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Noções de Otimização - PETROBRAS

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Noções de Otimização
1
CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA
NOÇÕES DE OTIMIZAÇÃO
2
Noções de Otimização
Noções de Otimização
3
CURITIBA
2002
Equipe Petrobras
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
NOÇÕES DE OTIMIZAÇÃO
LUIS CARLOS BOIZAN
MAURICIO TADEU RAZEIRA
4
Noções de Otimização
624.17 Razeira, Mauricio Tadeu.
R278 Curso de formação de operadores de refinaria: noções de otimização /
Mauricio Tadeu Razeira, Luis Carlos Boizan. – Curitiba : PETROBRAS :
UnicenP, 2002.
12 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,
RECAP, SIX, REVAP.
1. Otimização. 2. Produção. 3. PETROBRAS. I. Título.
Noções de Otimização
5
Apresentação
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.
Nome:
Cidade:
Estado:
Unidade:
Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.
6
Noções de Otimização
Sumário
1 OTIMIZAÇÃO ..................................................................................................................... 7
1.1 Introdução ...................................................................................................................... 7
1.2 O Problema do Carregamento do Avião ........................................................................ 7
1.3 Planejamento – O Plano de Produção da Petrobras .................................................... 8
1.4 Valores Marginais – Casos Práticos ............................................................................ 8
1.5 Scheduling – O Desbobramento do Plano de Produção ................................................ 9
1.6 A Otimização no Processo Produtivo – Definição de Give-Away ................................ 9
1.7 A hierarquia da Otimização ........................................................................................... 9
1.8 O Planejamento de Paradas das Unidades ................................................................. 9
Noções de Otimização
7
1Otimização
1.1 Introdução
Planejar as atividades operacionais é uma
necessidade fundamental para a boa operação
de uma refinaria. Porém otimizar esse plane-
jamento significa determinar a maneira mais
lucrativa que a refinaria deve operar, para isso,
é necessário conhecer todas as operações de
logística do Sistema de Abastecimento da Re-
finaria (matéria-prima, consumos de energia,
perfil de rendimento das unidades, entrega de
produtos, etc.) e utilizar algumas ferramentas
essenciais para atividade de Programação da
Produção (Programação Linear).
Nos tópicos a seguir, será apresentada uma
noção básica de como todo esse processo de
Otimização é realizado em uma refinaria.
1.2 O Problema do Carregamento do Avião
Para exemplificar melhor o processo de
otimização supõem-se que um avião sobre-
voando a Floresta Amazônica, devido a uma
pane na aeronave, necessita realizar um pouso
de emergência. No local surpreendentemente
há ouro e prata em abundância . Resolvida
a pane do avião é possível carregar ouro e
prata até volume limitado de 150 litros e
massa de 300 kg. De posse dos dados a seguir,
qual a melhor maneira de se carregar o avião
de modo a otimizar o valor de sua carga?
Dados:
– densidade do ouro: 3 kg/L
– densidade da prata: 1,5 kg/L
– preço do ouro: US$ 3,00 / litro
– preço da prata: US$ 2,00 / litro
– Vo = Volume de ouro
– Vp = Volume de prata
– Restrição de Volume:
Vo + Vp < 150 litros
– Restrição de Massa:
3Vo + 1,5 Vp < 300 kg
– Função Objetivo ($)
3Vo + 2Vp = Valor Máximo Possível
Observação: A melhor solução é aquela
em que a função objetivo tem o maior valor
possível, ou seja, neste exemplo, fixou-se o
valor de $ 600 para a função e nenhuma solu-
ção possível foi encontrada, porém à medida
que se reduz tal valor, a reta tangencia, pri-
meiramente, o ponto Vo = 50 e Vp = 100, que,
neste caso, é a melhor solução possível para
se carregar o avião.
Exemplo de modelo linear simples:
Nafta
Querosene
Ocomb
Residuo
Custo Processamento
(US$/bbl)
Dados:
Rend. Cru-1
(% volume)
Rend. Cru-2
(% volume)
Produção
Máxima (bbl/d)
80
5
10
5
0,50
44
10
36
10
1,00
24 000
2 000
6 000
Função objetivo a ser maximizada: lucro
Lucro = Vendas – Custo de Processamento –
Custo de Matéria-Prima
Restrições (Mercados dos Derivados):
– Produção de Nafta £ 2 4000 m3
– Produção de Querosene £ 2 000 m3
– Produção de Óleo Comb. £ m3
Cru-1 (24 US$/bbl)
Cru-2 (15 US$/bbl)
REFINARIA
Nafta (36 US$/bbl)
Querosene (24 US$/bbl)
OComb (21 US$/bbl)
Resíduo (10 US$/bbl)
8
Noções de Otimização
1.3 Planejamento – O Plano de Produção
da Petrobras
O Plano de Produção de refinarias da Pe-
trobras é efetuado em geral utilizando-se um
Modelo de Programação Linear (chamado
PIMS) bastante complexo, como no caso da
Repar, composto por uma matriz de 420 linhas
e 710 colunas.
