Использование имитационного моделирования при проектировании нефтеналивных терминалов

Эксплуатация водного транспорта

Использование имитационного моделирования при проектировании нефтеналивных терминалов, на примере проектируемого нефтеналивного терминала порта Оля в программном продукте «Anylogic 7».

Эта статья освещает вопросы практического внедрения и использования имитационного моделирования в процессе проектировании и создании нефтеналивных терминалов. Цель данной статьи обосновать имитационное моделирование как средство интерактивной подачи работы нефтеналивных терминалов в предпроектном этапе строительства.

Актуальность данной статьи обуславливается увеличением темпа роста нефтяной промышленности, которые предъявляют особые требования к улучшению системы нефтеснабжения, уменьшение рисков при проектировании.

Для реализации крупных проектов, таких как строительство нефтетерминала, необходимы огромные средства, а их строительство затягивается на определенный период, но из-за ряда факторов: политических, геополитических, экономических и т. д., после сдачи проекта в эксплуатацию его свойства, как системы, не удовлетворяют требуемым ожиданиям. Как результат, это уменьшение прибыли, частичное или полное отсутствие возможности обеспечения работы системы.

Изменение одной из характеристик, параметра внутри системы или же влияющую на нее систему, приводит к изменению или вызывает потребность к изменению в самой системе в целом, что приводит к дополнительным убыткам.

Поэтому чем запустить в работу проект, который использует дорогостоящее оборудование и технику, необходимо заранее просчитать и предусмотреть все факторы, которые могут повлиять на процесс. Для более точного планирования, выявления недостатков и слабых мест, активно используется имитационное моделирование.

Имитационное моделирование (ситуационное моделирование) — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или опасны.

Примером разработки имитационной модели выбран проект строительства терминала по перевалке нефтепродуктов порта Оля, планируемой мощностью до 2 000 000 тонн нефти и нефтепродуктов в год, находящаяся в Лиманском районе Астраханской области. Данная нефтебаза по своему назначению и характеру работ относится к перевалочному типу нефтебаз (рис 1).

Специализацией нефтетерминала является:

• — перевалка нефти и нефтепродуктов;
• — хранение нефти и нефтепродуктов;
• — прием мазута и дизельного топлива по железной дороге наливом в собственные резервуарные емкости, их хранение и последующую перевалку нефтепродуктов на морской транспорт;
• — прием нефти и бензина с морских танкеров, их хранение в резервуарах и перевалка наливом в железнодорожные цистерны.

Рисунок 1. Принципиальная схема нефтеналивного терминала порта Оля

В рамках моделирования нефтетерминала порта Оля ставятся следующие задачи:

• — повышение эффективности работы проектируемого терминала по перевалке нефтепродуктов с использованием средств имитационного моделирования;
• — поиск оптимальных значений интенсивности прихода судов и вагонов, грузоподъемность судна в зависимости от осадки канала и метеорологических условий, которые приводят к эффективному использованию транспортных ресурсов.

Для реализации поставленной цели, имитационная модель должна решать задачи, представляющие собой исследование влияний следующих компонентов системы на работу ее в целом:

• — «Вызов» состава вагонно-цистерн;
• — Расписание прихода судов;
• — Занятость резервуаров.

В принципе, проектирование терминала ничем не отличается от других промышленных объектов инфраструктуры: нужно определить требования на текущий момент времени, разработать подходящую компоновочную схему порта со всеми коммуникациями (железнодорожный транспорт) и рассмотреть программу поэтапного развития порта.

В общем, разработка модели состоит из 3-х этапов.

• 1. Сбор и анализ данных:
  • o Моделируемые данные;
  • o Временные рамки в работе модели;
  • o Допущения работы модели.
• 2. Разбивка на субмодели:
  • o Визуализация модели
  • o 3D анимация модели
  • o Разработка контрольной, интерактивной панели работы модели
• 3. Анализ статистических данных модели

Источниками поступления условно-постоянной и оперативной информации являются следующие документы:

• · Проектная документация «Строительство нефтеналивного перегрузочного комплекса в порту Оля Астраханской Области»
• · TimeSheet;
• · Танкерный коносамент;
• · Акты приемки нефтепродуктов по количеству.

