The problem of planning and scheduling the operation of an oil pipeline

Orientadores: Arnaldo Vieira Moura, Cid Carvalho de SouzaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Um conjunto de órgãos distribuidores de derivados de petróleo, incluindo refinarias e terminais, possuem demandas locais e produções de diferentes produtos ao longo de um dado horizonte de tempo. No entanto, pode não haver estoque local de algum produto para satisfazer a demanda correspondente, ou pode não haver espaço nos tanques para estocar uma produção local. Isso leva à necessidade de transporte dos derivados de petróleo entre os órgãos. Dentre os diversos modais, a rede de oleodutos é a melhor opção considerando-se custos e riscos ambientais. Em vista de sua grande complexidade operacional, um uso adequado da rede necessita de um planejamento tático composto mensalmente, e de um agendamento detalhado das operações, cobrindo poucos dias, e que deve ser atualizado diariamente. Tanto o planejamento mensal quanto o agendamento diário devem respeitar um grande conjunto de restrições, envolvendo a capacidade dos tanques, taxas de vazões nos oleodutos, níveis de estoques, dentre outras. Esta dissertação apresenta uma formalização do problema, desenvolvida em dois estágios, representado o planejamento mensal e o agendamento diário. O problema de planejamento recebeu um tratamento inicial heurístico seguido de uma modelagem por fluxo em redes, enquanto o agendamento diário utilizou programação por restrições. Os modelos foram testados sobre dados fornecidos pela companhia brasileira de petróleo Petrobras. Essas instâncias possuem uma das topologias mais complexas quando comparadas a outras redes encontrada na literatura aberta. Os resultados demonstram melhorias significativas sobre a resolução manual desses problemasAbstract: A set of oil derivative distribution depots, including refineries and terminals, have local demands for and productions of different products in a given time horizon. However, there may be not enough local stock of some product to satisfy the corresponding demand, or there may not be enough tank capacity to stock the local production. This brings the need for transportation of oil derivatives between the depots. Among many transportation modes, the network of pipelines is one of the best options when considerying cost and environment risks. In order to adequately operate the pipeline network, a two phase planning strategy is developed. First, a tactical pumping plan is composed monthly and, secondly, a more detailed operational schedule, spanning a few days, is updated daily. Both the tactical and tghe operational plannings must satisfy a large set of operation constraints, involving many restrictions, such as tanks capacities, pipeline flow rates, and stock levels. This dissertation provides a formalization for the problem along with a decomposition of it in two stages, representing the monthly planning and operational schedule. The tactical stage is solved by applying a heuristic and then with a network flow model, while the operational schedule uses constraing programming. Our model treats the oil pipeline network that is operated by the Brazilian oil company Petrobras. This is one of the most complex and large topologies when compared to other networks treated in the open literature. The model was tested with real-world instances and showed significant improvements over human planningMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã