Планировщики обычно замечают изменение маршрута поставок, когда в графике появляется партия, которую никто не моделировал: другой сорт, загруженный на другом терминале, с другим окном прибытия. LP-модель по-прежнему выдает решение и формирует корзину. Но если ее анализы описывают нефть, которая больше не соответствует прибывающей, а ее ограничения отражают логистику прошлого года, рекомендация будет неверной. Ошибка обычно проявляется на установке, а не в электронной таблице. Типичные симптомы — ограничение работы установки первичной переработки нефти из-за коррозии шлемовых линий или работы электрообессоливающей установки, нехватка мощности гидроочистки по сере, несоответствие продукта спецификации или отсутствие возможности разделения в резервуарном парке для следующей партии. Деньги теряются одним из двух способов: упущенная маржа из-за консервативной корзины или режим работы, который завод не может обеспечить. В этой статье рассматривается, как повторно оптимизировать корзину при существенном изменении происхождения и качества: какие данные обновлять в первую очередь, как структурировать ограничения и как отделить вопрос LP от вопроса планирования графиков.

Стандарты и контекст данных

LP-модель хороша лишь настолько, насколько хороши данные анализов, лежащие в ее основе, поэтому соответствующими стандартами являются лабораторные методы. Вот те, за которые я могу поручиться:

  • ASTM D2892 охватывает дистилляцию сырой нефти с использованием колонны с 15 теоретическими тарелками и лежит в основе определения истинных точек кипения (TBP) легких фракций.
  • ASTM D5236 охватывает дистилляцию тяжелых углеводородных смесей методом вакуумной перегонки и расширяет кривую TBP в область остатков.
  • ASTM D664 охватывает кислотное число нефтепродуктов методом потенциометрического титрования, используемого для измерения общего кислотного числа (TAN), актуального для оценки риска коррозии.

Стандарты фиксируют, как генерируются выходы фракций и свойства. Они не определяют, как часто данные должны обновляться, как обрабатывать смешанную партию или какие свойства необходимо учитывать. Это решения на уровне предприятия, и они относятся к процессу управления изменениями модели.

Что на самом деле меняется при изменении маршрута поставки

Новый маршрут редко меняет только что-то одно. Рассматривайте это как пять отдельных вопросов.

  1. Качество. Плотность, содержание серы, кислотность, металлы, соли, температура застывания и давление паров могут отличаться от заменяемой нефти, даже если название сорта выглядит похожим.
  2. Фракционный состав. Две нефти с одинаковой плотностью могут давать совершенно разное количество нафты, дистиллята и вакуумного остатка. Это перераспределяет нагрузку на установки даунстрима.
  3. Логистика. Меняются размер партии, частота прибытия, приемный терминал и наличие резервуаров. Смешивание в трубопроводе или на море может привести к тому, что качество при поставке будет отличаться от анализа в порту отгрузки.
  4. Коммерческие условия. Изменяются ценовой базис, фрахт и сроки поставки, что влияет на то, какие сорта «opportunity crudes» стоит оценивать.
  5. Загрязнение и вариативность. Новый маршрут может принести другие особенности смешивания, содержания солей или осадков.

Только первые три пункта меняют набор физических ограничений. Остальные два меняют целевую функцию. Держите их в отдельных таблицах данных, чтобы обновление цены никогда не перезаписывало обновление качества без уведомления.

Управление анализами

Обновление перед оптимизацией

Не запускайте оптимизатор на анализе, который предшествовал изменению маршрута. Получите текущий анализ нефти в том виде, в котором она будет доставлена, а не в том, в котором она была отгружена. Если полный анализ не поступит вовремя, используйте недавний с четко обозначенным уровнем достоверности и проведите расчеты чувствительности по его неопределенным свойствам. Планировщик должен с первого взгляда видеть, для каких сортов нефти есть полный недавний анализ, а какие работают на аналоге или оценке.

Администрирование анализов само по себе является «узким местом». Быстрое внесение новой нефти в модель — часть возможностей планирования. Если создание модели нефти занимает недели, вы не сможете оценить выгодные партии, которые открывает изменение маршрута.

