一家中游石油公司正在对现有设施进行设计和开发改进，以增加其原油铁路终端和转运业务，具体做法是扩大和重新配置其铁路/卡车基础设施，在管道和铁路运输之间创建一个新的接口点。该公司认识到有必要应用建模和仿真技术，在动态环境中表现新的原油装载系统，其中包括固有的可变性，以验证设计并做出明智的决策。具体而言，需要在预期物流和业务/市场环境的整体背景下，验证装载设施的工艺设计吞吐量。本文回顾了在石油工业中应用动态模拟的方法和价值，因为这与该具体项目有关。
该公司总部位于加拿大阿尔伯塔省卡尔加里市，半个多世纪以来一直提供化学品制造和装卸服务。考虑到其战略位置，该公司将其原化工厂和铁路/卡车货运站改造并扩建为原油储存和转运设施，以便为阿尔伯塔省的广大石油和天然气行业提供高效服务。
新码头可直接通往加拿大一级铁路运营商，地理位置优越，位于阿尔伯塔省工业中心地带，毗邻为该省东北部地区油砂和重油储备提供服务的管道走廊。这些输油管道将产品输送到工业中心地带的多个炼油厂，同时也连接着许多终端运营公司和主要的跨国输油管道，将产品输送到加拿大东部、西部和美国市场。为了满足将阿尔伯塔原油运往市场的额外能力需求，该项目按能力递增阶段进行开发，是一个新的单元列车转运站，有两条装卸轨道、多个装卸位置和多条旁路轨道，用于额外的收集、中转、储存和配送。为了满足装卸作业的需要，现场原油储存库可储存两种不同的产品，并安装了一条新的 10 公里长的横向管道，可与两条主要管道连接。另外一条用于将回采的凝析油和稀释剂输送到管道走廊的横向管道与供应管道安装在同一沟槽内。一组大型装载泵从储罐进料，通过歧管连接到任一组装载臂，可同时处理多个单元组。
为分析码头运行情况，开发了两个模拟模型：
最终，动态模拟不仅用于确认和优化吞吐量，还可用于复杂的运营规划和调度解决方案。
建模工作与工程设计的标准步骤相结合，分阶段完成（参见图 1）。工程设计 FEED 阶段的结果在早期阶段与码头模型进行了确认，并确定了码头的真正潜力。在进行详细工程设计的同时，还开发了更高层次的网络模型，以帮助了解通过现有铁路网络将潜在客户与码头连接起来的复杂性，并由客户的业务开发团队用于协助其销售工作，以确保新码头获得更多合同。
模型在启动和调试过程中使用，然后根据从控制系统历史数据和运营持续收集的 KPI 数据中获得的实际运营性能统计数据进行重新调整。一旦模型与当前性能相匹配，就会将其移交给码头的运营小组，用于持续培训员工和优化运营。
码头模型需要详细表示各种系统组件，包括进出码头的铁路运输，以及流经管道、大型浮顶原油罐、装载泵、集油槽和单个装卸臂的产品流。我们开发了一个离散事件模拟（DES）模型，其中包括主要的流体流动方面以及装载架中的压降。
网络模型代表了更高层次的北美铁路系统抽象，包括终点站位置、侧线容量和位置、单轨和双轨配置、瓶颈和排队时间，以及单元列车设计的铁路装卸时间。该模型集成了铁路系统的私人和公共信息来源，包括多个铁路公司的交通和现有基础设施。已开发出 DES 模型，可提供大型铁路网络中单元列车移动的可视化信息以及系统的详细统计数据。
该公司意识到，他们在动态建模和仿真方面的投资不仅可用于设计，还可用于持续运营，为新设施提供洞察力和优化机会。取得的效益包括
基础设施设计分析：能够进行以供需为基础的进出港交通模式场景测试；验证实际吞吐能力；验证周转、等待时间、滞留时间；验证高峰期基础设施利用率；以及识别瓶颈。运营政策制定：根据运营模式对吞吐量进行供需情景测试；分析基础设施可靠性、季节性、天气和其他风险事件对运营的影响；分析不同运营策略的运营成本。运输协调员培训：可对运营人员进行培训，以提高运营效率和安全性；并对计划内和计划外情况进行模拟。
业务发展分析：可为新客户建立吞吐能力模型，以及其他类似的假设情景；研究现有基础设施是否适合处理新产品；支持验证与客户的不同合同安排；支持正在进行的项目和运营变化的未来设计开发。
未来潜在的实时终端优化系统：为码头未来可能的实时优化系统的设计和验证提供基础、规范和输入。
与许多建模项目一样，好处在于旅程和目的地。通过收集数据和与建模团队合作，该公司对其虚拟运营有了更深入的了解，并在早期阶段对设计进行了大量修改，与预期的改进和运营后的回报相比，实施成本相对较低。