Pianificazione della miscela di greggi al variare delle rotte di approvvigionamento: analisi, vincoli e modellazione LP

I pianificatori solitamente notano un cambiamento nella rotta di approvvigionamento quando nel programma compare un carico che nessuno ha modellato: un grado diverso, caricato in un terminal diverso, con una diversa finestra di arrivo. L'LP risolve ancora e restituisce comunque una miscela. Ma se le sue analisi descrivono un greggio che non corrisponde più a quello che arriva, e i suoi vincoli riflettono la logistica dell'anno scorso, la raccomandazione è errata. L'errore tende a manifestarsi sull'impianto, non nel foglio di calcolo. I sintomi abituali sono un'unità greggio frenata dalla corrosione di testa o dalle prestazioni del dissalatore, un idrotrattatore con capacità insufficiente per il carico di zolfo, un prodotto fuori specifica o un parco serbatoi senza segregazione residua per la partita successiva. Il denaro si perde in uno di due modi: margine ceduto a una miscela conservativa, o una marcia che l'impianto non può sostenere. Questo articolo spiega come ri-ottimizzare la miscela quando l'origine e la qualità cambiano sostanzialmente: quali dati aggiornare per primi, come strutturare i vincoli e come separare il quesito LP dal quesito di programmazione.

Standard e contesto dei dati

Un LP è valido solo quanto lo sono i dati di analisi che lo supportano, quindi gli standard rilevanti sono i metodi di laboratorio. Questi sono quelli per cui posso garantire:

• ASTM D2892 riguarda la distillazione del petrolio greggio utilizzando una colonna a 15 piatti teorici e costituisce la base per i tagli del punto di ebollizione reale (TBP) delle frazioni leggere.
• ASTM D5236 riguarda la distillazione di miscele di idrocarburi pesanti mediante il metodo del distillatore a vuoto e amplia la curva TBP nell'intervallo dei residui.
• ASTM D664 riguarda il numero di acidità dei prodotti petroliferi mediante titolazione potenziometrica, utilizzato per misurare il numero di acidità totale (TAN) rilevante per la valutazione del rischio di corrosione.

Gli standard stabiliscono come vengono generati i rendimenti e le proprietà dei tagli. Non decidono ogni quanto i dati debbano essere aggiornati, come trattare una partita miscelata o quali proprietà si debbano includere. Queste sono decisioni del sito e appartengono al processo di gestione del cambiamento del modello.

Cosa cambia effettivamente quando cambia una rotta di approvvigionamento

Una nuova rotta raramente cambia una sola cosa. Consideratela come cinque questioni separate.

1. Qualità. Densità, zolfo, acidità, metalli, sale, punto di scorrimento e tensione di vapore possono differire dal greggio che viene sostituito, anche quando il nome del grado sembra simile.
2. Struttura dei tagli. Due greggi con densità simile possono produrre quantità molto diverse di nafta, distillato e residuo a vuoto. Ciò sposta il carico sulle unità downstream.
3. Logistica. Cambiano le dimensioni della partita, la frequenza degli arrivi, il terminal di ricezione e la disponibilità dei serbatoi. La miscelazione in oleodotto o marina può produrre una qualità alla consegna diversa dall'analisi al porto di carico.
4. Termini commerciali. La base di prezzo, il nolo e i tempi di consegna cambiano, e questo modifica quali greggi d'opportunità valga la pena valutare.
5. Contaminazione e variabilità. Una nuova rotta può comportare un diverso comportamento in termini di miscelazione, sale o sedimenti.

Solo i primi tre punti cambiano l'insieme dei vincoli fisici. Gli altri due cambiano l'obiettivo. Manteneteli in tabelle dati separate, in modo che un aggiornamento dei prezzi non sovrascriva mai silenziosamente un aggiornamento della qualità.

Gestione delle analisi

Aggiornare prima di ottimizzare

Non eseguite l'ottimizzatore su un'analisi precedente al cambio di rotta. Ottenete un'analisi attuale per il greggio così come verrà consegnato, non come caricato. Se un'analisi completa non arriva in tempo, usatene una recente con un livello di confidenza chiaramente indicato ed eseguite casi di sensibilità sulle sue proprietà incerte. Un pianificatore dovrebbe essere in grado di vedere a colpo d'occhio quali greggi hanno un'analisi recente completa e quali stanno girando su un analogo o una stima.

