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Desafios e Oportunidades em Otimização na Área de Refino da PETROBRAS Marcus VINICIUS Magalhães LINCOLN Moro UFSC – 18/02/2005.

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1 Desafios e Oportunidades em Otimização na Área de Refino da PETROBRAS Marcus VINICIUS Magalhães LINCOLN Moro UFSC – 18/02/2005

2 Estratégia da Petrobras para alavancar resultados através da engenharia de processo; Demandas atuais de tecnologia de otimização do processo produtivo e infraestrutura; TEMA Tema

3 In theory there is no difference between theory and practice but in practice there is. Anonymous

4 Desenvolvimento tecnológico: Capacidade computacional, Comunicação em banda larga, informação, softwares e análise matemática Cenário empresarial: fusões e aquisições; oscilações em preços e demandas; necessidade de reduzir custos operacionais e elevar margens; mercado competitivo; restrições ambientais mais fortes. Novos métodos e procedimentos para operar unidades de produção Ameaças e Oportunidades

5 Medições freqüentes para obter o estado da refinaria; Uso de modelos para prever o futuro; Uso de técnicas analíticas para comparar as condições esperadas com as medidas; Conhecimento e ferramentas usadas para entender as diferenças entre medido e predito e agir para colocar a operação no rumo. Características da nova maneira

6 Infraestrutura da engenharia de processos planta Reconciliação de dados Avaliação de desempenho Planejado x realizado Planejamento corporativo Planejamento local Aquisição de dados de processo Controle regulatório Controle avançado Otimização Scheduling Processo de tomada de decisão

7 Uso intensivo de ferramentas avançadas de engenharia de processo; Conhecimento do processo consolidado em modelos de diferentes complexidades e objetivos; Um modelo pode ser usado para gerar o modelo de uma camada superior, e.g., modelo de planejamento como uma linearização do modelo de otimização; Cenário atual

8 Segredo da otimização: MODELOS Modelos estáticos Modelos dinâmicos Otimização em tempo real (RTO); Estudos de oportunidades (Otim. off-line); Planejamento e scheduling; Projeto. Projeto e teste de estratégias de controle; Treinamento de operadores; Validação de modelos de CAv; Criação e validação de procedimentos operacionais.

9 ?? Futuro

10 Inferências Modelo1 f(y,u,p)=0 Modelo2 f(y,u,p)=0 Modelo3 f(y,u,p)=0 p Otimização off-line ? u y p controle Refinaria u DRTO y adaptação Modelo dinâmico De processo dy/dt=f(y,u,p) Modelo Modelo: Controle Otimização Treinamento Projeto Refinaria virtual

11 Controle e Inferências Otimização Off-line Otimização em Tempo Real (RTO) Blending (Misturas) Balanço Material Scheduling (Programação) Planejamento Áreas chave para desenvolvimento

12 PID + controle preditivo multivariável linear (LMPC); Configuração considerada capaz de capturar a maior parte dos benefícios; A maior parte das unidades mais importantes já possuem LMPC 's instalados; Foco na obtenção do desempenho máximo das aplicações atuais. Controle de Processos

13 Melhor regulação levar restrição em direção ao ótimo

14 LMPC : base do controle de processo em refino; Há demanda por sistemas capazes de trabalhar com tempos de resposta curtos e longos; MPCs como ferramentas de otimização: Levar a unidade até os limites reais, Comportamento se torna mais não-linear. Integração entre unidades de processo, parques de tancagem e utilidades: Decisões contínuas Decisões discretas Controle - Perspectivas

15 Uso de modelos rigorosos para inferências; Há demanda por técnicas analíticas para ava-liação e correção das inferências. Inferências - Perspectivas P = f(P 1, P 2,..., P N )

16 Otimização em tempo real e malha fechada ainda é uma promessa; Procedimento padrão – execução periódica de um algoritmo que: –Adapta um modelo da planta aos dados operacionais, –Otimiza o modelo adaptado, –Transfere os resultados otimizados ao(s) MPC(s). Modelos: –Rigorosos, –Correlação. Otimização de processo em tempo real

17

18 RTO ainda carece de aceitação: –Incertezas nos dados econômicos; –Caracterização insuficiente da carga; – Modelos imprecisos ou com detalhamento insuficiente; Uso do mesmo modelo em otimização off- line tem gerado excelentes resultados (> 0,50 US$/Bbl). RTO – situação atual

