Whitepaper

Vencer no limite

Uma nova fronteira para a gestão de dutos

Com sistemas que estão continuamente operando e transmitindo dados precisos em tempo real, o monitoramento 24/7/365 com detecção automática de falhas evita paradas não planejadas e outras ineficiências operacionais.

Neste whitepaper, ele esboça:

  • Trazer o controle e a automação para o limite (dispositivos de apoio às operações de dutos).
  • Construir uma plataforma robusta que possa operar sob condições climáticas severas.
  • Fornecer uma solução que segura os dados na borda e em toda a empresa.

Abstrato

Nos últimos anos, a indústria de gás natural dos Estados Unidos (EUA) cresceu tanto na oferta quanto na demanda. A crescente demanda por opções energéticas mais limpas e a exploração de novas reservas apóiam a expansão da produção de gás natural. Mas será que a indústria do gás natural pode sustentar com segurança este crescimento? Quando seus sistemas operacionais falham, você fica exposto a ameaças à segurança, violações de conformidade, balanceamento incorreto do gás e uma série de outras questões. Neste whitepaper, você aprenderá como a aplicação de uma plataforma robusta de grau industrial como parte de uma solução mais ampla de Edge Computing pode melhorar drasticamente a economia operacional de gasodutos, permitir operações mais flexíveis, reduzir o tempo de parada e criar um melhor gerenciamento de informações.

Introdução

A indústria de gás natural dos Estados Unidos cresceu rapidamente. Novos métodos e tecnologias em fraturamento hidráulico e perfuração horizontal desencadearam uma onda de fornecimento de gás natural. Com mais de 3.374 trilhões de pés cúbicos (Tcf) de reservas descobertas, os Estados Unidos é um dos principais produtores de gás natural. As preocupações com as mudanças climáticas e com o meio ambiente são os motores para utilizar recursos energéticos "mais limpos". A energia elétrica é o principal consumidor de gás natural (Figura 1). Hoje, o gás natural atende a mais de 30% das necessidades energéticas dos EUA.1

O gás natural é um recurso de energia limpa. Com abundante fornecimento, os preços do gás natural Henry Hub têm sido em média inferiores a $4/BTU desde 2015, com algumas exceções. Consequentemente, os usuários residenciais e comerciais estão migrando para o gás natural para aquecimento e outros serviços. Com o aumento da demanda em todos os setores, a indústria de gás natural pode atender à demanda futura de forma sustentável? A infra-estrutura necessária, pessoal qualificado e procedimentos de segurança estão em vigor para fornecer gás natural de forma confiável a todos os usuários?

Gerenciamento de dutos hoje

Nos Estados Unidos, o gás natural é entregue aos clientes através de uma rede de gasodutos subterrâneos de 2,6 milhões de milhas. Ela inclui mais de 2,2 milhões de milhas de gasodutos de distribuição local e 300.000 milhas de gasodutos de transmissão.1 Embora esta seja uma rede vasta e complicada, o transporte por gasoduto continua sendo a maneira mais segura de fornecer gás natural aos consumidores.

Em operações de oleodutos, boas informações baseadas em dados em tempo real são fundamentais para manter operações sustentáveis. Para a distribuição de gás natural, as causas de origem dos principais incidentes são os danos externos (Figura 2). No entanto, um terço dos incidentes graves está relacionado à manutenção e operações de gasodutos. Com uma vasta rede, o tempo entre a ocorrência de um evento e a resposta corretiva pode ser o fator determinante de se tratar apenas de uma breve interrupção ou de um desastre ambiental.

Figura 1. 2019 Consumo de gás natural dos EUA por setor.
Fonte: U.S. EIA, eia.gov/tools/faqs
Figura 2. Causas de incidentes graves na distribuição de gás, 2005-2019.
Fonte: phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incident-
20 anos - tendências. Gráficos: Global Energy Writers.

