Cálculo de consignas óptimas en un tren de tratamiento de crudos pesados

Abstract

En este proyecto se fijó un objetivo general: Proponer un método automático para calcular las consignas de los lazos de control del proceso que inciden en el índice BSW del crudo obtenido en una planta de tratamiento, que minimicen el consumo energético del proceso. Para cumplir este objetivo se fijaron tres objetivos específicos, el primero es evaluar el grado de incidencia de las variables de proceso de la planta de tratamiento Campo Jazmín, en el índice BSW del crudo tratado en la planta, el segundo construir un algoritmo computacional que permita, calcular el conjunto de valores nominales óptimos que minimicen el consumo energético del proceso garantizando el índice de BSW, y el tercero es verificar mediante datos simulación de una sección del tren de tratamiento que los valores nominales calculados logran el efecto de minimizar el consumo energético de la sección, conservando el índice BSW en valores aceptables para el proceso. Para cumplir con estos objetivos primero se identificaron las variables que incidieron en el consumo energético y el BSW (cantidad agua y sedimentos disueltos en una mezcla) utilizando la técnica de análisis multivariable lineal, calculando el coeficiente de Pearson mediante el software JMP, encontrando relaciones directas entre Temperatura, Presión, Energía y BSW. Seguidamente, para el desarrollo del proyecto fue necesario el modelado matemático del proceso. Para ello se simulo el FWKO en la herramienta HYSYS y mediante la conexión con Matlab se logró obtener el modelo de 3 entradas 2 salidas en donde las entradas fueron: Flujo de Energía, Porcentaje de apertura de la válvula de control de presión y flujo de la mezcla agua-crudo-gas entrante, y las salidas temperatura y presión. Con este modelo fue posible parametrizar un algoritmo de optimización basado en una estructura multicapa en la cual se resuelven dos problemas de optimización: el primero es uno no lineal que se encuentra en la una capa de Optimización Local de Estados en Estado Estacionario, esta capa proporciona los puntos óptimos de operación para el FWKO cuando se presenta un disturbio en el flujo de crudo entrante al equipo; posteriormente se resuelve un problema lineal en una segunda capa de optimización de objetivos temporales en estado estacionario, la función de esta capa es amortiguar los cambios bruscos que puede causar la capa LSSO y minimizar los desperdicios de energía. Con el desarrollo de este algoritmo se consiguieron resultados aceptables con las simulaciones, mostrando un ahorro de 9480067 𝐾𝐽 ante 6 variaciones en el flujo de entrada, además de estos resultados se consiguió mostrar que con un modelo lineal obtenido a partir de datos, es suficiente para la implantación de un problema de optimización multicapa.

In this project, a general objective was set: Propose an automatic method to calculate the setpoints of the process control loops that affect the BSW index of crude oil obtained in a treatment plant, which minimize the energy consumption of the process. To meet this objective, three specific objectives were set, the first is to evaluate the degree of incidence of the process variables of the Campo Jasmine treatment plant, in the BSW index of the crude treated in the plant, the second to build a computational algorithm that allows , calculate the set of optimal nominal values that minimize the energy consumption of the process guaranteeing the BSW index, and the third is to verify by means of simulation data of a section of the treatment train that the calculated nominal values achieve the effect of minimizing the energy consumption of the section, keeping the BSW index in acceptable values for the process. To meet these objectives, the variables that affected energy consumption and BSW (amount of water and sediments dissolved in a mixture) were first identified using the linear multivariable analysis technique, calculating the Pearson coefficient using the JMP software, finding direct relationships between Temperature, Pressure, Energy and BSW. Next, the mathematical modeling of the process was necessary for the development of the project. For this, the FWKO was simulated in the HYSYS tool and through the connection with Matlab it was possible to obtain the model of 3 inputs 2 outputs where the inputs were: Energy Flow, Opening percentage of the pressure control valve and flow of the Mix water-raw-incoming gas, and temperature and pressure outputs. With this model it was possible to parameterize an optimization algorithm based on a multilayer structure in which two optimization problems are solved: the first is a non-linear one that is in the Local Optimization layer of States in Stationary State, this layer provides the optimum points of operation for the FWKO when there is a disturbance in the flow of incoming oil to the equipment; Subsequently, a linear problem is solved in a second layer of optimization of temporary targets in steady state, the function of this layer is to dampen the abrupt changes that the LSSO layer can cause and minimize energy waste. With the development of this algorithm, acceptable results were obtained with the simulations, showing a saving of 9480067 KJ before 6 variations in the input flow, in addition to these results it was possible to show that with a linear model obtained from data, it is sufficient to the implementation of a multilayer optimization problem.