Con sistemas que funcionan continuamente y que transmiten datos precisos en tiempo real, la vigilancia 24/7/365 con detección automática de fallas previene los períodos de inactividad no planificados y otras ineficiencias operacionales.
En este libro blanco se describe:
Llevar el control y la automatización a la edge (dispositivos de apoyo a las operaciones de las tuberías).
Construir una plataforma robusta que pueda operar bajo condiciones climáticas severas.
Proporcionar una solución que proteja los datos en edge y en toda la empresa.
Resumen
En los últimos años, la industria del gas natural de Estados Unidos (EEUU) ha crecido tanto en oferta como en demanda. La creciente demanda de opciones energéticas más limpias y la explotación de nuevas reservas apoyan la expansión de la producción de gas natural. Pero, ¿puede la industria del gas natural sostener con seguridad este crecimiento? Cuando sus sistemas operativos fallan, se expone a amenazas de seguridad, violaciones de la normativa, balances de gas inexactos y una serie de otros problemas. En este informe, aprenderá cómo la aplicación de una plataforma robusta de grado industrial como parte de una solución más amplia Edge Computing puede mejorar drásticamente la economía de funcionamiento de los gasoductos, permitir operaciones más flexibles, reducir el tiempo de inactividad y crear una mejor gestión de la información.
Introducción
La industria del gas natural de los Estados Unidos ha crecido rápidamente. Los nuevos métodos y tecnologías en la fractura hidráulica y la perforación horizontal desencadenaron una ola de suministros de gas natural. Con más de 3.374 billones de pies cúbicos (Tcf) de reservas descubiertas, los EE.UU. es un productor líder de gas natural. La preocupación por el cambio climático y el medio ambiente impulsa el uso de recursos energéticos "más limpios". La energía eléctrica es el principal consumidor de gas natural (Figura 1). Hoy en día, el gas natural satisface más del 30% de las necesidades energéticas de los Estados Unidos.1
El gas natural es un recurso de energía limpia. Con abundantes suministros, los precios del gas natural de Henry Hub han promediado por debajo de los 4 dólares/BTU desde 2015, con algunas excepciones. En consecuencia, los usuarios residenciales y comerciales están migrando al gas natural para calefacción y otros servicios. A medida que aumenta la demanda en todos los sectores, ¿puede la industria del gas natural satisfacer de manera sostenible la demanda futura? ¿Se dispone de la infraestructura, el personal cualificado y los procedimientos de seguridad necesarios para suministrar gas natural de manera fiable a todos los usuarios?
La gestión de los oleoductos hoy en día
En los EE.UU., el gas natural se entrega a los clientes a través de una red de tuberías subterráneas de 2,6 millones de millas. Incluye más de 2,2 millones de millas de tuberías de distribución de servicios públicos locales y 300.000 millas de tuberías de transmisión.1 Aunque se trata de una red vasta y complicada, el transporte por tuberías sigue siendo la forma más segura de entregar el gas natural a los consumidores.
En las operaciones en curso, una buena información basada en datos en tiempo real es fundamental para mantener la sostenibilidad de las operaciones. En el caso de la distribución de gas natural, las causas fundamentales de los incidentes importantes se deben a daños externos (Figura 2). Sin embargo, un tercio de los incidentes graves están relacionados con el mantenimiento y las operaciones de los gasoductos. Con una red amplia, el tiempo entre la ocurrencia de un evento y la respuesta correctiva puede ser el factor determinante de si se trata de una breve interrupción o de un desastre ambiental.
Figura 1. Consumo de gas natural en EE.UU. en 2019 por sector. Fuente: EIA de EE.UU., eia.gov/herramientas/faqs
Figura 2. Causas de incidentes graves en la distribución de gas, 2005-2019. Fuente: phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incident- Tendencias de los últimos 20 años. Gráficos: Global Energy Writers.
Las interrupciones en la distribución del gas natural tienen importantes efectos económicos, de seguridad y sociales. Entre 2015 y 2017 se registraron 12 muertes y 10 lesiones debido a accidentes de gasoductos en los Estados Unidos. Las empresas de gasoductos de gas natural se enfrentan a presiones de todas partes. Las comunidades están preocupadas por las prácticas de seguridad y el envejecimiento de la infraestructura de los gasoductos. Los organismos reguladores del gobierno exigen un mejor desempeño en materia de seguridad y medio ambiente por parte de los operadores de los gasoductos y han promulgado una legislación más estricta que incluye auditorías rigurosas y mayores multas por incumplimiento.
Stratus está escuchando los mismos temas de las compañías de gas natural:
"Estamos experimentando un inaceptable tiempo de inactividad de nuestros cada vez más complejos sistemas de infraestructura de tuberías".
"Tenemos que enviar un ejército de personas a lugares remotos para monitorear manualmente las partes críticas de los oleoductos si todos los sistemas están caídos".
"Nos estamos quedando ciegos cuando no tenemos nuestros sistemas siempre encendidos".
"Tenemos que probar que estamos en conformidad y no podemos perder datos; de lo contrario podemos ser multados".
"No tenemos conocimientos técnicos de informática ni recursos para arreglar problemas del sistema en lugares remotos".