As interrupções na distribuição de gás natural têm grandes efeitos econômicos, sociais e de segurança. De 2015 a 2017, 12 mortes e 10 feridos foram relatados devido a acidentes com gasodutos de gás natural nos EUA. Há outros incontáveis incidentes e eventos quase desaparecidos que não resultam em fatalidades ou ferimentos. As empresas de gasodutos de gás natural estão enfrentando pressões de todos os lados. As comunidades estão preocupadas com as práticas de segurança e com a infra-estrutura envelhecida dos gasodutos. As agências reguladoras governamentais exigem melhor segurança e desempenho ambiental dos operadores de gasodutos e promulgaram legislação mais rigorosa envolvendo auditorias rigorosas e multas maiores por não conformidade.

Stratus está ouvindo os mesmos temas das empresas de gás natural:

"Estamos passando por um período de inatividade inaceitável de nossos cada vez mais complexos sistemas de infra-estrutura de gasodutos".

"Temos que enviar um exército de pessoas para locais remotos para monitorar manualmente as partes críticas dos dutos se todos os sistemas estiverem parados".

"Estamos correndo às cegas quando não temos nossos sistemas sempre ligados".

"Temos que provar que estamos em conformidade - e não podemos faltar dados; caso contrário, podemos ser multados".

"Não temos habilidades técnicas de TI ou recursos para corrigir problemas do sistema em locais remotos".

"Estamos acrescentando cada vez mais complexidade aos nossos sistemas de gasodutos, tornando-os mais quebráveis".

Os operadores de gasodutos de gás natural estão enfrentando múltiplos desafios para administrar o legado, a latência e as preocupações com a modernização. Mais importante ainda, os operadores de gasodutos devem capitalizar os dados coletados e tomar decisões baseadas em informações.

"A infra-estrutura da Edge Computing fora do centro de dados é essencial, pois coleta, processa e atua sobre os dados coletados perto da própria infra-estrutura do gasoduto em tempo real".

Computação de borda e de borda: Tecnologias avançadas de hardware e software estão traçando novos caminhos para melhorar as operações e a rentabilidade dos dutos. Tais desenvolvimentos estão reformulando radicalmente as opções para gerenciar dados em tempo real. Plataformas robustas e confiáveis garantem que os dados e informações possam ser compartilhados com vários usuários de forma segura.

A década de 2020 é definida como a década da digitalização. Conseqüentemente, os avanços em hardware, software e plataformas de gerenciamento industrial estão esbatendo as áreas de responsabilidade e criando novos conceitos para gerenciar e analisar dados mais próximos da infra-estrutura de dutos. Olhando para o futuro, as tarefas de TI e OT se fundirão à medida que a adoção da Edge Computing e das plataformas de gerenciamento de infra-estrutura industrial ganharão força dentro da indústria de gasodutos de gás natural.

A infra-estrutura da Edge Computing fora do centro de dados é essencial, pois coleta, processa e atua sobre os dados coletados perto da própria infra-estrutura do gasoduto em tempo real.

As soluções convencionais de gerenciamento de dutos estão falhando com os operadores de midstream

Muitas empresas de midstream lutam para resolver os problemas de uso de dados dos dutos e gerenciamento operacional. A incorporação de mais capacidades de digitalização fará parte dos planos de sobrevivência para automatizar os processos e fazer análises de dados em tempo real. A Edge Computing é uma solução viável e essencial para certas cargas de trabalho e tarefas de gerenciamento de dutos.

Os ativos do Midstream estão se espalhando pelas redes. Para melhorar o desempenho operacional e aumentar a disponibilidade de equipamentos, os operadores de dutos precisam de soluções instaladas mais próximas da área de operação. A Edge Computing atua como a espinha dorsal para a transição para a IdC industrial e a digitalização. Tanto a Edge Computing quanto a Edge Computing requerem plataformas de nível industrial para executar soluções de automação e controle contendo IHM, SCADA, historiadores, funções analíticas e de gerenciamento de desempenho de ativos (Figura 3).

