Le défi
par Martin Franklin & Kevin Hanson (Mosimtec LLC)
Présenté lors de la Conférence de simulation d'hiver 2015
Une société pétrolière du secteur intermédiaire concevait et développait des améliorations dans une installation existante afin d'accroître ses activités de terminaison et de transbordement de brut par rail, en élargissant et en reconfigurant son infrastructure rail/camion pour créer un nouveau point d'interface entre le transport par pipeline et le transport ferroviaire. L'entreprise a reconnu la nécessité d'appliquer la technologie de modélisation et de simulation pour représenter le nouveau système de chargement de brut dans un environnement dynamique, en y incorporant la variabilité inhérente, afin de valider la conception et de prendre des décisions en connaissance de cause. Il fallait en particulier vérifier le débit de l'installation de chargement dans le contexte global de la logistique prévue et de l'environnement commercial et de marché. Cet article examine l'approche et la valeur de l'application de la simulation dynamique dans l'industrie pétrolière dans le cadre de ce projet spécifique.
Description du système
Basée à Calgary, Alberta, Canada, la société fournit des services de fabrication et de manutention de produits chimiques depuis plus d'un demi-siècle. Consciente de son emplacement stratégique, la société a transformé et agrandi le site de son ancienne usine chimique et de son terminal de manifestes rail/camion en une installation de stockage et de transbordement de pétrole brut afin de desservir efficacement les vastes secteurs pétrolier et gazier de l'Alberta.
Le nouveau terminal bénéficie d'un accès direct aux deux opérateurs ferroviaires canadiens de classe I et est idéalement situé dans le cœur industriel de l'Alberta, à proximité des corridors de pipelines desservant les sables bitumineux et les réserves de pétrole lourd dans les régions du nord-est de la province. Ces oléoducs transportent des produits vers de multiples raffineries dans le cœur industriel, mais sont également reliés à un certain nombre d'opérations de terminaison et aux principaux oléoducs transfrontaliers vers les marchés de l'est et de l'ouest du Canada et des États-Unis. Pour répondre à la nécessité d'augmenter la capacité d'acheminement du brut de l'Alberta vers les marchés, le projet a été développé en phases de capacité progressive, un nouveau terminal de transbordement à train unitaire avec deux voies de chargement/déchargement, de multiples positions de chargement et un certain nombre de voies de contournement pour la collecte, l'entreposage, le stockage et la distribution supplémentaires. Pour alimenter l'opération de chargement, un stockage de brut sur site pour deux produits distincts et un nouvel oléoduc latéral de 10 km de long ont été installés avec un accès de raccordement à deux oléoducs principaux. Un pipeline latéral supplémentaire pour le retour du condensat et du diluant dans le couloir du pipeline a été installé dans la même tranchée que la ligne d'approvisionnement. Alimentée par les réservoirs de stockage, une banque de grosses pompes de chargement s'est connectée par l'intermédiaire de collecteurs à l'un ou l'autre ensemble de bras de chargement, permettant ainsi le traitement simultané de plusieurs trains d'unités.
Deux modèles de simulation ont été développés pour analyser le fonctionnement du terminal :
- Lemodèle du terminal a fourni une représentation détaillée des opérations du train unitaire sur le site et de l'écoulement des fluides du produit.
- Lemodèle de réseau a fourni une perspective de haut niveau de l'intégration du terminal avec le réseau ferroviaire entre les points d'origine et de destination à travers l'Amérique du Nord.
En fin de compte, les simulations dynamiques ont été utilisées non seulement pour confirmer et optimiser le débit, mais le logiciel de simulation peut également être utilisé pour des solutions sophistiquées de planification opérationnelle et d'ordonnancement.
La solution
Exécution du projet
Le travail de modélisation a été réalisé en plusieurs étapes (voir figure 1), parallèlement aux étapes standard de la conception technique. Les résultats de la phase FEED de l'ingénierie ont été confirmés avec le modèle du terminal à un stade précoce et le véritable potentiel du terminal a été identifié. Alors que la conception technique détaillée était en cours, le modèle de réseau de niveau supérieur a été développé pour aider à comprendre la complexité de la liaison entre les clients potentiels et le terminal via les réseaux ferroviaires disponibles, et a été utilisé par l'équipe de développement commercial du client pour faciliter ses efforts de vente afin d'obtenir des contrats supplémentaires pour le nouveau terminal.