Какие свойства учитывать

Как минимум, модели необходимы следующие данные для каждой нефти:

  • Выходы фракций на массовой и объемной основе во всем диапазоне TBP на основе данных ASTM D2892 и ASTM D5236.
  • Плотность и содержание серы по фракциям для расчета качества продукции и нагрузки на установки.
  • Кислотность и содержание металлов, используемые для ограничений по коррозии и отравлению катализаторов.
  • Свойства низкотемпературной текучести и давления паров там, где они ограничивают смешивание или хранение.

Некоторые свойства не смешиваются линейно. Для вязкости, температуры застывания и температуры вспышки нужны индексы смешения или корреляции. Без них LP-модель выдаст выполнимую смесь, которая не пройдет проверку в резервуаре.

Структура LP для реоптимизации корзины нефти

Базовая формулировка

Простыми словами, модель выбирает объемы нефти для максимизации маржи:

Максимизировать: Σ (стоимость продукта × выход продукта) − Σ (стоимость доставленной нефти × объем нефти) − затраты на переработку

при условии:

  • доступность нефти: объем каждой нефти находится в пределах от минимальных обязательств до максимального наличия партии;
  • пропускная способность установки перегонки нефти: общая загрузка не превышает мощность установки;
  • мощности установок по фракциям: загрузка по нафте, дистиллятам и остаткам соответствует установкам даунстрима;
  • лимиты качества: смешанные свойства сырья установок и готовой продукции соответствуют пределам;
  • материальный баланс: учитываются все потоки.

Выходы линейно зависят от объема нефти, поэтому структура хорошо подходит для LP. Однако после изменения маршрута связующими лимитами обычно является не мощность установки перегонки, а вторичные ограничения: нагрузка по сере на гидропроцессы, переработка остатков, кислотостойкость металлургии установки перегонки, лимиты обессоливающей установки и сегрегация резервуаров.

Наполнение ограничений эксплуатационными знаниями

Ограничение, гласящее «максимальное кислотное число смешанного сырья», должно исходить от ваших инженеров по коррозии и материалов конструкции, а не из настроек модели по умолчанию. То же самое касается лимита на долю одной нефти в смеси. Он должен отражать реальный опыт совместимости или обессоливания, а не осторожность, унаследованную от нефти, которую вы больше не перерабатываете. Пересматривайте каждый из этих лимитов при изменении источника и фиксируйте ответственного за него.

Обработка нелинейности

Там, где выходы установок зависят от качества сырья, модели планирования обычно используют рекурсию. Симуляция или корреляция обновляет векторы выходов между итерациями LP. Однако после значительного сдвига в корзине векторы, построенные вокруг старой рабочей точки, могут ввести в заблуждение. Пересчитайте их на основе новой ожидаемой смеси, прежде чем доверять результату. Затем проверьте, стабилизируются ли последовательные итерации на устойчивой корзине, а не осциллируют.

От месячной корзины к решениям по партиям

LP дает лучшую корзину на определенный период. Однако решения о закупке дискретны. Партия покупается целиком и прибывает в определенную дату. Оценка каждой партии отдельно по сравнению с базовым вариантом упускает взаимодействия. Две партии могут быть хороши вместе и плохи по отдельности, или наоборот.

Слой планирования графиков затем задает другой вопрос: с учетом выбранных партий, смогут ли резервуары, трубопроводы и кампании установок обеспечить подачу сырья вовремя? Статья в Computers & Chemical Engineering (том 145, 2021) предлагает стратегию кластеризации на основе смешанно-целочисленного линейного программирования (MILP) для интеграции операционного управления поставками сырой нефти. Я цитирую ее из-за охвата — интеграции решений по поставкам с операциями, а не из-за каких-либо конкретных заявлений о производительности.

Уровень Ответ на вопрос Тип модели Главный риск при пропуске
LP корзины Какие объемы нефти максимизируют маржу в пределах лимитов установок и качества? Линейное программирование Корзина не соответствует лимитам установок
Выбор партий Какие дискретные партии следует купить и в какой комбинации? Комбинаторная или MILP Оценка партий в изоляции
График поставок нефти Могут ли резервуары, линии и установки подать сырье вовремя? MILP или на базе симуляции Корзина LP, которую невозможно реализовать

Три уровня должны использовать общие данные анализов нефти (assay) и ограничений. Если каждый будет хранить свою копию, они разойдутся после первого же обновления.

