Considerando las aplicaciones de las previsiones y los optimizadores
Los sistemas de previsión y los optimizadores desempeñan un papel crucial a la hora de anticipar riesgos e infracciones en los ductos, e impulsan la adopción de medidas adecuadas para mitigar futuros problemas.1
Observando el futuro con “look-aheads” (previsiones)
El sistema guarda periódicamente, in situ, los estados actuales de una red de ductos, y cada estado ofrece información sobre las condiciones del ducto y los parámetros aprendidos en toda la red de ductos.
Cuando se combinan con un sistema activo, los sistemas de previsión son capaces de predecir el futuro de un sistema de ductos mediante la simulación de una serie de escenarios potenciales. Esto se consigue encontrando el último estado guardado en línea y utilizándolo para simular un escenario "fuera de línea", aumentando desde el último estado guardado en línea hasta el punto de inicio del escenario solicitado. Este proceso de conexión de un sistema de producción en vivo con estudios fuera de línea permite predecir un futuro en el que un ducto de gas podría tener violaciones de inventario, déficit de entrega o cierres inesperados (véase la Figura 1).
Figura 1: Datos de tendencias de la actividad reciente de un ducto activo (fondo claro), junto con la predicción de un escenario futuro. La zona marcada con un círculo indica una posible infracción de la presión mínima que puede evitarse actuando a tiempo.
Los tres tipos de previsiones
Las compañías de ductos utilizan a veces diversos términos para describir los distintos tipos de previsión, pero los tres ejemplos principales pueden entenderse mejor como previsión congelada, previsión hipotética y previsión de nominaciones.
Escenarios predictivos congelados
Figura 2: Representación visual de una previsión congelada manteniendo los caudales desde el estado inicial para predecir cómo variarían la presión, el inventario y otros parámetros si todos los caudales continuaran como de costumbre.
A diferencia de los escenarios fuera de línea, los escenarios en línea no disponen de modos de control, lo que significa que los modos se asignan en función de las entradas del usuario. Un software de simulación como Atmos SIM supera este reto con una función avanzada de previsión que no requiere anulaciones por parte del usuario. Una previsión congelada puede ejecutarse en segundo plano de las operaciones del ducto, prediciendo la supervivencia en caso de que todo en el escenario permanezca igual que en el estado inicial. Para mantener el control del flujo, a veces se permite que las presiones y el inventario varíen.
Previsiones "what if"
Figura 3: Una predicción "what-if" mostrando la caida de presión ante el disparo de un compresor
En comparación con la previsión congelada, la previsión hipotética tiene en cuenta lo que ocurriría en la transición de las condiciones actuales del ducto a una nueva situación, planteando preguntas sobre cuál sería el impacto en un ducto si se produjera un evento, como la desconexión de un compresor o un cierre de emergencia.
Atmos SIM dedica una cantidad significativa de tiempo y código a este escenario de previsión, ya que requiere la comunicación de datos entre la solución de un escenario en línea y la solución de un escenario fuera de línea.
Los resultados de un escenario hipotético pueden contribuir a la seguridad general de las operaciones de los ductos y a la seguridad del suministro, lo que lleva a los operadores de ductos a recomendar, por ejemplo, que las paradas se realicen con más precaución o se eviten por completo. Se pueden simular muchos escenarios hipotéticos diferentes para prever el futuro y proponer el mejor plan a los operadores de ductos. La figura 3 muestra lo que podría ocurrir con la presión de suministro si se dispara una de las estaciones de compresión: la presión sigue bajando, pero sigue estando por encima del nivel de aviso de baja presión al cabo de 12 horas. Si se toman medidas antes de que se alcance el nivel de alarma, el ducto puede seguir suministrando gas al cliente.
Escenarios de predicción con nominaciones
Para garantizar que se cumplen los requisitos de oferta y demanda, un escenario de previsión de nominaciones proporciona previsiones de las condiciones del ducto a nivel rutinario en respuesta a las nominaciones de los cargadores. Se trata de un método exacto, que suele variar los caudales previstos a lo largo del tiempo. Las restricciones pueden anularse si llega un pedido urgente.
