计划经营大量现实的石油管道.docx

计划经营大型现实的石油管道1、介绍石油行业面临着许多复杂的物流问题，涉及到大量的资源和市场高度变量。研究新技术来解决这些港口问题，能够带来可观的利益和潜力巨大的好处。尤为特别的是，特别注意的是献身于规划问题的过程和石油衍生物的运输。本文认为问题在于运输石油衍生品的一个内陆管道网络。这个问题源自于一个大的巴西石油公司巴西石油的一个真实的网络操作。管道被认为是分布成品油从炼油厂到仓库的最有效的方法，它是一个消费市场。这个问题的困难与操作数量和网络大小的拓扑有关被认为是必须考虑的。这里的方案研究7000公里的延伸，包含30个相互独立的管道连接。这里有14个互通管道，可以存储1000万立方米的成品油，在多方面的仓库中大概有200个储罐。此外，超过60种石油衍生品，例如汽油、柴油、石脑油和乙醇需要被运输。图1描绘了一个网络拓扑结构的表示。一般设计这样一个复杂的网络需要三点：战略、策略和操作。在这项工作中，战略层面对长期规划调整和管道网络的扩展，包含建设新炼油厂的管道或分配仓库，在几个月或者几年时间范围内测量。策略和操作管理实际的网络操作水平，并以他们的操作目标、时间范围考虑，对待每一个细节的数据。即在策略层面通常验证炼油厂的生产计划是否能够满足需求的预测。它通常贯穿地平线几个星期到几个月。也应该考虑大部分的操作限制，即使要牺牲一些特别的限制约束，这样的问题才能在合理的时间内考虑。最后，在每个仓库的操作层面生成一个泵的运行计划，经常需要几天或者几周。这些短期计划必须确保所有的上市需求得到满足和炼厂的商品的到妥善存储，根据计划的决议产生策略的级别。自然而然的，不断的反馈之间的等级是对于保证网络正确运行至关重要的，还能够减少运营成本。在本文中，我们考虑石油衍生品的在策略级别的分布问题。尽管这是一个基本的交通规划和调度过程的一部分，实际上它是人工手动完成的。手工操作程序有一个严重的局限性。因为它是不切合实际的执行所有必要的操作限制深入的分析，管道工程师只在管道和油罐中验证质量守恒。因此，策略决策可能导致不良的流水线操作时间表，进而变成一个无用的网络。例如，常见的集输成品油进入管道中不能完全利用，导致推迟了对需求的不能满足。此外，如果当地的库存过高，炼油厂必须生产衍生品来起到减少的作用，这样常常不能合适的从储罐中取出产品。为了避免这些情况，工程师通常需要非常保守的决定完全基于他们过去的经历，而且几乎没有空间留给去精确成本优化方面的考虑。之前的管道运输方面通常集中在操作层面。尽管在这个领域取得了重大进展，但是短期内管道调度任然会带来一些困难。尤其是，需要清楚地去考虑所有问题以便来生成可行的运营时间表，这样导致极大的限制了管网的规模。这么看来，妥善的解决运输问题必须是采取分解问题的策略。规划在策略水平为这些策略提供高质量的信息，因为他们能够有效轻松的确定问题。另一方面，只有少数方法在技术层面根据的是这里的内容。虽然这些工作的重点集中在较小的拓扑和受到限制的规划周期中，它们已经能够获得巨大的储备，从而展现出能够获取更多利益的策略规划。这篇论文主要分为三个部分。首先我们需要提出一个全面正式的描述策略的问题，在此称为规划问题。这种形式更加注重的是操作限制，具体其中受到影响最大的就是流水线操作时间表。这种模式就是我们从文献中通常充分涵盖了已知管道的限制。其次，我们提出了一个全新的管路流量计算公式模型来解决策略规划的问题。该模型考虑特定的管路特征，例如，他们必须在完全运送产品时使得其全部通过预定的管线。虽然我们只处理一个策略规划问题。在这个级别就已经出现了几个复杂的限制，包括多级管线并行管路，存在多源炼油厂和管道逆流的可能性。我们不知道其他可以处理这些限制的管网流量模型的文献。其他项目也进行多方面考虑，但是仅仅局限于管网和一个单一管道。另外，实例也被认为在其他实验中仅限于管网仓库和炼油厂数量，以及管道、油罐和产品的数量，都是被认为数量级较小的那些。最后，我们还提供一个逐级从管网中提取详细的管道操作的技术方案。这一输出对工程师很重要；它提供了一组泵的操作请求或者命令，如果能够正确执行，这将满足技术规划。订单指定，如必须确定某种产品的体积，泵的输送量，始发地和目的地的储罐容量，管道的输量，以及目的地的限期交付量等很多信息。我们注意到，这些指令也可以用作输入到处理这个问题的操作模拟器或者短期调度算法上。