OMEGA: UN SISTEMA MEJORADO DE TEXACO PARA LA MEZCLA DE GASOLINA. CALVIN W. DEWITT LEON S. LASDON ALLAN D. WAREN DONALD A. BRENNER SIMON A. MELHEM
TRADUCCION LIBRE POR: LINA MARCELA GODOY HERNANDEZ LINA MARIA AGUDELO GUZMAN MONICA ALEXANDRA OSUNA PINZON OMEGA: un sistema mejorado de Texaco para la mezcla de gasolina. La mezcla de gasolina es un operación de refinería muy importante. En 1980,Texaco empezó a desarrollar y a mejorar, el sistema de soporte de decisiones para planear y organizar sus operaciones de mezcla. El sistema OMEGA, es implementado en computadoras personales y en un gran numero de sistemas de computadora. Este sistema necesita de las bases de datos de las refinerías y datos actualizados de las adquisiciones y la explotación detallada de los atributos de la gasolina en modelos no lineales. Texaco usa OMEGA en todas las refinerías ubicadas en estados unidos y dos en otros países. los beneficios de OMEGA están estimados en 30 millones de dólares anualmente, logrando un mejor control de calidad, mejoramiento en la planeación, y un direccionamiento direccionamiento mas acertado de los estudios que se deben hacer. A finales de 1970, las compañías petroleras empezaron a experimentar un descenso en sus utilidades debido a rápidos y continuos cambios en la atmósfera internacional. Contribuyendo factores como las muchas variaciones en el precio del crudo, un baja calidad del mismo y cambios en las especificaciones de la gasolina exigida por las regulaciones de los nuevos gobiernos, sin contar con el cambio en los requerimientos requerimientos de los nuevos automóviles. En respuesta a estas presiones, el departamento de sistemas de información y computadoras de Texaco (ahora el departamento de información tecnológica)- ITD por sus siglas en ingles- desarrolló y mejoró un sistema de mezcla de gasolina interactiva llamado OMEGA (Optimización (Optimización del Método Método para la Estimación Estimación de los Atributos Atributos de la Gasolina). Gasolina). Este nuevo sistema consiste en un modulo para la adquisición de datos, con ecuaciones lineales y no lineales para predecir el rendimiento de las cualidades de la mezcla dando la calidad y los volúmenes de entrada en el inventario, el GRG2 optimizador no lineal, y un usuario de interface interactivo. El sistema habilita al usuario para tomar diferentes datos de la base de datos de la refinería moderna, además interactivamente interactivamente examinar y modificar los datos después de insertarlos en la base de datos de OMEGA. Estos datos incluyen información de la calidad y cualidades de las existencias (inventario) como tambien las especificaciones especificaciones de la mezcla demandada. Tambien, el usuario, seleccionando un apropiado menú de opciones, puede construir y resolver problemas de optimización no lineal que determina cuanto tomar de cada existencia (inventario) para cada mezcla, con todas las especificaciones cumplidas, dando como resultado la capacidad de las existencias y la constante satisfacción de la mezcla demandada.
El primer OMEGA fue instalado en 1983 y actualmente es usado en las siete refinerías de Texaco en Estados Unidos y dos en plantas extranjeras. Nosotros escogimos como sitio inicial en Convert, Louisiana, porque es uno de los complejos de intermediacion y con una adquisición de datos bien establecida y un equipo de mezcla en línea. Como el uso de OMEGA fue extendido a otras refinerías, nosotros encontramos cierta resistencia por parte de los usuarios, quienes habían desarrollado sus propios módulos de mezcla, o encontraban algunas diferencias entre las mezclas recomendadas por el sistema y las mezcla existentes en la practica. un análisis mostró que estas diferencias eran debido a que OMEGA era mas precisa en la entrada de datos, la formulación del modelo, la mejora de la infraestructura y la precisión del optimizador. Para promover la aceptación del nuevo sistema, nosotros hicimos una prueba de OMEGA, usando las composiciones de la mezcla existente, como el punto de partida. Las soluciones finales de OMEGA, mostraban sustancialmente un aumento en la utilidades. Subsecuentemente, mezclas y pruebas en el laboratorio verificaron que las predicciones de la calidad de la mezcla eran mas precisa que las generadas por los antiguos métodos. Los beneficios económicos obtenidos por el uso de OMEGA son difíciles de medir desde las condiciones de mercado y las configuraciones de la refinería han cambiado desde su instalación. Sin embargo, tomando las composiciones de las mezcla usadas previamente por OMEGA, como valores iniciales para el optimizador OMEGA, nosotros hemos observado aumento en los beneficios de la gasolina en un 30%. Texaco estima un total de ganancias corrientes por mas de 30 millones de dólares anuales desde la implemantacion de OMEGA.
