Una empresa petrolera midstream estaba diseñando y desarrollando mejoras en una instalación existente para aumentar su negocio de terminación y transcarga de crudo por ferrocarril, logrado mediante la expansión y reconfiguración de su infraestructura de ferrocarril / camión para crear un nuevo punto de interfaz entre el transporte por tubería y ferrocarril. La empresa reconoció la necesidad de aplicar tecnología de modelado y simulación para representar el nuevo sistema de carga de crudo en un entorno dinámico, incorporando en él la variabilidad inherente, para validar el diseño y tomar decisiones informadas. En concreto, era necesario verificar el rendimiento del proceso de diseño de la instalación de carga, en el contexto holístico de la logística prevista y el entorno empresarial y de mercado. Este artículo examina el enfoque y el valor de la aplicación de la simulación dinámica en la industria petrolera en relación con este proyecto concreto.
Con sede en Calgary (Alberta, Canadá), la empresa lleva más de medio siglo prestando servicios de fabricación y manipulación de productos químicos. Reconociendo su ubicación estratégica, la empresa transformó y amplió el emplazamiento de su antigua planta química y terminal de manifiesto de ferrocarril/camión en una instalación de almacenamiento y transbordo de petróleo crudo para dar servicio de forma eficiente a los vastos sectores del petróleo y el gas de Alberta.
La nueva terminal tiene acceso directo a los dos operadores ferroviarios canadienses de clase I, y está idealmente situada en el corazón industrial de Alberta, muy cerca de los corredores de oleoductos que dan servicio a las arenas bituminosas y a las reservas de petróleo pesado del noreste de la provincia. Estos oleoductos transportan productos a múltiples refinerías de la zona industrial, pero también enlazan con una serie de terminales y grandes oleoductos transfronterizos hacia el este y el oeste de Canadá y los mercados estadounidenses. En respuesta a la necesidad de capacidad adicional para transportar el crudo de Alberta a los mercados, el proyecto se desarrolló en fases de capacidad incremental, una nueva terminal de transbordo de trenes unitarios con dos vías de carga/descarga, múltiples posiciones de carga y una serie de vías de derivación para la recogida, la puesta en escena, el almacenamiento y la distribución adicionales. Para abastecer la operación de carga, se instaló un almacén de crudo in situ para dos productos distintos y un nuevo oleoducto lateral de 10 km de longitud con acceso a dos oleoductos principales. En la misma zanja que la línea de suministro se instaló una tubería lateral adicional para devolver el condensado y el diluyente al corredor de tuberías. Desde los tanques de almacenamiento se alimentaba un banco de grandes bombas de carga conectadas a través de colectores a cualquiera de los brazos de carga, lo que permitía el procesamiento simultáneo de varios trenes de unidades.
Se desarrollaron dos modelos de simulación para analizar el funcionamiento de la terminal:
En última instancia, las simulaciones dinámicas se utilizaron no sólo para confirmar y optimizar el rendimiento, sino que el software de simulación también puede aprovecharse para sofisticadas soluciones de planificación y programación operativas.
El trabajo de modelado se llevó a cabo por etapas (véase la figura 1), junto con los pasos estándar del diseño de ingeniería. Los resultados de la fase FEED de ingeniería se confirmaron con el modelo de terminal en una fase temprana y se identificó el verdadero potencial de la terminal. Mientras se realizaba el diseño de ingeniería de detalle, se desarrolló el modelo de red de alto nivel para ayudar a comprender la complejidad de conectar a los clientes potenciales con la terminal a través de las redes ferroviarias disponibles, y fue utilizado por el equipo de desarrollo comercial de los clientes para ayudar en sus esfuerzos de ventas para asegurar contratos adicionales para la nueva terminal.
Los modelos se utilizaron durante el arranque y la puesta en servicio y, a continuación, se reajustaron con las estadísticas de rendimiento real derivadas del historiador del sistema de control y la recopilación de datos de los indicadores clave de rendimiento (KPI). Una vez que los modelos se ajustaron al rendimiento actual, se entregaron al grupo de operaciones de la terminal para su uso continuado en la formación del personal y la optimización de las operaciones.
El modelo de la terminal requería una representación detallada de los distintos componentes del sistema, incluidos los movimientos ferroviarios hacia, dentro y fuera de la terminal, y el flujo de productos a través de tuberías, grandes tanques de crudo con techo flotante, bombas de carga, cabeceras y brazos de carga individuales. Se desarrolló un modelo de simulación de eventos discretos (DES), con los principales aspectos del flujo de fluidos y la adaptación a la caída de presión en el bastidor de carga.
Sin embargo, el modelo de red representaba un nivel de abstracción mucho mayor del sistema ferroviario norteamericano, incluyendo la ubicación de las terminales, la capacidad y ubicación de los apartaderos, las configuraciones de vía única y doble, los cuellos de botella y los tiempos de espera, así como los tiempos de carga y descarga del ferrocarril para el diseño de trenes unitarios. El modelo se integra con fuentes de información privadas y públicas de los sistemas ferroviarios, incluido el tráfico y la infraestructura existente en múltiples compañías ferroviarias. Se desarrolló el modelo DES, que proporciona tanto la visualización de los movimientos de trenes unitarios a lo largo de la gran red ferroviaria como estadísticas detalladas del sistema.
La empresa se dio cuenta de que su inversión en modelado dinámico y simulación no sólo se utilizaría durante el diseño, sino que también podría utilizarse en las operaciones en curso para proporcionar información y oportunidades de optimización para sus nuevas instalaciones. Los beneficios conseguidos incluyen
Análisis del diseño de la infraestructura: Capacidad para realizar pruebas de escenarios de patrones de tráfico de entrada y salida basados en la oferta y la demanda; validación de capacidades prácticas de rendimiento; validación de plazos de entrega, tiempos de espera, demoras; validación de picos de utilización de la infraestructura; e identificación de cuellos de botella. Desarrollo de políticas operativas: Capacidad para realizar pruebas de escenarios basados en la oferta y la demanda de rendimiento en función del modo operativo; análisis del impacto de las operaciones en la fiabilidad de la infraestructura, la estacionalidad, la meteorología y otros eventos de riesgo; y análisis de los costes operativos de diferentes estrategias operativas. Formación de coordinadores de transporte: Capacidad que permite la formación del personal de operaciones para mejorar la eficiencia y la seguridad operativas; y la simulación de escenarios planificados y no planificados.
Análisis de desarrollo empresarial: Capacidad que permite modelar la capacidad de rendimiento para nuevos clientes y otros escenarios hipotéticos similares; estudios sobre la idoneidad de la infraestructura existente para manipular nuevos productos; apoyo para validar diferentes acuerdos contractuales con clientes; y apoyo para el desarrollo futuro del diseño de proyectos en curso y cambios operativos.
Futuro sistema potencial de optimización de terminales en tiempo real: Proporcionar las bases, especificaciones y aportaciones para el diseño y validación de un futuro sistema potencial de optimización en tiempo real para la terminal.
Como ocurre con muchos proyectos de modelización, los beneficios residen tanto en el viaje como en el destino. Mediante el proceso de recopilación de datos y la colaboración con el equipo de modelización, la empresa adquirió una gran comprensión de su funcionamiento virtual, y se introdujeron una serie de cambios en el diseño en una fase temprana, en la que el coste de la implantación era relativamente bajo en comparación con la mejora y los beneficios esperados una vez en funcionamiento.