Para garantizar los resultados a largo plazo, un escenario de previsión de las nominaciones ayuda a evitar los excesos mejorando la planificación de la producción
Figura 4: En comparación con un escenario de previsión congelada (Figura 2), una previsión de nominaciones ofrece más visibilidad de las operaciones futuras y tiene una mayor certidumbre (La tendencia superior en el fondo gris es la nominación y la tendencia inferior la presión correspondiente).
Escenario de predicción Ad-hoc
Aunque los tres tipos principales de previsión se utilizan a menudo, cabe señalar que el usuario tiene la posibilidad de construir cualquier escenario de previsión que se adapte a los requisitos de su plan de operaciones de ductos. Un software de simulación como Atmos SIM puede utilizarse para predecir el futuro de un ducto.
Mientras que una simulación prospectiva examina una serie de escenarios posibles, el objetivo de un optimizador es identificar la mejor opción entre una serie de alternativas posibles.
Objetivos de la optimización
Los optimizadores son más eficaces cuando se adaptan a las necesidades de cada ducto. Por ejemplo, un diseñador de ductos puede querer ver los costes operativos de un ducto en condiciones típicas y los límites de capacidad, mientras que un operador de ductos puede utilizar un optimizador para planificar sus operaciones futuras. La precisión es vital para que un optimizador funcione eficazmente en las operaciones cotidianas de los ductos, algo que nuestro blog sobre el capítulo tres de "The Atmos book of pipeline simulatio" trata con más detalle.
Cuando un optimizador se basa en un modelo de ducto preciso, puede alcanzar sus objetivos de la manera más eficiente posible. Puede beneficiar a las operaciones de toda una red de ductos recomendando parámetros como qué compresores poner en marcha o los ajustes en el punto de consigna de presión de una válvula de control.
Las técnicas de un optimizador
En cuanto a las opciones disponibles en la optimización, un "optimizador" puede ir desde el más simple lanzador de escenarios hasta un solucionador general que puede minimizar los costes operativos teniendo en cuenta otras dependencias.
Una de las aplicaciones de un optimizador es en un escenario que podría tener múltiples resultados. En este contexto, un optimizador puede lanzar una multitud de escenarios y llegar a la mejor solución por ensayo y error, automatizando un procedimiento de enjuague y repetición que los operadores de ductos habrían realizado normalmente de forma manual.
En el caso de un ducto de líquidos, la capacidad puede optimizarse mediante un procedimiento básico como la iteración Newton-Raphson, que calcula las aproximaciones más cercanas del ducto a la presión operativa mínima admisible (LAOP) y a la presión operativa máxima admisible (MAOP).
Figura 5: El cambio de presión (verde azulado) en un ducto de líquido que se encuentra con la presión operativa mínima admisible (LAOP, amarillo) y la presión operativa máxima admisible (MAOP, rojo). Cabe señalar que se produce un cuello de botella desde el punto en que la presión alcanza la MAOP hasta el punto aguas abajo en que alcanza la LAOP.
Esta técnica de optimización permite a los operadores de ductos identificar las oportunidades de aumentar o reducir el caudal.
El problema de la optimización en un escenario sencillo es que está limitada por su incapacidad para responder a cuestiones más complejas relacionadas con los ductos, pero el uso de la inteligencia artificial resulta prometedor para superarlo.
Gracias a su capacidad para manejar grandes cantidades de datos de emplazamientos y resultados de simulaciones, a su capacidad de mejora continua y a su habilidad para hacer predicciones agnósticas de cualquier intervención humana, la inteligencia artificial tiene potencial en el futuro para utilizar conjuntos de datos de ductos a gran escala.
Predecir y prepararse para el futuro con previsiones y optimizadores
Los programas de simulación de ductos como Atmos SIM pueden facilitar el uso de previsiones para predecir las condiciones operativas futuras, mientras que los optimizadores se utilizan cada vez más para identificar áreas de mejora, automatizar tareas y liberar tiempo de los operadores de ductos para que puedan centrarse en otras prioridades.
Referencias
1 “The Atmos Book of Pipeline Simulation”
Descargue este capítulo en inglés Obtenga el libro en inglés