MEZCLA DE GASOLINA El corriente crudo contiene una amplia cantidad de materia prima, desde los mas ligeros como la gasolina hasta los mas pesados como el combustible industrial y el asfalto. El crudo es dividido en varios componentes corrientes por medio de la destilación, la cual separa los componentes de acuerdo a diferentes grados de ebullición. Solo una pequeña porción de la destilación va directamente a la mezcla de gasolina. La mayoría del corriente rendimiento desde la unidad de destilación es enviado a otra unidad de procesamiento, donde las moléculas son reformadas para mejorar su calidad o son estalladas y recombinadas por la luz, haciéndolas mas valiosas. Este producto resultante, con cualidades ampliamente intermedio, donde son mezclados con gasolina. La refinería envuelve varios pasos complejos dentro del proceso. Algunas de estas actividades son operaciones por baches, y otras involucra procesos continuos para transformar el crudo en componentes que le dan un mayor valor dentro del mercado. La mezcla de la gasolina es fundamentalmente un proceso de bache. Este debe ser sincronizado con otro proceso de bache y con otros procesos continuos para mantener un balance en la operación de la planta de tal manera que sea altamente lucrativo. Además toda la operación de refinería necesita ser coordinada con actividades paralelas de abastecimiento de crudo, marketing y distribución del producto. La programación lineal fue aplicada para la organización de la refinería y los problemas de la mezcla de gasolina a comienzos de los cincuenta. Veamos por ejemplo, los libros de Manne (1956) y Charmes y Cooper (1961). Generalmente, Texaco aumenta en las plantas una amplia integración horizontal, aumentando el rigor del análisis del tiempo de operación. Por ejemplo crear mensualmente planes de operaciones para el complejo de operaciones corrientes de las subdivisiones regionales de la compañía. Este plan es basado en representaciones simples de cada función de operación. Un modelo de programación lineal para refinerías usado como parte de este proceso. La proporción de mezcla de este modelo de programación es usualmente lineal.
Por otra parte, la compañía sostiene día a día una organización de las operaciones de mezcla por una representación rigurosa de mezclas dinámicas en la forma de un modelo de mezcla no lineal. La mezcla de gasolina envuelve una combinación de una amplia variedad de las existencias, junto con varios aditivos, para producir un conjunto de mezclas requeridas de un manera optima. Las mezclas requeridas son gasolinas llamadas: regulación liderada, regulación no liderada, no liderada plus y supe no liderada, de acuerdo a las características que tengan, Las existencias son productos intermedios desde la refinería, como la gasolina pura desde la columna de destilación, reformada desde el reformador y la gasolina catalítica desde la galleta catalítica. Liderados y realzados por octavos como el MMT, y otros aditivos. Las existencias son producidas por unas unidades del proceso de refinería y son almacenadas en tanques de almacenamiento intermedios. Las existencias seleccionadas son seleccionadas juntas, por medio de mezcla en línea o en un tanque de mezcla para crear mezclas. El mezclador en línea periódicamente muestra la mezcla y automáticamente prueba las propiedades de las muestras en línea. Esta información es usada para ajustar la proporción del flujo de existencias, así que la mezcla podrá reunir sus especificaciones de calidad a pesar de las fluctuaciones no esperadas en las propiedades de las existencias. En ocasiones, mas de 15 existencias son mezcladas para producir en 8 mezclas. Las cualidades de la mezcla son determinadas por las cualidades de las existencias. Las cualidades de la mezcla son atributos de mezcla variados o propiedades que deben ser controladas por cada mezcla. La optimización del problema es para calcular el volumen de cada existencia para ser usada en cada mezcla, sujeto a la capacidad de las constantes en cada existencia y la demanda y las especificaciones en cada mezcla, así, que la función objetivo apropiada, es optimizada. Existen 14 características diferentes que podrían ser en envueltas en cada mezcla. Las propiedades típicas se existencias incluye presión de vapor REID, un porcentaje de sulfuro, porcentaje de aromáticos, las diferentes fracciones de temperatura de la mezcla sin ebullir, índices de octanos incluyendo búsqueda, motor y red de octanos y volumen de contenido. Mezclas volátiles y octanos son funciones no lineales de las cualidades de entrada de existencias, considerando que la mayoría de las otras cualidades son asumidas para una mezcla lineal respecto del volumen de fracciones. Para un problema con I existencias y J mezclas, tendríamos J*(I+3) variables de decisiones y aproximadamente 16*J+1 constantes. Un análisis envuelve 7 entradas en existencias, 4 rendimientos de mezclas, la optimización del problema consistirá en 40 variables y 71 constantes. Comúnmente, los modelos de mezcla que incorporan linealidades son un periodo individual. Estos modelos usados para operaciones de planeación incluye requerimientos de mezcla para un mes entero en la definición del problema. En este caso ni la secuencia de las operaciones de mezcla ni su impacto en el inventario intermedio es considerado. Este tipo de manejo es generalmente hecho una vez al mes, o mas frecuente si es una señal de partida del limite de valores desde los valores asumidos en análisis previos. Estos modelos usados para la mezcla actual considerados como una sola mezcla en cualquier momento, pero el modelo puede ser usado en forma de una base diaria.
La evolución de los métodos de mezcla de Texaco A comienzos de 1960 instalaron computadoras en algunas de sus refinerías. Estas computadoras fueron usadas principalmente para la contabilización, adquisición de datos, procesos de control y modelos de refinería. Durante este periodo, las composiciones de la mezcla de gasolina fueron abastecidas por una combinación de ensayos y errores, experiencia y el uso de tablas de respuestas promedio.