A matriz é composta por várias tabelas,
que definem:
– os rendimentos e propriedades dos cor-
tes de petróleos;
– os tipos de campanha possíveis;
– a capacidade das Unidades de Proces-
so e dos Sistemas;
– a possibilidade de misturas de correntes;
– a formulação de determinados produtos;
– a oferta de petróleos e derivados que
podem ser comprados;
– os mercados de produtos e seus respec-
tivos preços;
– as especificações dos produtos;
– as capacidades de armazenamento de
cada produto;
– o consumo das Unidades ( energia , pro-
dutos químicos , etc.).
O modelo é atualizado mensalmente e,
efetua-se, então, uma corrida, a fim de achar a
solução mais lucrativa para a Refinaria. Mui-
tas vezes, devido a muitas restrições impos-
tas, o programa não consegue convergir para
uma solução ótima, então é necessário procu-
rar a restrição que está impedindo a se chegar
a uma solução e, se possível, flexibilizar esta
restrição.
Achada a solução ótima, a rodada define
qual a maneira mais lucrativa de se operar a
Refinaria:
– os petróleos que devem ser comprados;
– as cargas que devem operar as Unidades;
– os tipos de campanhas e os petróleos
utilizados em cada uma delas;
– a composição dos blends (misturas) que
constituirão os produtos;
– o valor marginal dos produtos;
– as especificações dos produtos (ver
item 1.6 – give-away);
– a atratividade dos mercados;
– a atratividade dos petróleos;
– a atratividade das Unidades de Proces-
so; etc.
Enfim, o PIMS, além de definir a solução
mais lucrativa para a Refinaria, gera um rela-
tório detalhado com dados econômicos sobre
as várias operações da Refinaria, que poderão
ajudar na tomada de decisões do dia-a-dia e
a realizar pequenos investimentos (modifica-
ções, desengargalamentos e melhorias opera-
cionais, etc.).
1.4 Valores Marginais– Casos Práticos
A noção sobre valores marginais é muito
importante para se tomar decisões relativas a
cargas de Unidades e à produção de derivados.
Para se entender a noção de valores mar-
ginais, serão discutidos alguns casos:
Caso 1: Quando se opera uma Unidade
de Processo de forma lucrativa e eleva-se, en-
tão, a sua carga, é correto afirmar que se esta-
rá aumentando o lucro da Unidade?
Resposta: Não. Nem sempre que se eleva
a carga de uma Unidade, será aumentado o seu
lucro, pois pode acontecer que a produção
excedente tenha de ser exportada e, assim, o
seu valor diminui bastante, o que torna a ele-
vação de carga não atrativa.
Caso Real: Muitas vezes, a orientação
econômica para as refinarias, como no caso
da Repar, é refinar com carga máxima, porém
limitada ao seu mercado de Óleo Diesel, ou
seja, nesta situação, não é econômico refinar
para exportar ou enviar óleo diesel para outras
regiões, como norte e nordeste do Brasil. É,
portanto, mais econômico importar Óleo Die-
sel da Venezuela para abastecer o Norte/Nor-
deste do que comprar Petróleo para refinar
na Repar.
Caso 2: O valor que a Petrobras recebe
pela gasolina vendida no Brasil é de US$
140,00 / m3 e, pela Nafta Petroquímica, o
valor recebido é de US$ 130,00 / m3. Diante
dessas informações, é correto afirmar que se
deve maximizar a produção de Gasolina e mi-
nimizar a produção de Nafta Petroquímica para
obter o maior lucro possível?
Resposta: Não. Sempre que se tem de fa-
zer avaliações de valor das correntes produzi-
das, deve-se avaliar o valor marginal dessas
correntes. No caso da gasolina, a Petrobras tem
excedente de produção que é exportado pelo
valor de US$ 120,00 /m3 , enquanto que a pro-
dução de Nafta Petroquímica não atende o
mercado nacional e é comercializada na sua
totalidade no Brasil . Portanto, o valor margi-
nal da gasolina é de US$ 120,00/ m3 e o valor
marginal da nafta é de US$ 130,00 / m3.