计算模拟实验，与从模型中得到的那些手动解决方案开始作比较。该实验表明，我们的技术解决方案具有比当前手动实践高达25%的成本削减。即使是复杂的大型管网，计算所需要的时间也是合理的。本文的结构如下。第二节提供了该问题的描述。第三节对我们的发展提出了线性规划制定的技术规划问题。接下来，第四节介绍了启发式分解管网流量计算方案。第五节描述了一些小例子的过程。计算结果显示在第六节。最后，第七节总结了自己的价值，并提出进一步的发展方向。2、 问题定义规划问题的目的是构造一个特定的管网拓扑为了产品分发计划和一个预定好的时间范围。分配方案考虑到运输、起点、终点的容量来规定产品的容积，这一容积将被运用在这些管道中，截止日期为每一个交付终点站。该分配方案必须确保市场需求得到满足，可能是过度开放制作，并且必须同时观察了一些操作上的限制减少运输成本。如果没有可行的解决方案存在一组给定的生产和需求，就应该找出一些不可行性理由，以便允许在输入数据的调整。管道网络系统的拓扑结构包括储罐，仓库，和管道。储罐被用于产品的储存。仓库都在那里发生的石油衍生产品的本地需求，也可能持有炼油设施在地理上分散的单位。每个仓库都有自己的油库小集体。我们注意到，生产和需求总是相对于车厂，我们不能区分炼油厂和配送中心之间的区别。管道互连仓库和用于产品运输。每个单独的管道连接只有两个仓库。一管道系统的图示示于图2，在该产品（或流体）F0，F1，F2和可循环。四个补给站D0，D1，D2和D3是由管道P0，P1，P2，P3和P4连接起来。一个标签Tijk是指第i个油库的DJ被指定为库存产品FK。两条管道连接站D2和D3，这是在实践中常见的情况。容体必须当离开一个管道从入泵前管道储罐中提取之，体积可以输入一个罐或直接移动到另一个连接管道。管道由一个体积从其原点移动到其目的地时穿过的顺序包括线路。更准确地说，我们定义一个路由作为仓库和连接管线的交替序列。例如，序列D0P1D2P3D3表示在图的有效路径Fig. 2.在路线单一管线表示为一个段。流通中的所有管路必须与预定义的路径相关联。此外，体积可不能在中间仓库备货充足，同时沿它的路线移动，它只能在油箱可在其目标软件仓库存放。该分配方案也必须服从中出现的实际设置复杂的业务限制的一个子集。（洛佩斯等人，2010）观察到在实践中这组由输送工程师们放心的技术规划的解决方案和效益之间的最佳平衡。我们假设所有这些约束必须在一天结束时进行验证，除了一些库存相关的约束，这是每周一次验证。这个假设源于生产和需求在每天给出的事实。此外，日常注意事项有助于保持模式比较小，但足够准确的为我们的宗旨。在运作上的限制的说明如下：（1） 油罐必须始终尊重固定和有限的最大容量。最低能力都被设置为零。（2） 一个油罐只能存储一种类型的产品的规划范围内。这种约束，通过现场操作要求，避免可能的混合物，确保足够的产品质量。一个库可以包含多个容器对于给定的产品，但它不一定包含储罐的所有产品。它可能是一个仓库中没有储罐可言，被单独用作两条管道之间的中间传输节点。在图2，油库D2描绘了这样一个情况。（3） 在一段时间内被传递到仓库的产品的量是有限制的。这些是通过考虑油库储罐之间内部连接来决定的。（4） 因为他们是被加压的，所以管道在所有时间段都需要完全充满产品。因此当需要从管道中提取一定体积的时候，有必要注入等体积的在管道的另一端。（5） 在规划初始，每个管道都充满了产品。这些产品是分开批次的，其中必须保留一个预定的路径。（6） 在管道中流动客发生在两个方向。每个管道它相关联的标称方向N和反方向R，根据管道的常见用法命名。（7） 不是所有的管道都可用于所有产品，通常决定于泵和管道的设计限制和特定的操作复杂性。（8） 每条管线，每中产品，每个流量可以观察到特定的最大流速。这是根据每个油库的泵数和产品密度来计算的。当然，对于不同的泵送操作，不同的流动方向或者不同的产品，以特定的间隔都从一个管道中提取出来，可能会有所不同。（9） 由来自所有包含在时间t该产品的正数油库罐求和体积获得油库在时间t的乘积的期货。所需的最大和每个油库每种产品库存的最低水平，必须在特定的时间段，通常一个星期结束时支付。（10） 库存水平在油库有所不同，主要是由于生产和需求操作。制作公司代表在当地炼厂创建的体积，而代表需求消费量由当地市场。