Las computadoras llegaron a tener mayor capacidad de lectura, modelos matemáticos fueron desarrollados para ayudar a la mezcladora de gasolina. Estos modelos matemáticos apuntaron a predecir las características de cada mezcla basadas en las propiedades de las existencias, y en las proporciones de las mezclas sugeridas por la mezcladora. Ellos fueron muy útiles para el estudio de los casos para argumentar la intuición de la mezcla y la experiencia. Durante 1960 el hardware y el software de los computadoras avanzó significativamente. Los ingenieros de la refinería empezaron a usar programación lineal para solucionar varios modelos de planeación incluyendo submodelos de mezcla linealizados. En 1965, IBM introdució el POP II, y su proceso de optimización por un programa de optimización no lineal, el cual fue usado como un sucesivo programa de logaritmo lineal para resolver problemas de programación lineal (Smith 1965).Poco tiempo después, Texaco desarrolló un sistema para la optimización de la mezcla de gasolina, GOP, y fue usado el programa POP II. El proceso de investigación de mezclas de Texaco a comienzos de los ochenta reveló que el sistema GOP no estaba siendo usado reiteradamente por todas las refinerías. Un amplio estudio descubrió varios problemas que inhibían su uso. El sistema de mezcla usado en GOP no era suficientemente preciso, y por lo tanto la actual mezcla frecuentemente no reunía todas las especificaciones. El código FORTRAN fué también difícil de mantener, además durante el proceso de optimización el algoritmo POP II con frecuencia se detenía en una solución infeasible. Además el POP II no solo fue muy lento, sino que además en sus resultados apreciaban inconsistencias, y frecuentemente se detenía en diferentes valores, si empezaba desde diferentes puntos de partida, esto redució la confianza en los resultados. La industria de la refinería también cambio significativamente durante los setenta. El promedio de las cualidades del crudo capacitado para la refinería fue diferente de la capacidad previa del crudo (era más pesado y tenía un peso muy alto en porcentaje de sulfuro). Esto lideró cambios en el proceso de refinería y en las existencias de gasolina con cualidades inferiores. Al mismo tiempo, la manufactura automotriz modificó la ingeniería de los automóviles y en consecuencia requerían mayor combustible de octanos. El mas grande impacto llegó con las regulaciones de los gobiernos, por ejemplo, la EPA ordenó una reducción de 1.7 gramos por galón del total de gasolina producida en 1975 a 0.8 gramos en 1978. Desde el aumento de los octanos en la mezcla, o en otras palabras, el cambio de las especificaciones de los octanos, se notó un aumento significativo, en los costos. Estos cambios dieron como resultado que las especificaciones de la mezcla estaban siendo mas difíciles y mas costosas al reunirlas. Este aumento en las restricciones para la mezcla, unido con los cambios en la calidad de las existencias, dió como resultado que el POP II estaba siendo mas informal. En consecuencia en 1980 Texaco empezó a buscar paquetes con otras optimizaciones no lineales. La experiencia con POP II mostró que un método que primero trató de satisfacer todas las constantes y luego mantuvo feasibilidad aumentando que el objetivo fuera deseable. Esta sugerencia de reducción de algoritmos podría ser efectiva. Uno de los autores (Brenner) asistió a TIMS/ORSA, una reunión en 1981, el la cual Lasdon presentó resultados en el desarrollo de la reducción generalizada de algoritmos GRG2, creada por Lasdon y Waren (1978).Esta presentación le dejó la prueba GRG2, una prueba de verificación de resultados donde el algoritmo fue muy bien estructurado y confiable. La habilidad para fijar dentro de un amplio sistema, llamado suburbanas , también fue muy importante, desde que Texaco planeó construir un nuevo sistema interactivo de mezcla alrededor de la optimización. Basado en estos factores, Texaco decidió usar GRG2 como la fundamento para el nuevo y mejorado sistema de optimización de mezcla de gasolina.
El desarrollo de OMEGA Texaco empezó desarrollando su nuevo sistema de optimización de mezcla de gasolina no lineal, OMEGA, a comienzos de 1982. La primera fase en este desarrollo fué reemplazar el POP II por GRG2 como el optimizador. El segundo paso fué
mejorar la precisión del modelo matemático de mezcla que había sido usado. Este modelo es usado para calcular el rendimiento de las propiedades de la mezcla ,otros valores constantes y el valor de la función objetivo. Las ecuaciones en el nuevo modelo fueron obtenidas por varios medios: el modelo GOP, literatura de dominio publico y estudios internos hechos por Texaco. El software que genera el modelo fue desarrollado por el departamento de información tecnológica de Texaco, usando técnicas de estructuración de programación, el departamento mencionado también es responsable del mantenimiento del software. el modelo de interface para optimizar fue como un proceso directo y no fue considerado como una fase separada del desarrollo de OMEGA. El siguiente paso en el desarrollo fue diseñado e implementado por un usuario de interface. Por tanto, El sistema OMEGA fue desarrollado como una pantalla completa, con un menú guiado y un sistema interactivo. Todas las entradas y opciones son ingresadas a través de menús. A causa de la gran suma de entrada de datos, nosotros hemos desarrollado capacidades de adquisición de datos. Nosotros diseñamos el Sistema Interfaz con la Refinería Texaco, el cual automáticamente registra inventarios de deposito y tasas de flujo de producción al identificar cantidades de existencias disponibles para mezclar. El sistema OMEGA puede también acceder a los resultados de los exámenes de laboratorios sobre las propiedades de las existencias, las cuales también son recordadas en el sistema de adquisición de datos. Esta habilidad para acceder al sistema de adquisición de datos ha demostrado ser un rasgo útil para el proceso de mezclar la gasolina. Una vez, OMEGA estaba funcionando, la siguiente fase a desarrollo fue afinar el Optimizador GRG2 al igual que el modelo. Antes de afinar a OMEGA, este era ocasionalmente dependiente al punto de partida, ajustamos los parámetros del GRG2, e hicimos modificaciones secundarias y graduamos el modelo OMEGA. Estas acciones, efectivamente eliminaron el problema de la dependencia del punto de partida. Durante esta fase, nosotros extendimos el sistema para permitir al usuario, comenzar desde la solución optima previa. En practica, sin embargo, las existencias disponibles para mezclar varían mucho, puesto que la mezcladora día tras día entra usualmente un nuevo set de valores al comienzo para cada función.
