Planning lateral transshipment with transport mode selection in refinery networks

Abstract

Petrol rafinericiliği rekabetin yoğun olduğu ve kar marjının düşük olduğu bir sektördür. Birden fazla rafineri işleten şirketler için, farklı rafinerilerdeki operasyonların entegrasyonunun, kapasite kullanım oranlarını arttırma yönünde bir etkisi vardır. Bu sebeple rafineriler arası ara ürün taşımacılığı verimliliğin arttırılmasında ve işletme maliyetlerinin düşürülmesinde kilit rol oynamaktadır. Bu çalışmada, gerçek veriler kullanılarak, iki rafineri arasında karşılıklı akaryakıt ürünleri taşımacılığı için çok-zamanlı bir nakliye servisi tasarlanmıştır. Rafinerilerden biri petrol kuyularına yakın bir noktada konumlanmıştır ve basit bir yapısı vardır, diğeri ise daha kompleks bir rafineri olup, nihai ürün üretimi yapabilecek seviyedir. Bu çalışma kapsamında geliştirilen karmaşık tam-sayılı doğrusal programlama modeli, mevcut altyapı üzerinde taşıma kiplerine, taşınacak ürün miktarlarına ve taşıma sıklıklarına karar vererek değişken ürün taleplerine sahip iki rafineri arasında nakliye planlaması yapma amacı taşımaktadır. Taşıma kipleri demiryolu, karayolu ve boru hattıdır. Çalışma, Türkiye Petrol Rafinerileri A.Ş.'nin gerçek endüstriyel uygulamasıdır.Nakliye planlama modeli GAMS ortamı üzerinde modellenmiş ve CPLEX çözücüsünün dal-kesme algoritması kullanılarak çözülmüştür. Farklı zaman ufukları için optimum çözümler elde edilmiştir. Çözüm aşamasında farklı kesme düzlemleri denenmiş ve çözüm süresi üzerindeki etkileri gözlenmiştir. Tam sayıya yuvarlama yönteminin çözüme ulaşabilmek için gerekli olduğu görülmüştür. Gerçek veriler kullanılarak nakliye planlaması yapılmış ve maliyet avantajı sağlanmıştır. 2015 yılı operasyonları değerlendirildiğinde %2,1'lik potansiyel bir maliyet avantajı söz konusudur. Araç temizleme, çalışma saatleri ve sözleşme değişiklikleri konusunda duyarlılık analizleri yapılmıştır, yatırım gerektiren farklı senaryolardaki maliyet avantajları gösterilmiştir.

Petroleum refining is a low-margin and very competitive industry. For multi-refinery operating companies, orchestrating the operations in different refineries is beneficial to improve the effectiveness of the entire enterprise while minimizing the operational costs. Thus for the multiple refinery operating companies, inter-refinery transportation of semi-products are vital for maximum utilization. In this study, a multi-period transportation service design problem is addressed for hazardous liquid commodities transportation between two refineries in Turkey, small one near the drilling site and complex one for meeting required product specifications. Developed MILP model deals with optimal use of available infrastructure by selecting the transportation modes, assigning ordering capacities, and planning the routes and frequency of shipment for the semi-products and the final products of two geographically dispersed refineries under fluctuating demands. Transportation modes are railroad tankers, road haulage and blending the products into crude oil pipeline. It is a real industrial case of Turkish Petroleum Refineries Corp.The problem is modeled in GAMS environment and solved using CPLEX solver with branch & cut algorithm. Exact optimal solutions for different time horizons are achieved. Several cutting plane algorithms are tested on the MILP model and solution times are investigated with the usage of different cutting planes. The results shows that MIR cuts are necessary to solve the given problem. With real and simulated data from two refineries, the cost advantage of transportation planning is determined. The optimization model is applied to the performed operations and 2.1% decrease in the total transportation cost is achieved. Sensitivity analysis considering network upgrade by investment on vehicle cleaning, extended working hours for loading/unloading and contract changes are studied.