Les modèles ont été utilisés pendant le démarrage et la mise en service, puis ont été réajustés à l'aide des statistiques de performances opérationnelles réelles dérivées de l'historien du système de contrôle et de la collecte continue des données KPI de l'exploitation. Une fois que les modèles correspondaient aux performances actuelles, ils ont été remis au groupe d'exploitation du terminal pour une utilisation continue dans le cadre de la formation du personnel et de l'optimisation des opérations.
Modèles de terminal et de réseau
Le modèle du terminal nécessitait une représentation détaillée des divers composants du système, y compris les mouvements ferroviaires à l'entrée, à l'intérieur et à la sortie du terminal, et le flux de produits à travers les pipelines, les grands réservoirs de brut à toit flottant, les pompes de chargement, les collecteurs et les bras de chargement individuels. Un modèle de simulation d'événements discrets (DES) a été développé, avec les principaux aspects de l'écoulement des fluides et la prise en compte de la chute de pression dans le rack de chargement.
Le modèle de réseau représente un niveau d'abstraction beaucoup plus élevé du système ferroviaire nord-américain, y compris l'emplacement des terminaux, la capacité et l'emplacement des voies d'évitement, les configurations de voies simples et doubles, les goulets d'étranglement et les temps d'attente, ainsi que les temps de chargement et de déchargement des rails pour la conception du train unitaire. Le modèle s'intègre aux sources d'information privées et publiques des systèmes ferroviaires, y compris le trafic et l'infrastructure existante de plusieurs compagnies ferroviaires. Le modèle DES a été développé, fournissant à la fois une visualisation des mouvements des trains unitaires le long du grand réseau ferroviaire ainsi que des statistiques détaillées du système.
L'impact commercial
Les avantages
L'entreprise a réalisé que son investissement dans la modélisation et la simulation dynamiques ne serait pas seulement utilisé lors de la conception, mais qu'il pourrait également être utilisé dans les opérations en cours pour fournir des informations et des opportunités d'optimisation pour leur nouvelle installation. Les avantages obtenus sont les suivants
Analyse de la conception de l'infrastructure: Capacité permettant de tester des scénarios de trafic entrant et sortant basés sur l'offre et la demande ; validation des capacités pratiques de débit ; validation des rotations, des temps d'attente, des surestaries ; validation de l'utilisation maximale des infrastructures ; et identification des goulets d'étranglement. Développement d'une politique d'exploitation : Capacité permettant de tester des scénarios de débit basés sur l'offre et la demande en fonction du mode d'exploitation ; analyse de l'impact sur les opérations de la fiabilité de l'infrastructure, de la saisonnalité, des conditions météorologiques et d'autres événements à risque ; et analyse des coûts d'exploitation de différentes stratégies opérationnelles. Formation des coordinateurs de transport : Capacité permettant de former le personnel d'exploitation en vue d'améliorer l'efficacité et la sécurité des opérations, et de simuler des scénarios planifiés et non planifiés.
Analyse du développement commercial: Capacité permettant la modélisation de la capacité de débit pour les nouveaux clients, et d'autres scénarios de simulation similaires ; études sur l'adéquation de l'infrastructure existante pour le traitement de nouveaux produits ; soutien pour la validation de différents accords contractuels avec les clients ; et soutien pour le développement de la conception future des projets en cours et des changements opérationnels.
Futur système potentiel d'optimisation des terminaux en temps réel: En fournissant la base, les spécifications et les données pour la conception et la validation d'un futur système potentiel d'optimisation en temps réel pour le terminal.
Comme pour de nombreux projets de modélisation, les avantages résident dans le voyage, ainsi que dans la destination. Grâce à la collecte de données et à la collaboration avec l'équipe de modélisation, l'entreprise a pu mieux comprendre son fonctionnement virtuel, et un certain nombre de modifications ont été apportées à la conception à un stade précoce, lorsque le coût de la mise en œuvre était relativement mineur par rapport à l'amélioration et aux bénéfices escomptés une fois que le système serait opérationnel.