INSTALACIÓN: La siguiente fase en la implementación del programa OMEGA fue su instalación a una refinería actual. Es muy importante que la primera instalación sea exitosa para promover la aceptación a otros sitios. En la selección del primer sitio hubo que tener mucho cuidado, puesto que una refinería mezclando gasolina en línea era agradable y conveniente, pues bien, daba al usuario mejor control sobre las cualidades de mezcla durante el proceso. Texaco sentía que la refinería inicial necesitaba tener ingenieros y personal no técnico (mezcladores) quienes estaban familiarizados con los computadores de modo que nosotros no tendríamos que tratar con problemas asociados con la introducción de computadores además de los problemas de instalar un nuevo sistema de mezcla. Las facilidades de adquisición de datos automáticos fueron también convenientes para tomar ventaja de las capacidades de capturar datos automáticos de OMEGA. Además, nosotros escogimos una refinería que no era ni la más compleja, ni la más simple de modo que esto seria verdaderamente representativo. La primera instalación de OMEGA fue exitosa. TEXACO entonces empezó instalando OMEGA en todas sus refinerías en Estados Unidos, sin embargo, nosotros encontramos alguna resistencia de varios ingenieros y mezcladores puesto que muchas de las refinerías habían desarrollado y mantenido sus propios modelos y los ingenieros debatieron que ellos ya tenían una herramienta que trabajaba para sus propósitos. Otra dificultad percibida fue que el rendimiento de mezclas de OMEGA difería en composición de los productos que ellos estaban mezclando. Los mezcladores habían obtenido las formulas para este rendimiento de las mezclas del sistema GOP, de casos estudiados usando otros modelos de prueba y error o de experiencia. Un análisis comparativo de las composiciones de las mezclas de OMEGA y las composiciones predictadas por la planta de personal condujeron a la identificación de varios factores que contribuyeron a sus diferencias, un factor fue que el modelo OMEGA era mas correcto que el modelo GOP, otro es que el optimizador OMEGA encuentra soluciones optimas mas frecuentes que el algoritmo POP y dio mas resultados precisos, de este modo se responde muy bien a los pequeños cambios en la composición de las existencias, otro factor sumado a la diferencia en las formulas de mezcla es que en el
pasado el POP II estaría en un infactible punto debido a las imprecisiones en el modelo o por que el algoritmo POP II seria infactible durante la optimización y no llegaría a ser factible de nuevo. Esto hizo más difícil para los mezcladores determinar una formula factible que satisficiera las especificaciones requeridas. Como resultado, las mezclas tendrían que ser muchas veces remezcladas. Durante el proceso de remezcla las provisiones fueron manualmente agregadas hasta que las especificaciones fueron satisfechas, permitiendo que las mezclas fueran más costosas que necesarias. Sin embargo, pasaron tres años antes de que OMEGA fuera ampliamente aceptada. A medida que los ingenieros fueron usando OMEGA mas frecuentemente, ellos le tuvieron mas confianza a este. El personal en la primera instalación de la refinería fue extremadamente servicial puesto que respondieron todas las preguntas y suministraron ayuda a los ingenieros en otras refinerías. Además, OMEGA fue muy fácil de usar y significativamente más flexible que los otros procedimientos y esto también contribuyo al crecimiento de su popularidad. Uno de los distintivos que promovió el uso de OMEGA fue la inclusión de un objetivo secreto de calidad, usualmente esta calidad es el octano. Anterior al uso de OMEGA las mezclas finales, muchas veces sobrepasarían o excederían algunas de sus especificaciones. Por ejemplo, una especificación de una mezcla podría requerir un mínimo de 87 MON ( Numero de Octano en el Motor) mientras que la mezcla actual podría tener un 87.5 MON. Este exceso de Octano en el rendimiento total de la mezcla incrementa los costos sobre lo que podría lograrse sin el secreto. Desde que la mayoría de los componentes no tienen precios en el mercado bien establecidos, es muy difícil obtener un costo exacto o un objetivo lucrativo, tales objetivos por lo tanto, tienden a ser usado para los estudios de planificación, y otros objetivos son usados para las mezclas. Previamente no se había considerado que el octano era muy significante, sin embargo, como bajaron las regulaciones gubernamentales la cantidad de modo permitido en gasolina regular, las especificaciones de Octano quedaron más difíciles de satisfacer. El gobierno también requirió nuevos automóviles para usar pero con gasolina sin tóxicos ni aditivos. Con estas nuevas regulaciones, las más altas provisiones de Octano con cualidades de volatilidad muy buenas tenían una mayor demanda. El valor de las altas provisiones de Octano para mezclar empezaron a incrementar mucho, y el precio de la gasolina vario una gran cantidad durante este periodo de tiempo. El secreto se ha vuelto un factor significativo en determinar la utilidad de la mezcla. Para convencer a los mezcladores que el previo método de mezclar no era económico, nosotros hicimos una serie de pruebas de OMEGA a estas refinerías para mostrarles las ganancias adicionales que estas podrían obtener. La composición de el ultimo conjunto de gasolina mezclada en la refinería sin usar OMEGA fue alimentado dentro de OMEGA como el Punto de partida. OMEGA se ejecuto entonces en modo de optimización, dando una formula de mezcla de examen final mucho más lucrativa. La mezcladora fue fomentada a mezclar, en el laboratorio, una muestra de gasolina que sigue la composición de la mezcla óptima informada por OMEGA y para probar la muestra para verificar que la mezcla de hecho encontró sus especificaciones. El éxito del resultado de este proceso suministro convincente evidencia del valor de OMEGA. OMEGA esta ahora instalado en las siete refinerías locales de Texaco. Esta comúnmente es ejecutada sobre las computadoras principales de IBM, en computadores supermini y en computadoras personales todas IBM. La CPU varia dependiendo el caso, por ejemplo un tipico caso de problemas de planificación con 40 variables y 71 constantes ejecutada sobre un computador IBM 3090 toma alrededor de 5 segundos y un problema operacional ejecutado sobre una Data General MV8000 en una refinería toma alrededor de 2 minutos.