Иллюстративный сценарий

Этот сценарий составлен для иллюстрации и не описывает реальный завод или событие.

Прибрежный НПЗ перерабатывал среднесернистую нефть от одного регионального поставщика через трубопровод и терминал. Сбой маршрута прекращает эти поставки. Альтернативы планировщика: более легкий сорт с низким содержанием серы, доставляемый судном, и более тяжелый сорт с высоким кислотным числом со скидкой.

Команда планирования следует этой последовательности:

  1. Получить текущие анализы (assays) для обеих альтернатив в том виде, в котором они будут доставлены, и отметить те, что основаны на аналогах.
  2. Обновить таблицу стоимости доставки отдельно, включая фрахт и время выполнения заказа.
  3. Пересчитать векторы рекурсии на смеси, близкой к ожидаемой новой загрузке, а не старой.
  4. Запустить LP со старыми лимитами, чтобы увидеть, какие ограничения становятся связующими, затем попросить инженеров установок подтвердить каждый связующий лимит.
  5. Запустить варианты с разной долей тяжелой нефти и неопределенностью анализа.
  6. Передать отобранные комбинации партий планировщику графиков для проверки сегрегации резервуаров и времени прибытия.

Качественный результат типичен. Более легкий сорт снимает ограничения по переработке остатков и кислотности, но загружает установки легких фракций и может снизить маржу. Более тяжелый сорт улучшает цену нефти, но упирается в ограничения по кислотности и остаткам, поэтому LP ограничивает его долю. Лучшим ответом обычно является смесь, и ее жизнеспособность зависит от того, сможет ли резервуарный парк удерживать партии раздельно достаточно долго для смешивания в точке загрузки. Эта физическая проверка часто определяет план.

Чек-лист для реоптимизации после изменения маршрута поставок

  • Убедитесь, что для каждого нового сорта нефти имеется анализ (assay), соответствующий поставленному материалу, и отметьте уровень достоверности каждого из них.
  • Проверьте, что анализ включает полный диапазон фракций, подтвержденный данными ASTM D2892 и ASTM D5236, а также кислотность по ASTM D664, где это применимо.
  • Храните данные по качеству, логистике и ценам в отдельных таблицах с разграничением ответственности.
  • Пересмотрите каждую долю в смеси и ограничение по качеству совместно с инженером установки или инженером по коррозии, ответственным за данный участок.
  • Пересчитайте векторы рекурсии на основе ожидаемой новой смеси и подтвердите сходимость.
  • Добавьте индексы смешения для любого нелинейного свойства, которое определяет лимиты по продукту или хранению.
  • Проведите анализ чувствительности к неопределенности анализов и к доле любого незнакомого сорта нефти.
  • Оценивайте партии грузов в комбинации, а не только по отдельности в сравнении с базовым вариантом.
  • Передайте предварительный список сортов в отдел планирования для проверки сегрегации резервуаров, перекачек по трубопроводам и сроков прибытия.
  • После переработки первых партий сравните прогнозируемые моделью выходы и качество с фактическими показателями завода и скорректируйте векторы.
  • Фиксируйте каждое изменение лимитов и его причину, чтобы следующее изменение маршрута начиналось с аудиторского следа.

Заключение

При изменении маршрутов поставок наибольшими рисками являются устаревшие анализы нефти, унаследованные ограничения и набор сортов, который логистика не может обеспечить. Сначала обновите данные, затем обсудите ограничения с ответственными инженерами и поддерживайте уровни LP, выбора грузов и планирования на едином наборе данных. Следующие шаги: проведите аудит текущей модели на предмет сортов нефти, анализы которых больше не соответствуют качеству поставки, составьте список ограничений без назначенного ответственного и запланируйте валидацию по фактическим выходам первой партии из любого нового источника. Формальная проверка состояния модели, как рекомендует Becht, дает структурированный способ сделать это до того, как очередные сбои вынудят принимать поспешные решения.