Planificación de la canasta de crudos ante cambios en las rutas de suministro: ensayos, restricciones y modelado LP

Los planificadores suelen detectar un cambio en la ruta de suministro cuando aparece en el programa un cargamento que nadie modeló: un grado diferente, cargado en una terminal distinta, con una ventana de llegada diferente. El LP sigue resolviendo y devolviendo una canasta. Pero si sus ensayos describen un crudo que ya no coincide con lo que llega, y sus restricciones reflejan la logística del año pasado, la recomendación es errónea. El error tiende a aparecer en la unidad, no en la hoja de cálculo. Los síntomas habituales son una unidad de crudo limitada por la corrosión en el tope o el rendimiento del desalador, una hidrotratadora con capacidad insuficiente para la carga de azufre, un producto fuera de especificación o un parque de tanques sin segregación disponible para la siguiente parcela. El dinero se pierde de dos maneras: margen cedido a una canasta conservadora, o una corrida que la planta no puede cumplir. Este artículo cubre cómo reoptimizar la canasta cuando el origen y la calidad cambian materialmente: qué datos actualizar primero, cómo estructurar las restricciones y cómo separar la cuestión del LP de la cuestión de la programación.

Estándares y contexto de datos

Un LP es tan bueno como los datos de ensayo que lo respaldan, por lo que los estándares relevantes son los métodos de laboratorio. Estos son los que puedo avalar:

• ASTM D2892 cubre la destilación de petróleo crudo utilizando una columna de 15 platos teóricos, y sustenta los cortes de punto de ebullición real (TBP) de fracciones ligeras.
• ASTM D5236 cubre la destilación de mezclas de hidrocarburos pesados mediante el método de destilación al vacío, y extiende la curva TBP al rango de residuos.
• ASTM D664 cubre el número de acidez de productos petrolíferos mediante titulación potenciométrica, utilizado para medir el número total de acidez (TAN) relevante para la evaluación del riesgo de corrosión.

Los estándares fijan cómo se generan los rendimientos y propiedades de los cortes. No deciden con qué frecuencia deben actualizarse los datos, cómo tratar una parcela mezclada o qué propiedades se deben incluir. Esas son decisiones del sitio y pertenecen al proceso de gestión de cambios del modelo.

Qué cambia realmente cuando cambia una ruta de suministro

Una nueva ruta rara vez cambia solo una cosa. Trátelo como cinco preguntas separadas.

1. Calidad. La gravedad, el azufre, la acidez, los metales, la sal, el punto de escurrimiento y la presión de vapor pueden diferir del crudo que reemplaza, incluso cuando el nombre del grado parezca similar.
2. Estructura de cortes. Dos crudos con densidad similar pueden rendir cantidades muy diferentes de nafta, destilados y residuo de vacío. Eso desplaza la carga a través de las unidades de aguas abajo.
3. Logística. El tamaño de la parcela, la frecuencia de llegada, la terminal receptora y la disponibilidad de tanques cambian. El mezclado en oleoductos o marino puede producir una calidad entregada que difiera del ensayo en el puerto de carga.
4. Términos comerciales. La base de precio, el flete y el tiempo de entrega cambian, y eso modifica qué crudos de oportunidad vale la pena evaluar.
5. Contaminación y variabilidad. Una nueva ruta puede traer un comportamiento diferente de mezcla, sal o sedimentos.

Solo los tres primeros cambian el conjunto de restricciones físicas. Los otros dos cambian el objetivo. Manténgalos en tablas de datos separadas, para que una actualización de precios nunca sobrescriba silenciosamente una actualización de calidad.

Gestión de ensayos

Actualizar antes de optimizar

No ejecute el optimizador con un ensayo anterior al cambio de ruta. Obtenga un ensayo actual del crudo tal como será entregado, no como fue cargado. Si un ensayo completo no llega a tiempo, use uno reciente con un nivel de confianza claramente marcado y ejecute casos de sensibilidad sobre sus propiedades inciertas. Un planificador debería poder ver de un vistazo qué crudos tienen un ensayo reciente completo y cuáles funcionan con un análogo o estimación.