MANTENIMIENTO: Como mencionamos anteriormente, OMEGA es sostenida principalmente por el Departamento de Información y Tecnología de Texaco, y este esta constantemente modernizándose y extendiéndose. Cuando las nuevas regulaciones del Gobierno son invocadas, las modificaciones de OMEGA son hechas para reflejar estas regulaciones. In los recientes años, por ejemplo, la EPA requirió una dirección para regular la guía de gasolina. Esto hizo necesario modificar el modelo OMEGA de modo que este seria mas exacto para los mas bajos niveles de dirección. El nuevo modelo también refleja el hecho que los laboratorios están ahora probando la reacción del Octano en las provisiones de las mezclas para llevar a los más bajos niveles. Esta fase también nos llevara al uso de otros mejores octanos tales como MMT y oxigenados los cuales tuvieron que ser incorporados dentro del modelo.
Otros cambios tan bien llevaron a modificar el modelo. Por ejemplo. Los adelantos en la refinería y la purificación crudos (Crudos mas pesados con mas alto contenido de Azufre) han resultado en mezclar provisiones con diferentes propiedades que estos previamente encontraron.. Las ecuaciones de calidad en el modelo tuvieron que ser extrapoladas para predecir los resultados de calidades de mezcla. OMEGA esta continuamente modificándose para reflejar cambios in las operaciones de la refinería. Aun durante la fase de instalación, como nuevas refinerías empezaron a usar el sistema, diferencias en las refinerías requerían cambios al sistema. Por ejemplo algunas refinerías necesitaban dar cuenta por los efectos de los “Heels”. Un “ Heel” es la mezcla dejada en un tanque después de bombear toda la mezcla que es normalmente sacada del tanque. Por lo tanto, la composición de la siguiente combinación a ser mezclada a el tanque debería tener en cuenta las cualidades y cantidades de el “ Heel”. Además, algunas refinerías requieren una especial consideración para mezclar provisiones. Fusionar provisiones sucede cuando varias existencias están alimentadas dentro del mismo tanque de almacenamiento con antelación a mezclarsen. Las modificaciones fueron hechas a OMEGA para ajustar juntos “Heels” y mezclar inventarios. Cuando texaco empezó instalando OMEGA en sus refinerías extranjeras, nosotros tuvimos que hacer cambios adicionales para manejar los diferentes requerimientos por cada país apropiadamente. Además la actualización de OMEGA es necesitada continuamente para capacitar este a responder las nuevas preguntas que los Ingenieros de las refinerías se hacen.
LA UNIDAD DE OMEGA Muchas compañías en el proceso de Industrialización han usado programación no lineal para desempeñar optimizaciones en línea y fuera de línea. Las aplicaciones varían en alcance desde tipos de secciones individuales dentro de una unidad de proceso para plantear una amplia optimización incluyendo muchas unidades interconectadas. Las organizaciones han reportado tal experiencia incluyendo SHELL and CHEVRO esta ultima ha desarrollado un interactivo sistema de mezcla no lineal llamado GINO (Optimización de gasolina en línea).
EL USO DE OMEGA Cada refinería usa OMEGA variando los grados y por varios propósitos dependiendo de las necesidades, complejidad y configuración de la refinería. Nosotros describiremos como el sistema esta típicamente usada, comenzando desde el rango medio (mensualmente) planeando y procediendo al tiempo real de mezcla. El planeador de mezcla calcula 3 u ocho mezclas en una particular función OMEGA. Cada mezcla es uno de los cuatro tipos de gasolina que texaco.
Fabrica. Muchas veces el mezclador creara dos mezclas o combinaciones para cada tipo una mezcla para el tipo de volumen fijado que ha sido comprometido durante el proceso de planeación el cual es llamado una mezcla "requerida",, y una mezcla para cualquier cantidad adicional del tipo que la refinería puede hacer, llamada una mezcla HOLDOVER el mezclador puede también crear una mezcla para cada método por el cual el tipo de gasolina será transportado, por ejemplo el mezclador puede crear una mezcla normal sin tóxicos aditivos para la tubería y otra para la que el camión recoge en un terminal. Esta separación le da al mezclador una mejor vista conceptual de la operación de mezclado, y es muchas veces requerida: una tubería puede repartir el tipo de gasolina a una región geográfica que tenga diferentes especificaciones de calidad que la región que esta siendo abastecida por camión o barca.