L'amministrazione delle analisi è di per sé un collo di bottiglia. Inserire rapidamente un nuovo greggio nel modello fa parte della capacità di pianificazione. Se la creazione di un greggio richiede settimane, non valuterete i carichi d'opportunità che un cambio di rotta apre.

Quali proprietà includere

Al minimo, il modello necessita dei seguenti dati per ogni greggio:

• Rese dei tagli su base massa e volume nell'intero intervallo TBP, dai dati ASTM D2892 e ASTM D5236.
• Densità e zolfo per taglio, in modo da poter calcolare la qualità del prodotto e i carichi delle unità.
• Acidità e metalli, utilizzati per i vincoli di corrosione e avvelenamento del catalizzatore.
• Proprietà di scorrimento a freddo e tensione di vapore ovunque limitino la miscelazione o lo stoccaggio.

Alcune proprietà non si miscelano linearmente. Viscosità, punto di scorrimento e punto di infiammabilità necessitano di indici di miscelazione o correlazioni. Senza di essi, l'LP riporterà una miscela fattibile che fallirà nel serbatoio.

Struttura LP per la ri-ottimizzazione dello slate di greggi

La formulazione principale

In termini semplici, il modello sceglie i volumi di greggio per massimizzare il margine:

Massimizzare: Σ (valore del prodotto × resa del prodotto) − Σ (costo del greggio consegnato × volume del greggio) − costi di lavorazione

soggetto a:

• disponibilità di greggio: ogni volume di greggio è compreso tra un impegno minimo e una disponibilità massima del lotto;
• throughput dell'unità di greggio: la carica totale non supera la capacità dell'unità;
• capacità delle unità basate sui tagli: i carichi di nafta, distillati e residui rispettano le unità downstream;
• limiti di qualità: le proprietà miscelate delle alimentazioni delle unità e dei prodotti finiti rispettano i limiti;
• bilancio materico: tutti i flussi sono contabilizzati.

Le rese sono lineari rispetto al volume del greggio, quindi la struttura si adatta bene alla LP. Dopo un cambio di rotta, tuttavia, i limiti vincolanti non sono solitamente la capacità dell'unità di greggio. Sono i vincoli secondari: carico di zolfo sull'idrotrattamento, gestione dei residui, tolleranza acida della metallurgia dell'unità di greggio, limiti del dissalatore e segregazione dei serbatoi.

Far sì che i vincoli riflettano la conoscenza operativa

Un vincolo che recita "numero di acidità massimo della carica miscelata" dovrebbe provenire dai vostri ingegneri della corrosione e dai vostri materiali di costruzione, non da un valore predefinito del modello. Lo stesso vale per un limite sulla quota di un singolo greggio nella miscela. Dovrebbe riflettere la reale compatibilità o l'esperienza di dissalazione, non la cautela ereditata da un greggio che non lavorate più. Rivedete ciascuno di questi limiti quando l'origine cambia e registrate chi ne è il responsabile.

Gestione della non linearità

Laddove le rese delle unità dipendono dalla qualità dell'alimentazione, i modelli di pianificazione utilizzano normalmente la ricorsione. Una simulazione o correlazione aggiorna i vettori di resa tra i passaggi della LP. Dopo un cambiamento significativo nello slate, tuttavia, i vettori costruiti attorno al vecchio punto operativo possono trarre in inganno. Ricalibrateli sulla nuova miscela prevista prima di fidarvi del risultato. Quindi controllate che i passaggi successivi si stabilizzino su uno slate stabile invece di oscillare.

Dallo slate mensile alle decisioni sui carichi

Una LP fornisce lo slate migliore per un periodo definito. Le decisioni di acquisto sono tuttavia discrete. Un carico viene acquistato interamente e arriva in una data precisa. Valutare ogni carico da solo rispetto a un caso base fa perdere di vista le interazioni. Due carichi possono essere validi insieme e scadenti separatamente, o viceversa.

Il livello di programmazione pone quindi una domanda diversa: dati i carichi scelti, i serbatoi, le condotte e le campagne delle unità possono consegnare l'alimentazione in tempo? Un articolo in Computers & Chemical Engineering (volume 145, 2021) propone una strategia di clustering basata sulla programmazione lineare intera mista (MILP) per integrare la gestione operativa dell'approvvigionamento di petrolio greggio. Lo cito per la sua portata, che consiste nell'integrare le decisioni di fornitura con le operazioni, non per una specifica rivendicazione di prestazioni.