La administración de ensayos es un cuello de botella por sí misma. Incorporar un nuevo crudo al modelo rápidamente es parte de la capacidad de planificación. Si construir un crudo toma semanas, no evaluará los cargamentos de oportunidad que abre un cambio de ruta.

Qué propiedades incluir

Como mínimo, el modelo necesita lo siguiente para cada crudo:

• Rendimientos de corte en base masa y volumen en todo el rango TBP, a partir de los datos de ASTM D2892 y ASTM D5236.
• Densidad y azufre por corte, para poder calcular la calidad del producto y las cargas de las unidades.
• Acidez y metales, utilizados para restricciones de corrosión y envenenamiento de catalizadores.
• Propiedades de flujo en frío y presión de vapor dondequiera que limiten el mezclado o el almacenamiento.

Algunas propiedades no se mezclan linealmente. La viscosidad, el punto de escurrimiento y el punto de inflamación necesitan índices de mezcla o correlaciones. Sin ellos, el LP informará una mezcla factible que fallará en el tanque.

Estructura LP para la reoptimización de la dieta de crudos

La formulación principal

En términos sencillos, el modelo elige volúmenes de crudo para maximizar el margen:

Maximizar: Σ (valor del producto × rendimiento del producto) − Σ (costo del crudo entregado × volumen de crudo) − costos de procesamiento

sujeto a:

• disponibilidad de crudo: cada volumen de crudo se sitúa entre un compromiso mínimo y una disponibilidad máxima de parcela;
• capacidad de la unidad de crudo: la carga total no excede la capacidad de la unidad;
• capacidades de unidad basadas en cortes: las cargas de nafta, destilados y residuos respetan las unidades de aguas abajo;
• límites de calidad: las propiedades mezcladas de las alimentaciones de las unidades y los productos terminados cumplen con los límites;
• balance de materia: se contabilizan todas las corrientes.

Los rendimientos son lineales respecto al volumen de crudo, por lo que la estructura se adapta bien a la LP. Sin embargo, tras un cambio de ruta, los límites vinculantes no suelen ser la capacidad de la unidad de crudo. Son las restricciones secundarias: carga de azufre en hidroprocesamiento, manejo de residuos, tolerancia ácida de la metalurgia de la unidad de crudo, límites del desalador y segregación de tanques.

Hacer que las restricciones incorporen el conocimiento operativo

Una restricción que indique "número de ácido máximo de la carga mezclada" debe provenir de sus ingenieros de corrosión y de sus materiales de construcción, no de un valor predeterminado del modelo. Lo mismo ocurre con el límite de la participación de un solo crudo en la mezcla. Debe reflejar la compatibilidad real o la experiencia en desolación, no una precaución heredada de un crudo que ya no procesa. Revise cada uno de estos límites cuando cambie el origen y registre quién es el responsable del mismo.

Manejo de la no linealidad

Cuando los rendimientos de la unidad dependen de la calidad de la alimentación, los modelos de planificación normalmente utilizan recursividad. Una simulación o correlación actualiza los vectores de rendimiento entre las pasadas de LP. Sin embargo, tras un cambio importante en la dieta, los vectores construidos en torno al antiguo punto de operación pueden inducir a error. Vuelva a basarlos en la nueva mezcla esperada antes de confiar en el resultado. Luego, verifique que las pasadas sucesivas se estabilicen en una dieta estable en lugar de oscilar.

De una dieta mensual a decisiones de cargamento

Una LP ofrece la mejor dieta para un período definido. Sin embargo, las decisiones de compra son discretas. Un cargamento se compra completo y llega en una fecha. Evaluar cada cargamento por separado frente a un caso base ignora las interacciones. Dos cargamentos pueden ser buenos juntos y deficientes por separado, o viceversa.

La capa de programación plantea entonces una pregunta diferente: dados los cargamentos elegidos, ¿pueden los tanques, las tuberías y las campañas de las unidades entregar la alimentación a tiempo? Un artículo en Computers & Chemical Engineering (volumen 145, 2021) propone una estrategia de agrupamiento mediante programación lineal entera mixta (MILP) para integrar la gestión operativa del suministro de petróleo crudo. Lo cito por su alcance, que es integrar las decisiones de suministro con las operaciones, no por ninguna afirmación de rendimiento específica.