19 O sucesso do RTO demanda: Modelos melhores para: –Sistemas com reação; –Processos de separação não-usuais (extração por exemplo). Procedimentos mais confiáveis para caracterização da carga: –On-line, –Efetivos, –Grau de detalhe compatível com os modelos de reação. Melhores algoritmos para estimação de parâmetros; Precificação adequada de produtos e matérias primas. RTO – Perspectivas

20 Blending Otimizador de Misturas

21 Situação Atual –Adotado em duas refinarias (REVAP e REPLAN) para otimizar misturas de componentes para confecção de gasolina e óleo diesel. Projeto AspenTech; –Em breve na REFAP para mistura de diesel e gasolina: tecnologia Yokogawa Benefícios –Economia de componentes mais nobres na confecção das bateladas –Redução do reprocessamento Desafios Tecnológicos –Melhores regras de mistura –Programação de seqüência de misturas (blending scheduling – MINLP) Blending

22 Situação Atual –Utiliza técnica de reconciliação de dados para fechamento do balanço nas refinarias; –Software utilizado: SigmaFine Benefícios –Permite a melhoria da qualidade da informação de apropriação da produção e outros índices de desempenho da produção (KPIs) Perspectivas –Internalizar a cultura de utilização do modelo; –Aprimorar cálculo de perdas por evaporação, sistema de tocha e perdas líquidas. Balanço Material

23 Programação Corporativa PlanejamentoLocal de Produção Otimização SCMM Controle Avançado Instrumentação Horizonte de Tempo : Semanas Desdobramento do plano de produção em atividades operacionais (alocação de tanques. campanhas. misturas. etc.) PlanejamentoCorporativo ControleRegulatório Conceito de Scheduling

24 Otimização de unidades de produção individuais não garante o ótimo global da planta. Objetivos das plantas individuais são freqüentemen- te conflitantes: –Operação sub-ótima e, muitas vezes, inviável. Ausência de tecnologia computacional para o scheduling é o maior obstáculo para a integração entre os objetivos de produção e as operações da planta. Benefícios esperados: US$0.10/Bbl a US$0.15/Bbl (US$ 10,000,000/ano para uma refinaria típica): –Procura por ferramentas poderosas e fáceis de usar continua, Scheduling - Situação atual

25 Solução Bem Sucedida: Ótima Envoltória: Refinaria Completa (Tanques) Precisa Flexível (Tempo) Sensata Eficiente Scheduling

26 Técnica de otimização deve ser capaz de tratar decisões discretas e contínuas; Problemas são excepcionalmente grandes e difíceis de resolver: –Aspecto combinatório; –Não-linearidades; –Horizonte de tempo; –Abrangência. Desafios tecnológicos - Scheduling

27 Planejamento Planejamento estratégico: –Análise de variações incrementais em torno da capacidade de produção existente, –Modelos de processos em forma de planilha reduzidos a uma representação altamente agregada, com foco financeiro. Planejamento operacional: –Modelos de processo lineares e agregados, –Incerteza é trabalhada pelo uso de capacitâncias de material, tempo e capacidade de processamento, –Extensivo uso de modelos LP.

28 Ciclo LP/NLP LP NLP Modelos lineares são considerados inadequados. Investimento em pessoal e capacitação para desenvolvimento de modelos não lineares. Benefícios justificam a implantação. Perda gradativa de pessoal e capacitação para validação dos dados e suporte ao modelo. Ferramentas não li- neares são abandona- das e a empresa volta a usar modelos li- neares. Planejamento

29 Mesmo assim… Sistemas de planejamento estão se tornando mais capazes de trabalhar com modelos mais complexos, a baixo custo. A necessidade de explorar novas oportunidades de mercado em um ambiente altamente competitivo demandará melhorias nos modelos de planejamento. Há uma tendência de se expandir o processo para incluir sistemas maiores e também algumas decisões de scheduling: –Planejamento multi-período –Decisões inteiras.

30 Inserção da engenharia de processo no negócio; Uso efetivo das ferramentas de otimização; OTIMIZAÇÃO no mesmo nível de importância que a confiabilidade e a continuidade operacional Maior nível de capacitação (especialização e/ou mestrado); Cultura de otimização consolidada; Visão integrada da refinaria e de logística. Visão de futuro

31 Centro de Excelência em Aplicações de Automação Industrial

32 FUSP ENTIDADES EXTERIOR ENTIDADES NACIONAIS ÓRGÃOS DE GOVERNO Un-AUn-BUn-C Emp-A Emp-B

33 FIM Obrigado


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