Las composiciones del modelo de mezcla que la refinería planea están introducidas dentro de OMEGA como los valores del comienzo. OMEGA esta entonces realizada como un "mezcla-todo" característica para todos los abastecedores excepto butano. La mezcla-todo requiere que todos los abastecedores disponibles deben estar combinados dentro de alguna mezcla. El butano es excluido porque es similar a un tipo de mezcla económica que será mezclado y es permitido por las restricciones de calidad y mas será comprado si los volúmenes de la refinería no están adecuados, el mezcla todo minimiza la provisión inventarial de fin de mes y previene al OMEGA de usar las provisiones de alta calidad, dejando atrás las provisiones de baja calidad. OMEGA crea entonces una publicación mensual de su plan de mezcla. Este plan de mezcla muestra el tipo de división. Así que la proporción de cada mezcla constituye el total de la gasolina producida. Este plan es revisado para determinar si es razonable (no todas las restricciones del mundo real son parte del modelo de mezcla.) Si no, las restricciones adicionales son colocadas sobre la mezcla de composiciones o sobre los volúmenes de mezcla y OMEGA es reiniciado. Una vez que un razonable plan de mezcla ha sido desarrollado , el departamento de mercadeo es contactado para discutir el resultado del tipo de división creado. El departamento toma a consideración el actual estado del mercado de gasolina y su producción para alternar los recursos de refinamiento y así puede hacer sugerencias para modificar el tipo de división. Un terminado plan de mezcla será desarrollado para el mes. La refinería usa el plan de división de la mezcla para determinar la producción de gasolina designada para el mes. La composición de mezcla individual esta determinada por el funcionamiento de OMEGA con el porcentaje actual del flujo de la provisión y la calidad de la misma. Los tipos de divisiones para OMEGA pueden ser fijados dependiendo del plan de mezcla mensual o puede ser permitido variar desde el plan por un pequeño porcentaje( usualmente 5%), los bajos porcentajes de provisión, sin embargo, no son permitidos a causa de las limitaciones del mezclador.
LOS INGENIEROS SOSTIENEN QUE YA TIENEN UNA HERRAMIENTA QUE TRABAJA PROPOSITOS.
PARA SUS
El resultado de las composiciones es dado a los planificadores o mezcladores, mientras el mes avanza, estas recetas de mezclas pueden ser recalculadas porque las cualidades y utilidades de la provisión pueden transformarse. Normalmente esta recalculación ocurre cada 7 a 15 días. El programador determina cuando cada tipo será mezclado. El programador debe tomar en consideración cuando las mezclas especificas serán entregadas, así como la provisión actual, el inventario de los tanques de mezcla y la capacidad del mezclador. Si el inventario de una provisión en particular es bajo, el programador puede reiniciar OMEGA, restringiendo el uso de la provisión limitada y autorizando otras para variar la receta de la mezcla, mas o menos en una cantidad que usualmente es el 5%. El programador le informa diariamente al mezclador las formulas de mezcla. El mezclador usa la formula par determinar los porcentajes de flujo para el ingreso de las provisiones. Durante el mezclado estos porcentajes deben ser ajustados para explicar las variaciones en las propiedades de la provisión y cualquier imprecisión menor en el modelo de OMEGA. Muchos factores pueden determinar las variaciones en las cualidades de la provisión. Por ejemplo si una provisión esta siendo retirada de un tanque para ser llevado a otro, puede ocurrir una estratificación en el tanque, causando diferentes niveles y características. Después de que el conjunto mezclado esta completo, el personal calificado y de confianza toma una muestra y la ensaya en el laboratorio. Si en la mezcla no se encuentra una especificación particular, deben ser añadidas provisiones adicionales quizás dos o tres veces. Este proceso puede tomar uno o dos días. Con el mezclador encendido, la calidad de los productos es medida automáticamente por un equipo de prueba. Los arreglos o variaciones de la prueba tardan de siete a veinte minutos, dependiendo de los atributos específicos de la prueba. Si no son encontradas algunas propiedades especificas, el porcentaje de provisión es ajustado. En la mayoría de las refinerías con mezcladores on-line, solo una provisión será ajustada para cada insatisfecha especificación. El programador o planeador le dirá al mezclador cual es el porcentaje de la provisión, también llamada provisión mejorada, para el ajuste de la calidad.
En la refinería Nanticoke de Texaco ubicada en Canadá, el mezclador tiene un proceso controlador asociado con el computador. Los derivados parciales de la función objetiva y las activas contenciones de OMEGA están a cargo del proceso de control por computador. Este modelo linearizado es usado para ajustar el porcentaje de flujo de la provisión y encontrar las especificaciones de calidad mientras se minimizan los obsequios de calidad.
