Ein mittelständisches Mineralölunternehmen plante und entwickelte Verbesserungen an einer bestehenden Anlage, um das Geschäft mit dem Umschlag von Rohöl auf der Schiene zu steigern. Dies geschah durch den Ausbau und die Neukonfiguration der Schienen-/LKW-Infrastruktur, um eine neue Schnittstelle zwischen Pipeline- und Bahntransport zu schaffen. Das Unternehmen erkannte die Notwendigkeit, Modellierungs- und Simulationstechnologien einzusetzen, um das neue Rohölverladungssystem in einer dynamischen Umgebung darzustellen und dabei die inhärenten Schwankungen zu berücksichtigen, um das Design zu validieren und fundierte Entscheidungen zu treffen. Es bestand die besondere Notwendigkeit, den Prozessdesign-Durchsatz der Verladeanlage im ganzheitlichen Kontext der erwarteten Logistik- und Geschäfts-/Marktumgebung zu verifizieren. In diesem Beitrag werden der Ansatz und der Wert der Anwendung der dynamischen Simulation in der Erdölindustrie in Bezug auf dieses spezielle Projekt untersucht.
Das Unternehmen mit Sitz in Calgary, Alberta, Kanada, bietet seit mehr als einem halben Jahrhundert Dienstleistungen im Bereich der chemischen Produktion und des Umschlags an. Das Unternehmen erkannte seine strategische Lage und baute das Gelände seines ehemaligen Chemiewerks und des Bahn-/LKW-Terminals zu einer Rohöllager- und Umschlaganlage um, um die umfangreichen Öl- und Gasvorkommen in Alberta effizient bedienen zu können.
Das neue Terminal hat direkten Zugang zu den beiden kanadischen Bahnbetreibern der Klasse I und liegt ideal im industriellen Kerngebiet von Alberta in unmittelbarer Nähe der Pipelinekorridore, die die Ölsand- und Schwerölvorkommen im Nordosten der Provinz versorgen. Diese Pipelines transportieren das Produkt zu mehreren Raffinerien im Industrial Heartland, sind aber auch mit einer Reihe von Umschlaganlagen und großen, landesübergreifenden Pipelines in den Osten und Westen Kanadas sowie in die USA verbunden. Um dem Bedarf an zusätzlichen Kapazitäten für die Beförderung von Alberta Crude zu den Märkten gerecht zu werden, wurde das Projekt in mehreren Kapazitätsphasen entwickelt. Es handelt sich um ein neues Umschlagterminal mit zwei Be- und Entladegleisen, mehreren Ladepositionen und einer Reihe von Bypass-Gleisen für die zusätzliche Erfassung, Bereitstellung, Lagerung und Verteilung. Zur Versorgung des Verladevorgangs wurden vor Ort Rohöl für zwei verschiedene Produkte gelagert und eine neue 10 km lange seitliche Pipeline mit Anschluss an zwei große Pipelines installiert. Eine zusätzliche seitliche Pipeline zur Rückführung von rückgeführtem Kondensat und Verdünnungsmittel in den Pipelinekorridor wurde im selben Graben wie die Versorgungsleitung verlegt. Eine Reihe großer Ladepumpen, die von den Lagertanks gespeist wurden, waren über Verteiler an die beiden Verladearme angeschlossen und ermöglichten die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Blöcke.
Es wurden zwei Simulationsmodelle entwickelt, um den Betrieb des Terminals zu analysieren:
Letztendlich wurden die dynamischen Simulationen nicht nur zur Bestätigung und Optimierung des Durchsatzes verwendet, sondern die Simulationssoftware kann auch für anspruchsvolle betriebliche Planungs- und Terminierungslösungen eingesetzt werden.
Die Modellierungsarbeiten wurden in einem stufenweisen Ansatz (siehe Abbildung 1) in Verbindung mit den Standardschritten der technischen Planung abgeschlossen. Die Ergebnisse der FEED-Phase des Engineerings wurden in einem frühen Stadium mit dem Terminalmodell bestätigt und das wahre Potenzial des Terminals ermittelt. Während der detaillierten technischen Planung wurde das übergeordnete Netzwerkmodell entwickelt, um die Komplexität der Anbindung potenzieller Kunden an das Terminal über die verfügbaren Schienennetze zu verstehen, und vom Geschäftsentwicklungsteam des Kunden verwendet, um seine Verkaufsbemühungen zur Sicherung zusätzlicher Verträge für das neue Terminal zu unterstützen.