Готовая имитационная модель нефтетерминала представляет собой три взаимосвязанные субмодели, каждая из которых характеризует определенную операцию (рис 2).

Рис 2. Субмодели имитационной модели нефтетерминала Так выглядит запрограммированная модель.

• — «Судно»
• — «Хранение»
• — «ж.д. эстакада»

Субмодели представляют собой отдельно функционирующие части общей модели, выполняющую определенную функции в моделирование системы нефтетерминала.

Субмодель «ж.д. эстакада» предназначена для моделирования прибытия под погрузку или выгрузкувагоно-цистерн со станции на перевалочный терминал.

Субмодель «Хранение» предназначена для моделирования работы стендеров, технологических трубопроводов и резервуаров.

Субмодель «Судно», приходящие под выгрузку или погрузку, либо ожидающие свою очередь на рейде.

Работа эксперимента делится на временные рамки, для удобства обработки данных. В данном случае моделируется работа нефтетерминала в течение одной недели. В качестве единицей модельного времени выступает час — это условное логическое время, в единицах которого определено поведение всех объектов модели.

Вызов вагонов осуществляется с помощью функции inject — то есть нажатии кнопки действия на контрольной панели Расписание прибытия и отбытия судов так же вбиваются в календарь программы Anylogic. имитационный моделирование терминал визуализация Интерактивное окно перед запуском модели, позволяет изменить следующие данные (рис 3):

• — Время подхода судна к причалу
• — Скорость движения маневрового
• — Количество груза
• — Производительность насосов
• — Ставка за перевалку груза
• — Вместимость резервуаров и т. д.

Рисунок 3. Интерактивное окно запуска имитационной модели Визуализация модели играет важную роль при презентации модели, так как работа в реальном времени позволяет выявить «узкие места» функционирования терминала (рис 4,5). Благодаря мгновенному сбору статистических данных, позволяет дать качественную и количественную оценку адекватности использования нефтетерминала при заданных параметрах.

Рисунок 4. 3D модель визуализации работы нефтетерминала.

Рисунок 5. 3D модель визуализации работы нефтетерминала С помощью камер, расположенных на территории субмодели, можно изменить главный вид. В процессе эксперимента можно ускорить или замедлить модельное время.

Контрольная панель позволяется в реальном времени изменять данные о количестве груза и стоимости, а также и с помощью функции inject вызвать состав для ПРР.

С помощью данных гистограмм выполняет обычный статистический анализ добавляемых значений (рис 6).

При анализе статистических данных выяснилось, что из четырех резервуаров для дизельного топлива в период проведения эксперимента используется лишь два резервуара, причем второй заполняется на четверть. А резервуар для бензина используется почти в полном объеме.

Рисунок 6. Статистические данные работы модели Разработка имитационной модели заняла пять дней. Результат работы модели выявили оптимальное количество ресурсов для функционирования нефтеналивного терминала, а также прибыль нефтеналивного терминала за моделируемый период. Таким образом зная затраты на реализацию строительства данного нефтетерминала, можно вычислить время окупаемости терминала.

Библиографический список

• 1. Боев В. Д. Об адекватности систем имитационного моделирования GPSS World и AnyLogic. Часть 1 // Прикладная информатика. № 6 (30). 2010. С. 69−82.
• 2. Боев В. Д. Об адекватности систем имитационного моделирования GPSS World и AnyLogic. Часть 2 // Прикладная информатика. № 4 (34). 2011. С. 50−62.
• 3. Боев В. Д. Некоторые аспекты адекватности систем имитационного моделирования дискретно-событийных процессов: Статья — В сб. докладов Пятой Всероссийской конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика» ИММОД-2011 — СПб.: ЦТСиР, 2011.