BENEFICIOS: OMEGA ha sido instalado en todas las siete refinerías estadounidenses de Texaco, también como en sus refinerías de Pembroke, wales y Nanticoke en Canadá. En los últimos tres años, estas refinerías han incrementado constantemente el uso de OMEGA. El compromiso para la instalación y expansión del uso de OMEGA es claro y evidente ya que OMEGA es distinguido como contribuyente en la rentabilidad total. Sin embargo, la magnitud de esta contribución es muy difícil de medir. Incluso ignorando los indirectos y no cuantificables beneficios, su contribución directa a las ganancias no es claro debido a que existen muchos factores cambiantes que están involucrados en la rentabilidad: La demanda del mercado, los márgenes de ganancia, e inclusive las refinerías mismas han cambiado. Algunas refinerías por ejemplo han adicionado al mezclador y a los tanques de provisión otros mezcladores que son usados para ayudar a minimizar la estratificación. Estos continuos cambios hacen difícil determinar los beneficios en dólares que son atribuidos diariamente al mezclado con OMEGA. En un esfuerzo para obtener la mejor medida posible de los beneficios actuales, nosotros probamos varios métodos diferentes. El primer método es una comparación de los componentes de la mezcla que los mezcladores usan sin OMEGA y aquellos usados con OMEGA, estos eran llevados a tres refinerías previa instalación de OMEGA. A los mezcladores les era solicitado colectar información acerca de todas las mezclas que ellos han mezclado durante el periodo de una semana. Esta información incluía la eficacia o disponibilidad de la provisión, la calidad de la provisión , las especificaciones de calidad de la mezcla, la demanda de la mezcla, los valores de la mezcla, y las composiciones que fueron usadas en ella. Esta información era introducida en OMEGA. Las composiciones de la mezcla eran usadas como los valores principales y a OMEGA le era permitido optimizarla. La ganancia resultada en la mezcla de OMEGA era comparada con la obtenida por el mezclador. En algunos grupos OMEGA logró incrementar las ganancias casi en un 30%. El promedio incrementado en las ganancias fue aproximadamente 5% del total de ingresos de la gasolina. A finales de 1984, en un intento por verificar estos resultados, le pedimos a todas las refinerías que estaban usando OMEGA que previeran sus propias estimaciones de los beneficios logrados con OMEGA. Las refinerías estimaron los beneficios como un incremento directo en las ganancias. Las apreciaciones del incremento en las ganancias oscilaban entre el 2 y el 5% del total de ingresos de la gasolina, estas estimaciones corresponden a un rango de 1.0 y 2.5 centavos por galón en beneficio. Sin embargo reconociendo que todos los beneficios teóricos de un sistema de optimización no pueden ser realizados en la vida real, nosotros hemos tomado la mitad de las estimaciones mas conservadoras, reduciendo el beneficio a 0.5 centavos por galón, aplicando esto a toda la producción nacional de la gasolina de Texaco, podemos estimar un beneficio de 30 millones de dólares por año. Lo más difícil para cuantificar es todo lo relacionado con los beneficios intangibles. Si OMEGA es usado para calcular las formulas de mezcla, muy pocas mezclas fracasan al encontrar sus especificaciones de calidad. OMEGA es mas confiable en estimar los tipos de divisiones de la gasolina, también provee significante ayuda para el desarrollo de las estrategias de marketing, y ayuda en la producción objetiva de las refinerías. OMEGA también proporciona un índice estimado para una buena mezcla de octano, para utilizarlo en la programación lineal del modelo de planeación de la refinería. Otro origen de los beneficios intangibles es el uso de OMEGA para casos de estudio, estos estudios son realizados por varias razones, tales como análisis económicos de proyectos para la mejora de las refinerías, y análisis de las
regulaciones gubernamentales que podrían afectar a Texaco. Ninguna prueba fue hecha para cuantificar los beneficios de los casos de estudio, aunque algunas refinerías y empleados de las oficinas principales de fabricación creen que estos beneficios son tan significativos e importantes como los del proceso de mezclado diario. Además, las características de OMEGA han mejorado la capacidad de Texaco para hacer cosas que no era posible realizar con el sistema de mezclado anterior. Una de las características permite al usuario distribuir provisiones mezcladas. Esto es muy útil para refinerías con complejos tuberías o para plantas que tiene un gran numero de provisiones. Los excesos de mezcla permiten a las refinerías considerar nuevos tipos de gasolina, tales como gasolina mas libre de tóxicos adictivos y 10% de gasolina etanol, para determinar si es rentable producirlas. La habilidad para especificar un mínimo y un máximo volumen de provisión y inventario de mezcla, a lo largo del mezclado da al usuario sustancialmente mas control en el inventario. Con OMEGA el usuario puede fácilmente incorporar premezclas y otos futuros aditivos. Las características de OMEGA permiten explorar más rápido y fácil nuevos caminos para la rentabilidad de una refinería, tales exploraciones eran difíciles o esencialmente imposibles sin OMEGA.
RECONOCIMIENTO Los autores reconocen la significante contribución de B.J Purrington a OMEGA. El señor Purrington estuvo comprometido en el desarrollo de GOP ( antecesor de OMEGA) y fue responsable en el desarrollo del modelo de OMEGA. Además, él fue el líder en cargado de OMEGA desde su concepción hasta su retiro de Texaco en 1985.
APÉNDICE La calidad de una mezcla esta determinada por la calidad de la provisión utilizada en la mezcla. La optimización del problema es determinar el volumen de cada provisión que es llevada a la mezcla, así que la función objetiva es optimizada y sujeta a los resultados de la mezcla satisfaciendo sus especificaciones de calidad, la mayoría de las ecuaciones para la calidad de la mezcla son de la siguiente forma:
∑ X i,j) Vfi,j = Xi,j ( i=1
Qj,k (xj)=
∑
(Si,k*Vfi,j )
i=1
donde: Xi,j Si,k Qj,k Vfi,j Xj
Son variables independientes , la cantidad de provisión i en la mezcla j ; es el índice de calidad k th para la provisión i: es el índice de calidad k th para la mezcla j ; es la fracción de volumen de la provisión i en la mezcla j; es un vector con i th componente Xi,j;
Estos promedios pesados de la calidad de la provisión han sido usados por muchos años en los modelos lineales de la especificación de la mezcla. Sin embargo, la destilación y las ecuaciones de la mezcla de octano tienen formas más complicadas. Hay muchas formas publicadas para estas calidades, usualmente contienen exponentes, logaritmos, cuadrados y otros términos de interacción, las siguientes son dos ecuaciones comúnmente usadas: Destilación de la mezcla:
Dj,k (xj)= bk + ck*ln (
∑
(Si,k*Vfi,j) ) i=1
donde bk y ck son constantes, Si,k es el punto de destilación k th para la provisión i ; Dj,k es el punto de destilación k th para la mezcla j ; Mezcla de octano Octj,k (xj) = a k* (
d k* (
g k*
∑
∑
∑
2 (Vfi,j * bk 2 ) - ∑ (Vfi,j * c i ) )+ i=1 i=1
2 (Vfi,j * ei ) – ( ∑ Vfi,j * f i ) ) i=1 i=1
2
+
{ (Vfi,j * ei ) – ( ∑ Vfi,j i ) * ( ∑ Vfi,j i * Ki)} i=1 i=1
donde: a k, d k, y g k son constantes, bi, ci, ei, fi, hi, ji, y ki , son los índices de calidad para la provisión i . Octj,k son los diversos índices de octano para la mezcla j .
