1 Az olajipari optimalizálás eszköze (PIMS program) Mészöly Csaba Pannon Egyetem 2007 I. félév

2 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 2

3 A MOL Csoport (MOL, Slovnaft, TVK, leányvállalatok, INA ) kereskedelmi tevékenysége Magyarországra, Szlovákiára, Ausztriára, Ukrajnára, Romániára, Horvátországra, Szerbiára és Szlovéniára - összességében a Régióra - terjed ki. Ukrajna Románia Magyarország Szlovákia Horvátország Németország Szerbia Bulgária Lengyelország Szlovénia Csehország Ausztria MOL GROUP tevékenysége a régióban

4 Alapanyag tárolás KER Értéklánc Beszerzési korlátok (min-max volumenek) Értékesítési korlátok (min-max volumenek) Leállások (üzemek, csővezetékek) Készletek (kockázat-> hedge) (leállások, szezonalitás) Technológiai adatok • Hozamok, minőségek, összefüggések • Anyagáram kapcsolatok • Fajlagosok Nyereség Jól karbantartott PIMS modell Árak, arányos költségek TKD Alapanyag biztosítása (import) Alapanyag biztosítása (import) Alapanyag biztosítása (hazai) Alapanyag biztosítása (hazai) Alapanyag szállítás Értékesítés KTD LOG FIN, LOGKERFINFIN, LOG Techno- lógiai folyamatok Techno- lógiai folyamatok Kész- termék tárolás LOG, … Kész- termék szállítás Valódi optimum Crack sread, sales margin!!

5 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 5

6 Hierachy of functions PLANNING, OPTIMIZATION SCHEDULING UNIT OPTIMISATION PROCESS CONTROL REPORTING PAST CURRENT FUTURE corporate level plant level unit level process level orders setpoints performance data

7 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 7

8 What is Linear Programming? A mathematical model consisting of a set of simultaneous linear equations

9 What is Linear Programming? A mathematical model consisting of a set of simultaneous linear equations The same problem, in matrix form:

10 What is Linear Programming? • Linear implies there are no mathematical terms such as X 2, X 3, logX... • There are more unknowns (variables) than equations (constraints) • There are an infinite number of solutions to the problem • The best solution (i.e., optimum) is determined by an objective function (OBJFN) row

11 Requirements of an LP Problem • There is an OBJECTIVE, e.g., maximize profits • There are alternative courses of action to achieve objective • Resources are in limited supply • The firm’s objective (and limitations) can be expressed in form of mathematical equations and inequalities

12 Simple LP Problem (Tables & Chairs)

13 A Simple LP Problem (Matrix Format) Eq’s 1-6 are LP rows, or constraints TAB and CHR are columns, or variables

14 Lineáris programozás modellje

15 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 15

16 What is PIMS? PIMS = Process Industry Modeling System Developed for Oil & Petrochemical Industry by Aspen Technology and former owner Bechtel. PIMS Optimization planning tool (Money maker machine) Employing LP technique Modeling tool Model analyzer tool 16

17 What is PIMS? 17

18 BLENDING SECTION PROCESS UNITS LPG MOG JET DSL F/O CRD INT BUT I. SALES REVENUES$100,000 II. RAW MATERIALS (70,000) III. FUEL, STEAM, UTIL (10,000) IV. ADDITIVES ( 5.000) REFINER’S MARGIN $15,000 OBJFN = MAXIMIZE PROFITS I IV II III Refining Operation - A Bird’s Eye View STMGAS Additives

19 PIMS model structure... … III IVIII

20 PIMS eliminates fictitious product cost calculation 20 Real costs Calculated Costs ? Atmospheric distillation How calculate product cost? 1.Equal (Crude + Utlil. + Fix) 2.Quotation based (no quotation for semifinished products) 3.Backward from real prices What should we do if a product cost higher then the market price? Should be sales stopped? PIMS optimizes the whole system with real variable cost and prices..