I tre livelli dovrebbero condividere i dati dei certificati di analisi (assay) e dei vincoli. Se ognuno mantiene la propria copia, divergeranno dopo il primo aggiornamento.

Scenario illustrativo

Questo scenario è costruito a scopo illustrativo e non descrive un impianto o un evento reale.

Una raffineria costiera ha lavorato un greggio medium sour da un unico fornitore regionale tramite oleodotto e terminale. Un'interruzione della rotta elimina tale fornitura. Le alternative del pianificatore sono un grado più leggero e a basso contenuto di zolfo via nave e un grado più pesante e a più alta acidità con uno sconto.

Il team di pianificazione segue questa sequenza:

1. Recuperare gli assay correnti per entrambe le alternative così come saranno consegnate, e segnalare quelli che si basano su dati analoghi.
2. Aggiornare separatamente la tabella dei costi consegnati, includendo nolo e tempi di consegna.
3. Ricalibrare i vettori di ricorsione su una miscela vicina alla nuova carica prevista, piuttosto che alla vecchia.
4. Eseguire la LP con i vecchi limiti per vedere quali vincoli diventano stringenti, quindi chiedere agli ingegneri d'impianto di confermare ogni limite vincolante.
5. Eseguire casi che variano la quota del greggio pesante e l'incertezza dell'assay.
6. Passare le combinazioni di carichi selezionate al programmatore per testare la segregazione dei serbatoi e i tempi di arrivo.

L'esito qualitativo è comune. Il grado più leggero allenta i limiti di gestione dei residui e di acidità, ma carica le unità delle frazioni leggere e può indebolire il margine. Il grado più pesante migliora il prezzo del greggio ma spinge contro i vincoli di acidità e residui, quindi la LP ne limita la quota. La risposta migliore è solitamente una miscela, e la sua fattibilità dipende dalla capacità del parco serbatoi di mantenere i lotti separati abbastanza a lungo da miscelarli al punto di carica. Quel controllo fisico spesso decide il piano.

Checklist for re-optimising after a route change

• Confermare che ogni nuovo greggio abbia un saggio (assay) rappresentativo del materiale consegnato e contrassegnare il livello di confidenza di ciascuno.
• Verificare che il saggio includa l'intero intervallo di taglio, supportato dai dati ASTM D2892 e ASTM D5236, oltre all'acidità da ASTM D664 ove pertinente.
• Mantenere i dati relativi a qualità, logistica e prezzi in tabelle separate con proprietari distinti.
• Rivedere ogni quota di miscelazione e limite di qualità con l'ingegnere d'impianto o di corrosione responsabile.
• Ricalibrare i vettori di ricorsione sulla base della nuova miscela prevista e confermare la convergenza.
• Aggiungere indici di miscelazione per qualsiasi proprietà non lineare che regoli un limite di prodotto o di stoccaggio.
• Eseguire casi di sensibilità sull'incertezza del saggio e sulla quota di qualsiasi greggio non familiare.
• Valutare i carichi in combinazione, non solo singolarmente rispetto al caso base.
• Passare la lista ristretta dei greggi alla programmazione per testare la segregazione dei serbatoi, i trasferimenti di linea e i tempi di arrivo.
• Dopo la lavorazione dei primi carichi, confrontare le rese e le qualità previste dal modello con i dati reali dell'impianto e correggere i vettori.
• Registrare ogni limite modificato e il motivo, in modo che il prossimo cambio di rotta inizi da una traccia di audit.

Conclusione

Quando le rotte di approvvigionamento cambiano, i rischi maggiori sono saggi obsoleti, vincoli ereditati e una lista di carichi che la logistica non può consegnare. Aggiornare prima i dati, quindi mettere in discussione i limiti con gli ingegneri responsabili e mantenere i livelli di LP, selezione dei carichi e programmazione su un set di dati comune. Prossimi passi: sottoporre a audit il modello attuale per i greggi il cui saggio non corrisponde più alla qualità consegnata, elencare i vincoli senza un proprietario designato e programmare una validazione rispetto alle rese reali del primo carico di qualsiasi nuova origine. Un controllo formale dello stato del modello, come raccomandato da Becht, fornisce un modo strutturato per farlo prima che la prossima interruzione imponga la decisione.