Die Modelle wurden während der Anlaufphase und der Inbetriebnahme verwendet und dann mit den tatsächlichen Betriebsleistungsstatistiken, die aus der Historie des Leitsystems und der fortlaufenden Erfassung von KPI-Daten durch den Betrieb abgeleitet wurden, neu abgestimmt. Sobald die Modelle mit der aktuellen Leistung übereinstimmten, wurden sie an die Betriebsgruppe des Terminals zur fortlaufenden Verwendung für die Schulung des Personals und die Optimierung des Betriebs übergeben.
Das Terminalmodell erforderte eine detaillierte Darstellung verschiedener Systemkomponenten, einschließlich der Bahnbewegungen in, innerhalb und aus dem Terminal sowie des Produktflusses durch Pipelines, große Rohöltanks mit Schwimmdach, Ladepumpen, Header und einzelne Verladearme. Es wurde ein diskretes Ereignissimulationsmodell (DES) entwickelt, das die wichtigsten Strömungsaspekte und den Druckabfall im Verladeregal berücksichtigte.
Das Netzmodell stellt jedoch eine viel höhere Abstraktionsebene des nordamerikanischen Eisenbahnsystems dar, einschließlich Terminalstandorten, Gleisanschlusskapazitäten und -standorten, ein- und zweigleisigen Konfigurationen, Engpässen und Wartezeiten sowie Schienenbe- und -entladezeiten für das Design von Ganzzügen. Das Modell lässt sich mit privaten und öffentlichen Informationsquellen des Schienensystems, einschließlich des Verkehrs und der bestehenden Infrastruktur mehrerer Eisenbahnunternehmen, integrieren. Es wurde ein DES-Modell entwickelt, das sowohl eine Visualisierung der Zugbewegungen entlang des großen Schienennetzes als auch detaillierte Statistiken des Systems liefert.
Das Unternehmen erkannte, dass seine Investition in die dynamische Modellierung und Simulation nicht nur während der Planung, sondern auch im laufenden Betrieb genutzt werden konnte, um Einblicke und Optimierungsmöglichkeiten für die neue Anlage zu erhalten. Zu den erzielten Vorteilen gehören:
Analyse der Infrastrukturplanung: Fähigkeit, angebots- und nachfragebasierte Szenarien für ein- und ausgehenden Verkehr zu testen; Validierung praktischer Durchsatzkapazitäten; Validierung von Umschlags-, Warte- und Liegezeiten; Validierung der Spitzenauslastung der Infrastruktur; und Identifizierung von Engpässen. Entwicklung von Betriebsrichtlinien: Ermöglichung von angebots- und nachfragebasierten Szenariotests des Durchsatzes je nach Betriebsart; Analyse der Auswirkungen von Infrastrukturzuverlässigkeit, Saisonabhängigkeit, Wetter und anderen Risikoereignissen auf den Betrieb; und Betriebskostenanalyse verschiedener Betriebsstrategien. Ausbildung von Transportkoordinatoren: Diese Funktion ermöglicht die Schulung von Betriebspersonal zur Verbesserung der betrieblichen Effizienz und Sicherheit sowie die Simulation von geplanten und ungeplanten Szenarien.
Analyse der Geschäftsentwicklung: Fähigkeit zur Modellierung von Durchsatzkapazitäten für neue Kunden und andere ähnliche Was-wäre-wenn-Szenarien; Studien über die Eignung der vorhandenen Infrastruktur für den Umschlag neuer Produkte; Unterstützung bei der Validierung verschiedener vertraglicher Vereinbarungen mit Kunden; und Unterstützung bei der künftigen Entwicklung laufender Projekte und betrieblicher Änderungen.
Zukünftiges potenzielles Echtzeit-Terminal-Optimierungssystem: Bereitstellung der Grundlage, der Spezifikation und des Inputs für den Entwurf und die Validierung eines künftigen potenziellen Echtzeit-Optimierungssystems für das Terminal.
Wie bei vielen Modellierungsprojekten liegt der Nutzen sowohl in der Reise als auch im Ziel. Durch den Prozess der Datenerfassung und die Zusammenarbeit mit dem Modellierungsteam gewann das Unternehmen viele Einblicke in seinen virtuellen Betrieb, und eine Reihe von Designänderungen wurden in einem frühen Stadium vorgenommen, in dem die Kosten für die Implementierung im Vergleich zu den erwarteten Verbesserungen und Erträgen nach der Inbetriebnahme relativ gering waren.