Desafios e Oportunidades em
Otimização na Área de Refino
da PETROBRAS
Marcus VINICIUS Magalhães
LINCOLN Moro
UFSC – 18/02/2005
Tema
TEMA
• Estratégia da Petrobras para alavancar
resultados através da engenharia de
processo;
• Demandas atuais de tecnologia de
otimização do processo produtivo e
infraestrutura;
In theory there is no
difference between
theory and practice but
in practice there is.
Anonymous
Ameaças e Oportunidades
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
Características da “nova maneira”
• 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.
Processo de tomada de decisão
Planejado x
realizado
Planejamento
corporativo
Planejamento
local
Scheduling
Avaliação de
desempenho
Reconciliação
de dados
Infraestrutura da
engenharia de
processos
Otimização
Controle
avançado
Aquisição de dados de processo
planta
Controle
regulatório
Cenário atual
• 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;
“Segredo” da otimização:
MODELOS
• Otimização em
tempo real (RTO);
• Estudos de
oportunidades
(Otim. off-line);
• Planejamento e
scheduling;
• Projeto.
Modelos
dinâmicos
Modelos
estáticos
• Projeto e teste de
estratégias de
controle;
• Treinamento de
operadores;
• Validação de
modelos de CAv;
• Criação e validação
de procedimentos
operacionais.
Futuro
20??
2006
2005
2007
Refinaria virtual
Otimização off-line
Modelo1
Modelo2
Modelo3
f(y,u,p)=0
f(y,u,p)=0
f(y,u,p)=0
f
p
?
DRTO
Modelo
y Inferências
u
Modelo dinâmico
De processo
dy/dt=f(y,u,p)
p
adaptação
controle
u
y
Modelo:
•Controle
•Otimização
•Treinamento
•Projeto
Refinaria
Áreas chave para desenvolvimento
•
•
•
•
•
•
•
Controle e Inferências
Otimização Off-line
Otimização em Tempo Real (RTO)
Blending (Misturas)
Balanço Material
Scheduling (Programação)
Planejamento
Controle de Processos
• 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.
Melhor regulação  levar
restrição em direção ao ótimo
Controle - Perspectivas
 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
Inferências - Perspectivas
 Uso de modelos rigorosos para inferências;
 Há demanda por técnicas analíticas para ava-liação e
correção das inferências.
P = f(P1, P2, ..., PN)
Otimização de processo em tempo real
• 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.
RTO – situação atual
• 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 offline tem gerado excelentes resultados (>
0,50 US$/Bbl).
RTO – Perspectivas
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.
Blending
Otimizador
de Misturas
TQ-43113/14
Nafta
craqueada
Sistema
de
controle
de
mistura
FT-32207
B-32209/10
TQ-43101
Nafta leve
de destilação
FT-32205
SDCD
TQ-43121/22
B-32207/8
TQ-43107/08
55/56
Nafta pesada
de destilação
FT-32206
Analisador
B-32209/10
TQ-43119/20
EF-47025/26/
27/28
Butano
FT-32204
B-32503A/B/C
TQ-43307
Misturador
PIC-32201
MT-32201
Oleodutos
MTBE
B-32609A/B
FT-322100
Companhias
Blending
• 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)
Balanço Material
• 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.
Conceito de Scheduling
Desdobramento do
plano de produção em
atividades operacionais
(alocação de tanques.
campanhas. misturas.
etc.)
Horizonte de Tempo : Semanas
Planejamento
Corporativo
Programação
Corporativa
Planejamento
Local
Programação
de Produção
Otimização
SCMM
Controle
Avançado
Controle
Regulatório
Instrumentação
Scheduling - Situação atual
• Otimização de unidades de produção individuais não
garante o ótimo global da planta.
• Objetivos das plantas individuais são freqüentemente 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
 Solução Bem Sucedida:
 “Ótima”
 Envoltória: Refinaria Completa (Tanques)
 Precisa
 Flexível (Tempo)
 Sensata
 Eficiente
Desafios tecnológicos - Scheduling
• 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.
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.
Ciclo LP/NLP
Modelos lineares
são considerados
inadequados.
Investimento em
pessoal e capacitação
para desenvolvimento
de modelos não
lineares.
LP
Planejamento
NLP
Perda gradativa de
pessoal e capacitação
para validação dos
dados e suporte ao
modelo.
Ferramentas não lineares são abandonadas e a empresa volta
a usar modelos lineares.
Benefícios justificam a implantação.
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.
Visão de futuro
• 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.
CETAA
Centro de
Excelência
em Aplicações de
Automação
Industrial
ÓRGÃOS
DE
GOVERNO
ENTIDADES
EXTERIOR
ENTIDADES
NACIONAIS
Emp-B
Emp-A
FUSP
Un-A
Un-B
Un-C
FIM
Obrigado