Neste caso, deve-se maximizar a produ-
ção de Nafta Petroquímica e não a produção
de gasolina, que, marginalmente, é exportada
por um valor de US$120,00 / m3.
Noções de Otimização
9
1.5 Scheduling – O Desbobramento do
Plano de Produção
O Plano de Produção define o que se deve
fazer, porém a atividade que procura escalonar
as operações de modo a realizar o que fica es-
tabelecido no Plano de Produção é definida
como scheduling.
A solução apresentada pelo PIMS não leva
em conta certas restrições, tais como:
– as limitações de segregação dos petró-
leos (número de tanques, lastros);
– as limitações de segregação de deriva-
dos (número de tanques, lastros);
– quando realizar as campanhas e o ta-
manho das mesmas;
– o inventário das unidades e o volume
dos deslocamentos de linhas;
– as limitações de vazão de transferên-
cia de produtos.
Além disso, existem várias outras ocor-
rências que podem causar desvios em relação
ao que foi planejado ou programado, essas
ocorrências, geralmente, são:
– modificação de cargas de navios (quan-
tidade ou qualidade);
– atraso de navios;
– problemas com a continuidade opera-
cional de dutos e Unidades;
– alteração dos mercados;
– ocorrências operacionais com a quali-
dade dos produtos.
Ou seja, a atividade de Scheduling defi-
ne: Como fazer e Quando fazer as operações
definidas pelo Plano de Produção.
1.6 A Otimização no Processo Produtivo –
Definição de Give-Away
Todos os produtos (a Nafta Petroquímica,
o Óleo Diesel, a Gasolina, o GLP, os Óleos
Combustíveis, os Diluentes, etc) possuem um
valor determinado ($/m3) e cada um deles
possui uma especificação determinada.
Essas especificações podem ser estabele-
cidas pela Agência Nacional do Petróleo
(ANP), pelos Órgãos Regulamentadores em
outros países para os quais a Petrobras efetua
a exportação ou de comum acordo entre a
Petrobras e o Cliente do Produto .
Para exemplificar o conceito de Give-Away,
será abordada a seguinte situação:
– no caso brasileiro, atualmente, a espe-
cificação para o teor de enxofre do
diesel metropolitano é de 0,20 % má-
ximo.
Porém, se for produzido um tanque de diesel
metropolitano, cujo teor de enxofre corresponde
ao valor de 0,17%, ele estará especificado, mas
estará sendo fornecido ao Cliente um produto 'me-
lhor' do que o exigido pela especificação. Neste
caso, o tanque está com um Give-away (ou uma
folga) no teor de enxofre do produto.
Muitas vezes, dar give-away nos produ-
tos significa estar perdendo dinheiro ($), po-
rém isso nem sempre é verdadeiro. Durante
muitos anos, a Petrobras ofereceu ao mercado
uma gasolina com octanagem superior à exi-
gida e, com isso, estava ganhando dinheiro
(maximizava-se a produção de nafta petroquí-
mica, que possuía um valor marginal maior
que a gasolina, e, em conseqüência, a gasoli-
na produzida ficava com uma octanagem maior).
Um dos relatórios apresentados pelo PIMS
fornece os valores das especificações dos pro-
dutos já otimizados.
Deste relatório, podem-se obter as infor-
mações sobre as especificações dos produtos
nas quais não é possível dar give-away, pois
se estaria perdendo dinheiro, bem como as
especificações (se houver) que podem dar give-
away sem que se esteja perdendo dinheiro.
Essas informações devem ser passadas
para a Área Operacional (Unidades de Proces-
so e Transferência e Estocagem), de modo que,
com as ferramentas existentes (controle avan-
çado, SDCD, misturadores, etc.), seja possí-
vel otimizar a produção de derivados.
1.7 A hierarquia da Otimização
Esquematicamente, a seguinte hierarquia
de informações para a otimização em uma
Unidade de Processo pode ser definida:
1.8 O Planejamento de Paradas das
Unidades
O Planejamento de Paradas para as Uni-
dades deve ser efetuado com bastante critério
pois o valor dos ganhos de um bom planeja-
mento é muito grande e as perdas com um mal
planejamento também.