既生产和需求都预先计算，采用精炼能力，市场预测及其他资料，如产品的原料供应量。通常，制作在一个油库大于本地罐可实际存储量。过量的制作必须被泵出，以便适应当地生产，满足市场的需求在其它位置。因此，问题的数据是由通过：（1）网络中，储罐，管道，油库，每个这样的设备的初始状态的集合描述;（2）操作参数，如油箱容量，管道流速和股票水平，以及（3）时间范围和一整套生产和需求的时间表，必须适应和满足，分别在各油库。表1恢复相关的输入数据和一般参数的一些定义。形式上，一个可行的分配方案包括以满足油库库存的限制，满足当地的需求，并适应特定的规划范围炼油厂生产计划，通过油的有效途径油库之间的衍生转移，同时观察所有先前描述的约束。规划期通常跨越一个月。我们进一步观察，目前的技术规划并没有考虑到接口的损失或降级，这是造成产品在一个管道中的混合物的体积损失。这些条件是实际管道泵的排序和调度过程中观察到，如出现，例如，在洛佩斯等人。 （2010年）。在这里，我们认为，所有的管道都使用相同的成本，由于对数据可用性的限制。而不是降低成本，因此，目标函数被设定为传输在规划周期的总体积最小化。3、 网络流量模型的规划问题规划问题转化为基于一个多商品，多周期的网络流量（ Ahuja等人，1993 ）的数学模型。该模型的实质是商品并不代表单个产品，而是对（ R，F ） ，其中r是一个途径，和f是一个产品。这被解释如下。流对商品的存在（ R，F ）意味着产品F A卷被通过路线r确定管道的固定顺序输送。这个概念允许在建模的一些限制，如产品在注射过程中在整个路线的流程的连贯性有很大的简化。这种商品的表示需要对可允许的航线和产品必须提供先验的模型。然而，我们的实践经验表明，这是在几个方面实际上是有益的。首先，所有可能的线路和产品，只有一小部分对解决质量有显著影响，产生数学规划的配方与更小的尺寸。其次，管道工程师们能够包含或从系统中删除产品路线对。他们会删除路由主要是为了防止某些类型的操作行为，是很难以其他方式建模。比如，有的泵未能通过特定的途径推的产品，如果它们的密度过高。第三，该模型最初可以提供解决方案与路线是接近目前使用的工程师的人。这有助于确保发生在以稳健的步伐向运营商转变，使他们更容易受到接受解决我们的模型中获得的自动解决方案。最后，未来的扩展模型可以考虑动态添加对来制定，采用列生成技术的例子。现在，我们介绍了如何在网络流量模型的规划问题构造。设G =（N，A）是代表了网络组节点N和弧集A的另外底层向图中，我们将用双表明，从网络的所有节点I注入或提取量N，因此，bi 0的将表明该卷的双单元被注入的i节点，反映了炼油厂的生产，而双向0将显示该卷的双单元，其中i节点中提取，由于本地需求被满足。这一数量将进入线性模型来简短地描述，在第3.1节的质量平衡方程。此外，请注意，一个可能也需要双向/ = 0时的初始库存在节点i的非空，此外，我们将有双/ = 0在最初和最后的时刻，所有的管段节点，因为这些必须保持完全充满在任何时候。表1给出了一些符号有关的输入数据和表2给出了新的节点的一些特性。特别地，注意到在规划周期被划分为T个相等的间隔，每一个都表示网络的动作的一个天，因为一些输入数据，例如，生产和需求，也被设置在每天的基础。显然，该模型支持时间范围的划分在任意数量的时间间隔，如果相应的数据是可用的，但它也很清楚，更细的时间粒度可能会大幅扩大搜索空间。首先，我们的N定义节点，如下所示：罐节点：罐由两个节点来表示。也就是说，对于每一个油库D，槽kK（d）和时间t，0TT，我们定义了下面的节点。1. 节点I：= ，代表在t期开始时油箱状态。我们设置双向=，如果T =0，或bi = 0的除外。2. 一个结点j：= ，代表在t期的结束油箱状态。我们让BJ=0。在进出节点：这些是罐和网络的管段之间的中间节点。在仓库，并传入和传出的流量必须经过堆场容积簿记这些节点。在形式上，每个积fF，油库D，使得K（F，D）/=，和时间t，0TT，构造节点NodePInf，D，T和NodePOutf，D，T占积f在油库D中的传入和传出的流量，分别在时间t的开始。我们把bi = 0的这些节点。需求和生产节点：这些节点，确保生产和需求都卷在网络中正确地考虑。对于每一个积fF，每个车厂D，每个时期t，0TT，我们定义了两个节点。也就是说，一个结点i：= 与和一个结点j：=与。管道初始库存节点：对于每个管