A decomposition approach using heuristics and mathematical programming to the operational scheduling of a pipeline with one source and multiple destinations: OSBRA net- work

This work presents an approach to optimize the scheduling of a real pipeline network with one source and multiple destinations, the OSBRA network. The network consists of a refinery that supplies five terminals, which are connected by a single pipeline. Batches of different products are sent from refinery and received by terminals during a time horizon. Optimized scheduling decisions must be taken to attend inventory issues at the same time that operational constraints are respected. This work proposes a decomposition approach solution using Mixed Integer Linear Programming (MILP) combined with heuristic algorithms. The solution approach is divided into two phases: (i) allocation and sequencing and (ii) scheduling of deliveries. The allocation and sequencing phase is responsible for determining the order, volume, and flow rate of each batch to be pumped from the refinery to the terminals. This phase is composed of an MILP model that runs iteratively in a rolling horizon approach. In a following step, the scheduling of deliveries phase details how the batches' deliver will occur in each terminal, considering the repumping operation in the last pipeline segment. For the repumping, a mathematical model is executed iteratively, also using the concept of rolling horizon, setting a new sequence of batches to be pumped from Goiânia to Brasília, the farthest pipeline segment from the refinery. Similar characteristics of the real OSBRA network are considered, such as inventory control, flow limits, daily demand, tank maintenance, total or partial pipeline maintenance. Two study cases considering scenarios based on real data with a 30-day programming horizon are presented, in which the second case was subjected to a series of modifications in order to evidence the proposed approach functionalities. The result's analysis supports the conclusion that the solution approach provides adequate results for the operation of the network experts. Thus, the obtained results can aid the operational scheduling decision of OSBRA network.PETROBRASEste trabalho apresenta uma abordagem para otimização do scheduling de uma rede dutoviária real com uma origem e múltiplos destinos, a rede OSBRA. A rede é composta por uma refinaria que abastece cinco órgãos ligados por um único poliduto. Decisões sobre bateladas (volumes operacionais) de diferentes produtos a serem enviados pela refinaria e recebidos nos órgãos de consumo ao longo de um horizonte de tempo devem ser tomadas de modo otimizado de forma a controlar os níveis de estocagem, respeitando limites operacionais da rede de dutos. Propõe-se uma abordagem de solução por decomposição que utiliza Programação Linear Inteira Mista (PLIM) em conjunto com algoritmos heurísticos. A abordagem está dividida em 2 etapas: (i) alocação e sequenciamento e (ii) programação das entregas. A etapa de alocação e sequenciamento é responsável por determinar a ordem, o volume e a vazão de cada batelada que deverá ser bombeada da refinaria para os órgãos. Esta etapa é composta por um modelo PLIM que é executado iterativamente em uma abordagem com horizonte com tempo rolante. Em seguida, a etapa de programação de entregas detalha como ocorrem as entregas das bateladas em cada órgão, considerando a operação de rebombeio no último trecho de duto. Para o rebombeio, executa-se um modelo matemático iterativamente também utilizando o conceito de horizonte rolante, definindo uma nova sequência de bateladas que deverão ser bombeadas pelo órgão de Goiânia para Brasília, ou seja, no trecho de duto mais distante da refinaria. Consideram-se características próximas da realidade de operação da rede OSBRA, como controle de inventário, limites de vazão, variação diária de demanda, manutenção de tanque, manutenção de duto (total ou parcial). Dois estudos de caso são apresentados considerando cenários baseados em dados reais com horizontes de programação de 30 dias, no qual o segundo foi submetido a diversas modificações com o intuito de evidenciar funcionalidades da abordagem proposta. A análise dos resultados permite concluir que a abordagem de solução apresenta resultados adequados para a operação dos especialistas da rede, dessa forma podendo auxiliar no processo de decisão do scheduling da rede OSBRA