OPERACI

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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_at_fiqus.unl.edu.ar

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El uso de poliductos

• Economía
• Confiabilidad
• Seguridad

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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
derivando gasolina
inyectando jet fuel
6
El problema
derivando gasolina
inyectando jet fuel
7
El problema
derivando gasolina
inyectando jet fuel
8
El problema
derivando gasolina
inyectando jet fuel
9
El problema
derivando diesel
inyectando jet fuel
10
El problema
derivando diesel
inyectando jet fuel
11
El problema
derivando diesel
inyectando jet fuel
12
El problema
derivando gasolina
inyectando LPG
13
El problema
derivando gasolina
inyectando LPG
14
El problema
derivando gasolina
inyectando LPG
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Dimensiones

• Longitud 1000 km
• Diámetro 50 cm
• Volumen involucrado 196350 m3 (casi 200 millones
  de litros)
• Caudal de bombeo 1000 m3/hora
• Lead time 196 horas (8 días)

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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

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Las interfases

• Entre batches sucesivos de productos disímiles
• No es común utilizar separadores físicos
• La contaminación es inevitable

Jet fuel
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Las interfases

• Entre batches sucesivos de productos disímiles
• No es común utilizar separadores físicos
• La contaminación es inevitable

Jet fuel
LPG
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Las interfases

• Entre batches sucesivos de productos disímiles
• No es común utilizar separadores físicos
• La contaminación es inevitable

Jet fuel
LPG
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Las interfases

• Entre batches sucesivos de productos disímiles
• No es común utilizar separadores físicos
• La contaminación es inevitable

Jet fuel
LPG
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Las interfases

• Entre batches sucesivos de productos disímiles
• No es común utilizar separadores físicos
• La contaminación es inevitable

interfase
Jet fuel
LPG
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Las interfases

• Alternativas
• Reprocesamiento en tanques de segregación
• Venta como producto de menor calidad

interfase
Jet fuel
LPG
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El enfoque

• Modelo de Programación Lineal Mixta Entera (MILP)
• Representación continua del sistema
• En escala de
• Tiempo
• Volumen

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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

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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

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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

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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 timede
  1000 seg

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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

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OPERACIÓN ÓPTIMA DE POLIDUCTOS

• Diego C. Cafaro
• dcafaro_at_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

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El modelo

• Conjuntos
• I conjunto ordenado de corridas de bombeo
• Iold conjunto ordenado de corridas dentro del
  ducto al iniciar el horizonte de planificación
• Inew conjunto ordenado de corridas a ser
  inyectadas durante el horizonte de
  planificación
• S conjunto de productos refinados
• J conjunto de depósitos a lo largo del
  poliducto
• O conjunto de campañas de producción en
  refinería preestablecidas

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El modelo

• Parámetros
• hmax longitud del horizonte de planificación
• Pj coordenada volumétrica del depósito j a lo
  largo del ducto
• vb caudal de bombeo
• qds,j demanda de producto s a ser satisfecha por
  el depósito j
• vm máximo caudal de abastecimiento a mercados
• ?s,s tiempo de changeover entre corridas
  sucesivas de producto s y s
• IFs,s volumen de la interfase generada entre
  productos s y s
• Bo tamaño de la corrida de producción en
  refinería o
• ao , bo tiempo de inicio\fin de la corrida de
  producción o

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El modelo

• Variables
• Binarias (0-1)
• yi,s la corrida de bombeo i se compone de
  producto s siempre que yi,s 1
• xi,j(i) una fracción de la corrida i se
  transfiere al depósito j durante la inyección
  de la corrida i siempre que xi,j(i)1
• zui,o la corrida de bombeo i finaliza luego de
  iniciarse la campaña de producción o, siempre
  que zui,o1
• zli,o la corrida de bombeo i comienza luego de
  culminarse la campaña de producción o, zli,o1

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El modelo

• Continuas
• Ci , Li tiempo de culminación/duración de la
  corrida i
• Fi(i) coordenada volumétrica superior de la
  corrida i dentro del ducto a tiempo Ci
• Wi(i) volumen de la corrida i a tiempo Ci
• Qi volumen inyectado en la corrida i
• Pi,s volumen de producto s inyectado en la
  corrida i
• Di,j(i) volumen de la campaña i transferido
  desde el ducto al depósito j durante la
  inyección de la corrida i
• DSi,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
• WIFi volumen de la interfase generada entre
  corridas i e (i-1)
• IDs,j(i)/IRs,(i) nivel de inventario de
  producto s en depósito j /refinería a tiempo
  Ci

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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