21 One PIMS period is one moment (scheduling problem in case of Plant Shut Down) 21 Error: Real production is Zero Monthly production is the same Solutions: 1.Time slices: Make 2 periods (10 & 20 days length) 2.PIMS runs have to be checked by scheduling (feasibility).

22 Model vs. Reality (non linearity) 22.

23 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 23

24 A PIMS programcsomag feladata Számítógépes támogatást nyújtson a termelés, a logisztika és a kereskedelem jobb összehangolásához a nagyobb gazdasági eredmény elérésének érdekében. MIRE ALKALMAS A PIMS? Lineáris programozási feladatok megoldására. Az LP feladatnak célfüggvényét a feladat megoldása során maximalizálja. A célfüggvény azaz a fedezeti összeg maximumát keressük. (PIMS = Money maker tool)

25 VALIDATION & MATRIX GENERATION DATA MANAGER MENUS SOLUTION REPORTS RECURSIONOPTIMIZATION PIMS Process Flow Diagram PIMSLOTUS/EXCEL Non-Converged PIMS Xpress.mp PIMS SummarySolution.LST FullSolution.LST IterationLog.LSTPrimalDual.LST Validation.LST MatrixListing.LST

26 Non-Linearities - Applications Feedstock pooling Distillation cut point Optimisation Processing Severity vs Yields Investments vs Capacity Additive responses

27 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 27

28 Plan types (time horizon) LONG TERM - 1 TO 5 YEARS+TRENDS STRATEGIC INVESTMENT PLANNING UNCERTAINTY SUPPLY / DEMAND STRATEGY NEW UNITS / DEBOTTLENECKING MEDIUM TERM - UP TO 3 YEARS QUARTERLY, MONTHLY „ROLLING” PLANS / ANNUAL BUDGET FEEDSTOCK SELECTION PRODUCT MARKET TARGETS INTERMEDIATES TRANSFERS SHORT TERM (ROLLING PLAN) - UP TO 6 MONTHS 6 MONTH ROLLING PLAN / MONTHLY PLAN PLANT OPTIMISATION INVENTORY MANAGEMENT PRODUCTS BLENDING IMMEDIATE - CRUDE/PRODS. SCHEDULING FLUCTUATIONS - PERFORMANCE MONITORING Degree of freedom

29 Long Term Example: Built Delayed Coker Plant in Duna Refinery 29 Delayed Coker started to run Delayed Coker (DC) converts fuel oil to gasoline and gasoil. LONG TERM - 1 TO 5 YEARS+ STRATEGIC INVESTMENT PLANNING Expectations before decision: see on the diagram SUPPLY / DEMAND STRATEGY Fuel oil market collapsed, diesel market is growing. NEW UNITS / DEBOTTLENECKING Capacity: 1 million tons/year Motor gasoline, Diesel, 3,5% Fuel oil ckrack spreads Crack difference growing

30 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 30

31 PIMS Upgrades & Options PIMS = Process Industry Modelling System PIMS - Large16,000+ Rows PPIMSMulti-Period MPIMSMulti-Plant XPIMSMultiPeriod/MultiPlant (+Depots, +Markets) PIMS-EEEnterprise Edition PIMSMIPMixed Integer Program

32 Bratislava Százhalombatta CEPRO system Modelling problem CEE Romania Slovakia Poland Austria Slovenia Croatia Hungary Czech R. Serbia Bosnia Herzegovina Montenegro 300 miles/484 kms Slovnaft Friendship II. Friendship I. ADRIA Crude pipeline Production places Product pipeline Depot Slovnaft MOL Danube and Bratislava Refineries are the most complex in the region.