Las tres capas deben compartir los datos de ensayos y restricciones. Si cada una mantiene su propia copia, divergirán tras la primera actualización.

Escenario ilustrativo

Este escenario se ha construido con fines ilustrativos y no describe una planta o evento real.

Una refinería costera ha procesado un crudo amargo medio de un único proveedor regional a través de un oleoducto y una terminal. Una interrupción de la ruta elimina ese suministro. Las alternativas del planificador son un grado más ligero y con menos azufre por barco y un grado más pesado y con más ácido con descuento.

El equipo de planificación sigue esta secuencia:

1. Obtener los ensayos actuales para ambas alternativas tal como se entregarán, y marcar cualquiera que dependa de datos analógicos.
2. Actualizar la tabla de costos entregados por separado, incluyendo el flete y el tiempo de entrega.
3. Volver a basar los vectores de recursividad en una mezcla cercana a la nueva carga esperada, en lugar de la antigua.
4. Ejecutar la LP con los límites antiguos para ver qué restricciones se vuelven vinculantes, luego pedir a los ingenieros de la unidad que confirmen cada límite vinculante.
5. Ejecutar casos que varíen la participación del crudo pesado y la incertidumbre del ensayo.
6. Pasar las combinaciones de cargamentos preseleccionadas al programador para probar la segregación de tanques y el tiempo de llegada.

El resultado cualitativo es común. El grado más ligero alivia los límites de manejo de residuos y de ácido, pero carga las unidades de fracciones ligeras y puede debilitar el margen. El grado más pesado mejora el precio del crudo pero presiona contra las restricciones de ácido y residuos, por lo que la LP limita su participación. La mejor respuesta suele ser una mezcla, y su viabilidad depende de si el parque de tanques puede mantener las parcelas separadas el tiempo suficiente para mezclarlas en el punto de carga. Esa comprobación física a menudo decide el plan.

Checklist for re-optimising after a route change

• Confirme que cada nuevo crudo tenga un ensayo que represente el material entregado y marque el nivel de confianza de cada uno.
• Verifique que el ensayo incluya el rango completo de cortes, respaldado por datos de ASTM D2892 y ASTM D5236, además de la acidez de ASTM D664 donde sea relevante.
• Mantenga los datos de calidad, logística y precios en tablas separadas con propietarios distintos.
• Revise cada límite de mezcla y de calidad con el ingeniero de la unidad o de corrosión responsable del mismo.
• Vuelva a basar los vectores de recursión en la nueva mezcla esperada y confirme la convergencia.
• Añada índices de mezcla para cualquier propiedad no lineal que rija un límite de producto o almacenamiento.
• Realice casos de sensibilidad sobre la incertidumbre del ensayo y sobre la participación de cualquier crudo desconocido.
• Evalúe los cargamentos en combinación, no solo de uno en uno frente al caso base.
• Pase la lista corta de crudos a programación para probar la segregación de tanques, transferencias de línea y tiempos de llegada.
• Después de procesar los primeros cargamentos, compare los rendimientos y calidades predichos por el modelo con los reales de la planta, y corrija los vectores.
• Registre cada límite modificado y el motivo, para que el próximo cambio de ruta comience con una traza de auditoría.

Conclusión

Cuando las rutas de suministro cambian, los mayores riesgos son los ensayos obsoletos, las restricciones heredadas y una selección de crudos que la logística no puede entregar. Actualice los datos primero, luego cuestione los límites con los ingenieros responsables y mantenga las capas de LP, selección de carga y programación en un conjunto de datos común. Próximos pasos: audite su modelo actual en busca de crudos cuyo ensayo ya no coincida con la calidad entregada, enumere las restricciones sin un propietario asignado y programe una validación frente a los rendimientos reales del primer cargamento de cualquier origen nuevo. Una revisión formal del estado del modelo, como recomienda Becht, le brinda una forma estructurada de hacerlo antes de que la próxima interrupción fuerce la decisión.