Figura 3. Uma plataforma robusta suporta aplicações Edge-Computing nos níveis do dispositivo e protege os dados de operações remotas.

A Edge Computing pode equilibrar a carga de dados coletada por dispositivos industriais inteligentes - sensores e controladores lógicos programáveis (CLPs). Nem todos os dados precisam ser enviados de volta para o centro de dados global. Com a Edge Computing, os dados podem ser processados mais perto da infra-estrutura de gasodutos de médio porte, suportando assim respostas mais rápidas às condições em mudança.

Para operações de gerenciamento de infra-estrutura de dutos, confiabilidade e segurança são prioridades críticas. De acordo com um relatório recente da Deloitte, uma abordagem baseada em dados pode reduzir o tempo de inatividade anual em 70% e diminuir os custos de inatividade não planejada em até 22%. Ao contrário dos programas convencionais de gerenciamento de infra-estrutura baseados no tempo, a Edge Computing assegura que os dados de saúde do equipamento (temperatura, pressão e vibrações) possam ser analisados em tempo real. Além disso, a Edge Computing é essencial, pois suporta soluções de manutenção preditiva crítica.

Melhores programas de manutenção prolongam a vida útil da infra-estrutura chave. Devido à localização remota dos ativos dos dutos, a Edge Computing requer um sistema de computação robusto, seguro e altamente automatizado que protege e suporta aplicações de gerenciamento de dutos de forma rápida, confiável e eficiente. Além disso, as plataformas devem incorporar redundância para proteger os dados armazenados e para continuar as operações designadas de dutos caso as conexões com plataformas SCADA sejam interrompidas.

"De acordo com um relatório recente da Deloitte, uma abordagem baseada em dados pode reduzir o tempo de inatividade anual em 70% e diminuir os custos de inatividade não planejada em até 22%. Ao contrário dos programas convencionais de gerenciamento de infra-estrutura baseados no tempo, a Edge Computing garante que os dados de saúde do equipamento (temperatura, pressão e vibrações) possam ser analisados em tempo real".

Gerenciamento de dutos - Houston, temos um problema

Um grande operador de gasodutos gerenciando 15.000 milhas de infra-estrutura, espalhadas por 16 estados, transportando mais de 1 Tcf de gás natural por ano para sua base de clientes, atualizou suas estações de compressão para um sistema totalmente redundante. Esta atualização incluiu bombas/turbinas de compressor, válvulas e sistemas de segurança e controle, conforme exigido pelos regulamentos do CRM. Foi fácil implementar a redundância para PLCs, energia e serviços de rede. No entanto, a criação de uma plataforma de computador sempre ativa e totalmente redundante para operar o SCADA, historiador, HMI e aplicações de sistemas de controle relacionados, continuou sendo um desafio crítico. Mais importante, um elemento chave na atualização operacional total foi a implantação de uma solução de manutenção preditiva para detectar e resolver problemas na estação de compressão antes que ocorressem interrupções não planejadas ou falhas catastróficas.

A solução adotada envolveu a implantação de três servidores de computador padrão em cada estação de compressão, cada um executando uma aplicação crítica. Infelizmente, esta solução apresentava múltiplas fraquezas. Foram necessários de seis a oito servidores em cada local para suportar uma gama de aplicações de gerenciamento de dutos. Dadas as restrições de espaço e energia, este era um problema significativo que complicava as operações quando os servidores falharam. Para colocar uma estação compressora totalmente operacional novamente, era necessário reconfigurar seu ambiente operacional exato na sede e depois dirigir-se ao local para fazer a instalação e a recondução. Isto levaria de dois a três dias.

A perda de dados nas estações de compressão significou resultados sub-ótimos para o operador do oleoduto, derrotando assim o objetivo de aumentar a eficiência operacional total. A infra-estrutura de computação de hardware existente criou obstruções críticas e dispendiosas para os objetivos de gerenciamento de dutos.

"Com sistemas que estão continuamente operando e transmitindo dados precisos em tempo real, o monitoramento 24/7/365 com detecção automática de falhas evita paradas não planejadas e outras ineficiências operacionais".

