسمم المحفز.
• خصائص التدفق البارد وضغط البخار حيثما تحد من الخلط أو التخزين.

بعض الخصائص لا تختلط خطياً. تحتاج اللزوجة ونقطة الانسكاب ونقطة الوميض إلى مؤشرات خلط أو ارتباطات. وبدونها، سيبلغ نموذج البرمجة الخطية عن خلطة مجدية تفشل في الخزان.

هيكل البرمجة الخطية (LP) لإعادة تحسين قائمة الخامات

الصياغة الأساسية

بعبارات بسيطة، يختار النموذج أحجام الخام لتعظيم الهامش:

تعظيم: Σ (قيمة المنتج × إنتاجية المنتج) − Σ (تكلفة الخام الواصل × حجم الخام) − تكاليف المعالجة

بشرط:

• توفر الخام: يقع حجم كل خام بين الحد الأدنى للالتزام والحد الأقصى لتوفر الشحنة؛
• إنتاجية وحدة الخام: إجمالي الشحنة لا يتجاوز سعة الوحدة؛
• سعات الوحدات القائمة على القطوف: أحمال النفاثا والمقطرات والمخلفات تحترم وحدات المصب؛
• حدود الجودة: الخصائص المخلوطة لملقمات الوحدات والمنتجات النهائية تفي بالحدود؛
• توازن المواد: يتم احتساب جميع التدفقات.

الإنتاجيات خطية بالنسبة لحجم الخام، لذا فإن الهيكل يناسب البرمجة الخطية (LP) جيداً. ولكن بعد تغيير المسار، لا تكون الحدود الملزمة عادةً هي سعة وحدة الخام، بل هي القيود الثانوية: حمل الكبريت في المعالجة الهيدروجينية، ومعالجة المخلفات، وتحمل الأحماض في ميتالورجيا وحدة الخام، وحدود وحدة إزالة الأملاح، وفصل الخزانات.

اجعل القيود تحمل المعرفة التشغيلية

يجب أن يأتي القيد الذي ينص على "الرقم الحمضي الأقصى للشحنة المخلوطة" من مهندسي التآكل ومواد الإنشاء لديك، وليس من الإعدادات الافتراضية للنموذج. وينطبق الشيء نفسه على الحد المفروض على حصة خام واحد في الخليط. يجب أن يعكس تجربة التوافق الحقيقية أو إزالة الأملاح، وليس الحذر الموروث من خام لم تعد تقوم بتكريره. راجع كل حد من هذه الحدود عندما يتغير المصدر، وسجل الجهة المسؤولة عنه.

التعامل مع اللاخطية

عندما تعتمد إنتاجيات الوحدات على جودة اللقيم، تستخدم نماذج التخطيط عادةً التكرار. يقوم محاكاة أو ارتباط بتحديث ناقلات الإنتاجية بين تمريرات البرمجة الخطية (LP). ومع ذلك، بعد تحول كبير في قائمة الخامات، يمكن للناقلات المبنية حول نقطة التشغيل القديمة أن تضللك. أعد تأسيسها بناءً على الخليط المتوقع الجديد قبل الوثوق بالنتيجة. ثم تحقق من أن التمريرات المتتالية تستقر على قائمة خامات مستقرة بدلاً من التذبذب.

من قائمة خامات شهرية إلى قرارات الشحن

تعطي البرمجة الخطية (LP) أفضل قائمة خامات لفترة محددة. ومع ذلك، فإن قرارات الشراء منفصلة. يتم شراء الشحنة بالكامل وتصل في تاريخ محدد. إن تقييم كل شحنة بمفردها مقابل حالة أساسية يغفل التفاعلات. يمكن أن تكون شحنتان جيدتين معاً وسيئة بشكل منفصل، أو العكس.

ثم تطرح طبقة الجدولة سؤالاً مختلفاً: بالنظر إلى الشحنات المختارة، هل يمكن للخزانات وخطوط الأنابيب وحملات الوحدات تسليم اللقيم في الوقت المحدد؟ تقترح ورقة بحثية في Computers & Chemical Engineering (المجلد 145، 2021) استراتيجية تجميع بالبرمجة الخطية للأعداد الصحيحة المختلطة (MILP) لدمج الإدارة التشغيلية لإمدادات النفط الخام. أستشهد بها لنطاقها، وهو دمج قرارات الإمداد مع العمليات، وليس لأي ادعاء أداء محدد.

يجب أن تشترك الطبقات الثلاث في بيانات التحليل (assay) والقيود. إذا احتفظت كل طبقة بنسختها الخاصة، فسوف تتباعد بعد التحديث الأول.

سيناريو توضيحي

تم بناء هذا السيناريو للتوضيح ولا يصف محطة أو حدثاً حقيقياً.