La optimización del problema entonces llega ser Min o max f(x) Sujeto a
___ Qj,k
≤ Qj,k (x) ≤ Qj,k
para toda j; k= 1,.......7;
___ Dj,k
≤ D j,k
(x) ≤ Dj,k
para toda j; k= 1,.......4; para toda j; k= 1,2,3;
Oct ≤ Oct(x),
__ Svi ≤ ∑ Xi,j
≤
Svi
para toda i;
__ Bvi ≤ ∑ Xi,j
≤
Bvi
para toda j;
__ Xi,j
≤
Pbi
para toda j; i= el índice por gramo de plomo en la mezcla.
Los símbolos con barras abajo o barras arriba son especificados para los limites (supriores) y Sv y Bv son los limites de la provisión y los volúmenes de la mezcla respectivamente.
REFERENCIAS Charnes A. Y Cooper, W. W. 1961, Manejo de Modelos y Aplicaciones Industriales de Programación Lineal , John Wiley e Hijos, Inc, New York. Cutler, C. R. Y Perry, R. T. 1983, “Tiempo real de optimización con control Multivariable es requerido par maximizar las ganancias.” Computadores y Ingeniería Química, Vol. 7, N°. 5, pp. 663-667. Gochenour, G. B. Y Preston, R. F. 1987, “Ecuaciones basadas en procesos de simulación” fundaciones de simulación de procesos basados en computador , eds; G. V. Rehlactis y H. D. Spriggs, Elsevier, New York, pp. 333-384. Justice Jr., L. E. 1985, “ Planeación de las refinerías y optimización con microcomputadores en los galones”, NPRA Conferencia del Computador, Periódico #CC-85-101. Lasdon, L. S. Y Waren, A. D. 1987, “ Generalizada y reducida inclinación al uso del software para problemas de restricción lineales y no lineales.” Diseño e Implementación de Software para la Optimización, ed. H. Greenberg, Kluwer Publicaciones Académicas, Norwell, Massachussets, pp. 363-397. Manne, Alan S. 1956, Programación de las Operaciones para la Refinería de Petróleo, Harvard, Cambridge, Massachussets.
Prensa de la Universidad de
Smith, H. V. 1965, “ Progrma para el Proceso de Optimizacion en sistemas no lineales: POP II,” Biblioteca General del Programa 7090 H9 IBM 0021. Mike Killien , vice-presidente de Texaco USA, describe a OMEGA como un sistema que expresa el arte de mezclar. El cual incluye el único optimizador no lineal GRG2, una base de datos electrónica, y una interactiva conexión con el usuario. OMEGA fue instalado en 1983 y es usado ahora en en todas las siete refinerías de Texaco en los Estados Unidos y en dos refinerías internacionales. Texaco estima que el total de los beneficios económicos serán mas de 30 millones de dólares anualmente. “ En un esfuerzo por medir los beneficios, se realizo una comparación de la composición de la mezcla usada por los mezcladores sin la ayuda de OMEGA y aquélla que era sugerida por OMEGA. En algunos grupos OMEGA logró incrementar las ganancias casi en un 30%. El promedio incrementado en las ganancias fue aproximadamente 5% del total de ingresos de la gasolina. Si estos cálculos fueran aplicados a toda la gasolina producida por Texaco en el ultimo año, el incremento en las ganancias seria aproximadamente 150 millones de dólares.” “A finales de 1984, se solicitó a todas las refinerías que estaban usando OMEGA proveer sus propias estimaciones de los beneficios alcanzados con OMEGA. Dos refinerías dieron una estimación en el incremento del valor del producto mezclado. La refinería de Louisiana estimó el valor incrementado entre 2 y 4%. Esto da un beneficio de 1.0 a 2.5 centavos por galón. Sin embargo, reconociendo que todos los beneficios teóricos de un sistema de optimización no pueden ser realizados en la vida real, nosotros hemos tomado la mitad de las estimaciones mas conservadoras, reduciendo el beneficio a 0.5 centavos por galón, aplicando esto a toda la producción nacional de la gasolina de Texaco, es decir, seis billones de galones de gasolina anualmente, podemos estimar un beneficio de 30 millones de dólares por año.” “Con OMEGA muy pocas mezclas fallan para encontrar sus especificaciones de calidad, porque las predicciones de las propiedades de la mezcla son mejores. OMEGA es mas confiable en la estimación de los mejores tipos de división de la gasolina, pero también ayuda a mejorar las estrategias de marketing y la producción objetiva de las refinerías, el resultado de estas mejoras ayuda a no tener continuos cambios comerciales y a mejorar el control de inventarios. OMEGA también ofrece una muy buena estimación de los índices de la mezcla de octano, los cuales son usados en la programación lineal de los modelos de planeación de la refinería, y de este modo mejorar dichos modelos. Otro origen de los beneficios intangibles es el uso de OMEGA para casos de estudio, estos estudio. Ninguna prueba fue hecha para cuantificar los beneficios de los casos de estudio, aunque algunas refinerías y empleados de las oficinas principales de fabricación creen que estos beneficios son tan significativos e importantes como los del proceso de mezclado diario.