Gerenciando os dutos do futuro

A Stratus Technologies está trabalhando em uma nova abordagem para resolver problemas de gerenciamento de infra-estrutura de dutos como os destacados. Nossa solução suporta um sistema de dutos completo, sempre em funcionamento, que elimina o tempo de parada e otimiza as operações. Esta abordagem consiste em três etapas:

  • Trazer o controle e a automação para o limite (dispositivos de apoio às operações de dutos).
  • Construir uma plataforma robusta que possa operar sob condições climáticas severas.
  • Fornecer uma solução que segura os dados na borda e em toda a empresa.

Traga o controle e a automação para o limite. Em vez de confiar no centro de dados ou nos sistemas SCADA para análises e ações de resposta, a Edge Computing suporta decisões de controle e ações no nível do dispositivo. Para dutos, as estações compressoras são o coração da operação. Usando plataformas de computação de grau industrial (Figura 3), a Edge Computing suporta manutenção preditiva e monitoramento da saúde geral das estações compressoras. Os dados dos sensores de tendência dos compressores podem detectar a necessidade de reparos bem antes que ocorra uma falha total.

A manutenção planejada reduz a indisponibilidade do equipamento, o custo dos reparos e a perda de receita. Cerca de 30% dos principais incidentes com dutos são causados por falha de equipamentos e operações incorretas (Figura 2). Com sistemas que estão continuamente operando e transmitindo dados precisos em tempo real, o monitoramento 24/7/365 com detecção automática de falhas evita paradas não planejadas e outras ineficiências operacionais.

Construir uma plataforma robusta que opera sob condições climáticas severas. Para dutos, instrumentação, sensores, compressores e plataformas de dados estão sujeitos a condições variáveis. Estes dispositivos e ativos devem resistir a extremos de temperatura, vibrações e choques. A plataforma de Edge Computing deve ser de projeto industrial e ter resiliência a um ambiente em constante mudança. Mais importante ainda, a plataforma deve ser auto-monitorada e auto-regenerativa caso ocorram problemas. Para dutos, a tecnologia de toque zero suporta eficientemente o monitoramento, controle e atualização de ativos remotos sem a necessidade de recursos de TI no local.

Fornecer uma solução que segura os dados na borda e em toda a empresa. O principal benefício da digitalização é a capacidade aprimorada de mover e usar dados em toda a organização. A segurança dos dados é uma grande preocupação. A plataforma que suporta a Edge Computing deve estar continuamente disponível, proteger os dados e incluir recursos de redundância para a proteção contra falhas. Com uma plataforma robusta, os dados são mais fáceis, mais seguros e mais baratos de compartilhar em toda a empresa. As operações flexíveis permitem executar mais aplicações sem acrescentar complexidade ou risco de falhas.

A hierarquia de dados ajuda a determinar onde os dados devem ser armazenados ou utilizados. A digitalização criará mais dados para gerenciar e analisar de forma eficiente. Com informações em tempo real desenvolvidas pela Edge Computing, melhores decisões podem ser implementadas mais rapidamente no nível do dispositivo. Dispositivos inteligentes em arquiteturas "plug and play" permitem a análise no nível da borda e podem reduzir a necessidade de enviar dados para o centro de dados para ação posterior.

Provendo a operação no futuro

Olhando para o futuro, a indústria de midstream precisará de planos de vida que suportem a conectividade contínua e a segurança de dados para a infra-estrutura remota de dutos, soluções de gerenciamento de dutos e centros de dados. O planejamento da melhor infra-estrutura de hardware e software para operações de midstream é fundamental para a sustentabilidade a longo prazo. As empresas de midstream não podem se permitir momentos "cegos" em suas operações.

Por mais de 40 anos, a Stratus Technologies vem ajudando as empresas a manter seus sistemas continuamente operacionais. Saiba mais em Oil and Gas Midstream ou para solicitar uma demonstração.

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