تقوم مصفاة ساحلية بتكرير خام متوسط حامض من مورد إقليمي واحد عبر خط أنابيب ومحطة وصول. يؤدي انقطاع المسار إلى إزالة هذا الإمداد. بدائل المخطط هي درجة أخف وأقل كبريتاً عن طريق السفن ودرجة أثقل وأعلى حموضة بخصم سعري.

يتبع فريق التخطيط هذا التسلسل:

1. سحب التحليلات الحالية لكلا البديلين كما سيتم تسليمهما، وتحديد أي منها يعتمد على بيانات تناظرية.
2. تحديث جدول التكلفة الواصلة بشكل منفصل، بما في ذلك الشحن ووقت التوريد.
3. إعادة تأسيس ناقلات التكرار على خليط قريب من الشحنة الجديدة المتوقعة، بدلاً من القديمة.
4. تشغيل البرمجة الخطية (LP) بالحدود القديمة لمعرفة القيود الملزمة، ثم الطلب من مهندسي الوحدات تأكيد كل قيد ملزم.
5. تشغيل حالات تختلف فيها حصة الخام الثقيل وعدم اليقين في التحليل.
6. تمرير مجموعات الشحنات المختصرة إلى المجدول لاختبار فصل الخزانات وتوقيت الوصول.

النتيجة النوعية شائعة. الدرجة الأخف تخفف من حدود معالجة المخلفات والحموضة، لكنها تحمل وحدات القطوف الخفيفة وقد تضعف الهامش. الدرجة الأثقل تحسن سعر الخام ولكنها تضغط على قيود الحموضة والمخلفات، لذا تحد البرمجة الخطية (LP) من حصتها. الإجابة الأفضل عادة هي الخليط، ويعتمد ما إذا كان قابلاً للتطبيق على ما إذا كان مجمع الخزانات يمكنه إبقاء الشحنات منفصلة لفترة كافية للخلط عند نقطة الشحن. هذا الفحص الفيزيائي غالباً ما يحسم الخطة.

قائمة مرجعية لإعادة التحسين بعد تغيير مسار التوريد

• تأكد من أن كل خام جديد لديه فحص (assay) يمثل المادة المسلمة، وحدد مستوى الثقة لكل منها.
• تحقق من أن الفحص يتضمن نطاق القطع الكامل، مدعوماً ببيانات ASTM D2892 و ASTM D5236، بالإضافة إلى الحموضة من ASTM D664 حيثما كان ذلك ذا صلة.
• احتفظ ببيانات الجودة والخدمات اللوجستية والأسعار في جداول منفصلة مع مالكين منفصلين.
• راجع كل حصة خلط وحد جودة مع مهندس الوحدة أو مهندس التآكل المسؤول عنها.
• أعد تأسيس ناقلات التكرار (recursion vectors) بناءً على الخليط الجديد المتوقع، وتأكد من التقارب.
• أضف مؤشرات الخلط لأي خاصية غير خطية تحكم حدود المنتج أو التخزين.
• قم بتشغيل حالات الحساسية على عدم اليقين في الفحص وعلى حصة أي خام غير مألوف.
• قيم الشحنات مجتمعة، وليس فقط واحدة تلو الأخرى مقابل الحالة الأساسية.
• مرر قائمة الخامات المختصرة إلى قسم الجدولة لاختبار فصل الخزانات، وعمليات نقل الخطوط، وتوقيت الوصول.
• بعد معالجة الشحنات الأولى، قارن العوائد والجودة المتوقعة للنموذج مع النتائج الفعلية للمصنع، وقم بتصحيح الناقلات.
• سجل كل حد تم تغييره والسبب، بحيث يبدأ تغيير المسار التالي من سجل تدقيق.

الخلاصة

عندما تتغير مسارات التوريد، فإن أكبر المخاطر هي الفحوصات القديمة، والقيود الموروثة، وقائمة الخامات التي لا تستطيع الخدمات اللوجستية تسليمها. قم بتحديث البيانات أولاً، ثم تحدَّ القيود مع المهندسين المسؤولين عنها، وحافظ على طبقات البرمجة الخطية واختيار الشحنات والجدولة على مجموعة بيانات مشتركة. الخطوات التالية: قم بتدقيق نموذجك الحالي بحثاً عن الخامات التي لم يعد فحصها يطابق الجودة المسلمة، وأدرج القيود التي ليس لها مالك محدد، وجدول عملية تحقق مقابل العوائد الفعلية من الشحنة الأولى لأي منشأ جديد. إن الفحص الرسمي لصحة النموذج، كما توصي Becht، يمنحك طريقة منظمة للقيام بذلك قبل أن يفرض الاضطراب التالي اتخاذ القرار.