Planeja-
mento
Scheduling
Otimização do processo
Controle avançado
Controle regulatório do SDCD
Fluxo de informações Horizonte de tempo
Semanas
Dias
Horas
Minutos
Segundos
10
Noções de Otimização
c) Prazos de Parada
Correspondem ao tempo proposto para a
execução da parada, definido em função das
dimensões dos serviços a serem executados,
dos tempos de liberação, de condicionamento
e partida da Unidade.
Este prazo, característico de parada, é fun-
ção da economicidade da mesma, conforme
as seguintes definições:
– Parada de tempo mínimo – deve ser
executada no menor tempo possível,
em face aos valores decorrentes de per-
da de produção (cessação de lucro) e
abastecimento do mercado.
– Parada de mínimo custo – é a parada
cujo prazo, superior ao tempo mínimo,
é definido pelo ponto que minimizará
a soma dos custos de manutenção e de
transferência de derivados, se houver.
d) Tipos de Parada
– Parada Programada: prevista no
Plano Anual de Atividades (PAA);
ocorre ao final de cada campanha
para manutenção e inspeção geral.
– Parada não Programada: ocorre devi-
do a um problema inesperado, não
previsto, por fatores internos ou
externos à mesma, e que afetem a
produção, segurança, confiabilidade
operacional ou cause impacto ambien-
tal; e não está no PAA.
Para a elaboração do Plano de Paradas,
são consideradas as seguintes diretrizes:
– Premissas da Programação de Produção;
– Duração de campanhas de Unidades e
Equipamentos;
– Prazos de Parada;
– Tipo de Parada.
a) Premissas da Programação de Produção
– influência da sazonalidade: não
parar Unidades em períodos em que
a demanda pelo produto produzido
seja elevada;
– interdependência na produção de
derivados entre as Unidades e Sis-
temas: num ciclo produtivo o pro-
duto de uma unidade, muitas vezes,
é carga para uma outra unidade.
Pode-se diminuir a interdependência
das mesmas estocando produtos
intermediáriosde modo a evitar pa-
rada ou redução de cargas de outras
Unidades em função da parada de
uma única Unidade;
– evitar movimentações desnecessárias
de produtos intermediários durante
as paradas;
– integração das paradas de cada
refinaria com o quadro nacional de
paradas, de modo a otimizar o resul-
tado como um todo da empresa;
– segurança operacional: parar tochas
coincidentemente com UFCC ou
com o conjunto Destilação / Desas-
faltação.
b) Duração de campanhas de Unidades
e Equipamentos
A área de Inspeção de Equipamentos é a
responsável pelo estabelecimento de prazos
máximos de tempos de campanhas de Unida-
des, Sistemas ou Equipamentos.
Os tempos que limitam esses prazos po-
dem ser devido:
– à deterioração de equipamentos (for-
nos, chapas; tubos, etc.);
– a exigências de Legislação ou Normas
Técnicas (caldeiras, vasos de pressão);
– à necessidade de manutenção preven-
tiva (equipamentos rotativos).
Anotações
Noções de Otimização
11
12
Noções de Otimização
Principios Éticos da Petrobras
A honestidade, a dignidade, o respeito, a lealdade, o
decoro, o zelo, a eficácia e a consciência dos princípios
éticos são os valores maiores que orientam a relação da
Petrobras com seus empregados, clientes, concorrentes,
parceiros, fornecedores, acionistas, Governo e demais
segmentos da sociedade.
A atuação da Companhia busca atingir níveis crescentes
de competitividade e lucratividade, sem descuidar da
busca do bem comum, que é traduzido pela valorização
de seus empregados enquanto seres humanos, pelo
respeito ao meio ambiente, pela observância às normas
de segurança e por sua contribuição ao desenvolvimento
nacional.
As informações veiculadas interna ou externamente pela
Companhia devem ser verdadeiras, visando a uma
relação de respeito e transparência com seus
empregados e a sociedade.
A Petrobras considera que a vida particular dos
empregados é um assunto pessoal, desde que as
atividades deles não prejudiquem a imagem ou os
interesses da Companhia.
Na Petrobras, as decisões são pautadas no resultado do
julgamento, considerando a justiça, legalidade,
competência e honestidade.
	Sumário 
	 1.1 Introdução 
	 1.3 Planejamento - O Plano de Produção da Petrobras 
	 1.4 Valores Marginais - Casos Práticos 
	 1.5 Scheduling - O Desbobramento do Plano de Produção 
	 1.6 A Otimização no Processo Produtivo - Definição de Give-Away 
	 1.7 A hierarquia da Otimização 
	 1.8 O Planejamento de Paradas das Unidades