33 PPIMS Feb. Jan March April March Feb. Jan Apr DR-TVK PPIMS BR-SN PetCh PPIMS TRASFER S Local Market s TRANSFERS SET BY AGREEMENT SPLITMARKET PIMS FLEXIBILITY1 • Separated • Individual Manual by experts NOT OPTIMISED MULTI PERIOD

34 MPIMS DF-TF- TVK PPIMS BR-SN PetCh PPIMS TVK MODEL Local Market s GLOBAL MARKETS OPTIMISED SPLIT DR PPIMS PIMS FLEXIBILITY2 Optimized transfers OPTIMISED NO MULTI PERIOD ONE Period

35 XPIMS April Febr Jan March Febr Jan March April March Febr Jan Apr DF-TF- TVK PPIMS BR-SN PetCh PPIMS TVK MODEL OPTIMISED TRANSFERS Local Market s OPTIMISED SPLIT GLOBAL MARKETS DR PPIMS PIMS FLEXIBILITY3 OPTIMISED MULTI PERIOD

36 Events/propertyPPIMSXPIMS One calculation runtime Individual smaller models, shorter Integrated bigger model, longer Complexity More models -> Necessity to iterate among systems (PPIMS-es or/and DPO) -> adequate solution All data in one combined model -> one step -> real optimum Total evaluation time Longer - more iteration steps between systems Shorter - ability to run in one step Comparison of PPIMS and XPIMS 36 Why MOL switched from P to XPIMS

37 ELVÁRÁS A MODELLEL SZEMBEN Jól képezze le a valódi folyamatokat, az eszközöket és azok működését, korlátaikkal és lehetőségeikkel együtt. A modell legyen feladat függő, struktúrája és részletessége a feladathoz kell idomuljon. Mindig azokra a tényezőkre kell fókuszálni, amelyeknek a legnagyobb hatása van a célra.

38 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 38

39 ►Inventory built up beforehand ►Maximum sales achieved ►Who supplies how much? ►Sell more or less? ►Inventory levels? ►Bio-diesel only 1 element Example: XPIMS bio-diesel supply during key Slovnaft unit shutdowns 39 XPIMS solution Optimal solution PPIMS issues: Adequate (but not optimal) solution Why MOL switched from P to XPIMS

40 Why MOL switched from P to XPIMS Example: XPIMS production flexibility through transfers (Polypropylene): ► Main propylene sources ►Inventories ►Transfers ►Polymer production MOL FCCTVK SC1-2Slovnaft FCC Slovnaft SC EXTERNAL HUNGARYSLOVAKIA TVK PP3-4 Slovnaft PP3 Polypropylene $$ ► Sales of polypropylene $$ XPIMS ► Maximum flexibility ► Minimal impact from Shutdowns pp 40

41 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 41

42 Adatszolgáltatás az optimalizáláshoz Kereskedelem (Beszerzés, Értékesítés) Finomítás Petrolkémia Logisztika Supply Chain Management, egyéb információk

43 Mészöly Csaba Árak prognosztizálása

44 Jegyzésárak, margin

45 Jegyzésárak volatilitása

46 Mennyiségek

47 Belföldi piac szerkezete

48 Szezonalitás

49 Mennyiségek

50 Külföldi piacok szerkezete

51 Készletek prognosztizálása a tervezési időszak kezdetére

52 Logisztika adatszolgáltatás

53 Finomítók adatszolgáltatása

54 Agenda A valóság és modellje Kapcsolat a terv és a valóság között A lineáris programozás alapjai Az olajipari optimalizálás eszköze: PIMS program A PIMS feladata, működése Terv típusok A PIMS felépítése, modelltípusok (PPIMS -> XPIMS) XPIMS vs. PPIMS Examples Adatszolgáltatás a tervezéshez A tervezés eredménye, döntés előkészítés 54

55 Report Generator Architecture RGEN CODE DEFINITION TABLE FINAL REPORTS PIMS OUTPUT DATABASES USER DEFINED TEMPLATES Output Data (PIMS results) 1 55

56 Sample report for COMMERCIAL 56 Output Data (PIMS results) 2

57 3. Automatically generated case comparison tables Evaluated case comparison program „Diff_evals” Driving forces to make own software 57 Output Data (PIMS results) 3