"Estamos añadiendo más y más complejidad a nuestros sistemas de tuberías haciéndolos más rompibles".
Los operadores de gasoductos de gas natural se enfrentan a múltiples retos para gestionar legacy, la latencia y las preocupaciones de modernización. Lo que es más importante, los operadores de los gasoductos deben aprovechar los datos reunidos y tomar decisiones basadas en la información.
"Edge Computing la infraestructura fuera de la data center es esencial, ya que recoge, procesa y actúa sobre los datos recogidos cerca de la propia infraestructura del oleoducto en tiempo real".
Edge y Edge Computing: Las tecnologías avanzadas de hardware y software están trazando nuevas vías para mejorar las operaciones y la rentabilidad de los oleoductos. Estos avances están remodelando radicalmente las opciones de gestión de datos en tiempo real. Las plataformas robustas y fiables garantizan que los datos y la información puedan compartirse con múltiples usuarios de forma segura.
La década de 2020 se define como la década de la digitalización. En consecuencia, los avances en hardware, software y plataformas de gestión industrial están desdibujando las áreas de responsabilidad y creando nuevos conceptos para gestionar y analizar los datos más cerca de la infraestructura de tuberías. De cara al futuro, las funciones de TI y OT se fusionarán a medida que la adopción de Edge Computing y las plataformas de gestión de infraestructuras industriales ganan impulso en el sector de los gasoductos.
Edge Computing infraestructura fuera de la data center es esencial, ya que recoge, procesa y actúa sobre los datos recogidos cerca de la propia infraestructura del oleoducto en tiempo real.
Las soluciones convencionales de gestión de oleoductos y gasoductos están fallando a los operadores intermedios
Muchas empresas de transporte de petróleo y gas luchan por resolver los problemas de uso de datos de los oleoductos y de gestión operativa. La incorporación de más capacidades de digitalización formará parte de los planes de supervivencia para automatizar procesos y realizar análisis de datos en tiempo real. Edge Computing es una solución viable y esencial para determinadas cargas de trabajo y tareas de gestión de oleoductos.
Los activos de Midstream son redes en expansión. Para mejorar el rendimiento operativo y aumentar la disponibilidad de los equipos, los operadores de oleoductos y gasoductos necesitan soluciones instaladas más cerca de la zona de operaciones. Edge Computing actúa como columna vertebral para la transición al IoT industrial y la digitalización. Tanto edge como Edge Computing requieren plataformas de grado industrial para ejecutar soluciones de automatización y control que contengan funciones de HMI, SCADA, historiales, análisis y gestión del rendimiento de los activos (Figura 3).
Figura 3. Una plataforma robusta soporta edge y Edge-Aplicaciones informáticas en los niveles de los dispositivos y asegura los datos de las operaciones remotas.
Edge Computing puede equilibrar la carga de datos recogida por los dispositivos industriales inteligentes -sensores y controladores lógicos programables (PLC)-. No es necesario enviar todos los datos a la web global data center. Con Edge ComputingLos datos se pueden procesar más cerca de la infraestructura de los oleoductos y gasoductos, lo que permite una respuesta más rápida a las condiciones cambiantes.
Para las operaciones de gestión de infraestructuras de oleoductos, la fiabilidad y la seguridad son prioridades fundamentales. Según un reciente informe de Deloitte, un enfoque basado en los datos puede reducir el tiempo de inactividad anual en un 70% y disminuir los costes de las paradas no planificadas hasta un 22%. A diferencia de los programas convencionales de gestión de infraestructuras basados en el tiempo Edge Computing garantiza que los datos sobre el estado de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) puedan analizarse en tiempo real. Además Edge Computing es esencial, ya que apoya las soluciones críticas de mantenimiento predictivo.
Unos mejores programas de mantenimiento alargan la vida útil de las infraestructuras clave. Debido a la ubicación remota de los activos de los oleoductos, Edge Computing se requiere un sistema informático robusto, seguro y altamente automatizado que proteja y dé soporte a las aplicaciones de gestión de oleoductos de forma rápida, fiable y eficiente. Además, las plataformas deben incorporar redundancia para proteger los datos almacenados y continuar con las operaciones de los oleoductos designados en caso de que se interrumpan las conexiones con las plataformas SCADA.
"Según un reciente informe de Deloitte, un enfoque basado en los datos puede reducir el tiempo de inactividad anual en un 70% y disminuir los costes de los tiempos de inactividad no planificados hasta un 22%. A diferencia de los programas convencionales de gestión de infraestructuras basados en el tiempo Edge Computing garantiza que los datos sobre el estado de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) puedan analizarse en tiempo real".
Gestión de la tubería... Houston, tenemos un problema...
Un gran operador de gasoductos que gestiona 15.000 millas de infraestructura, repartida en 16 estados, que transporta más de 1 Tcf de gas natural al año a su base de clientes, actualizó sus estaciones de compresores a un sistema totalmente redundante. Esta actualización incluyó bombas/turbinas de compresores, válvulas y sistemas de seguridad y control según lo exigido por las regulaciones de CRM. Fue fácil implementar la redundancia para los PLC, la energía y los servicios de red. Sin embargo, la creación de una plataforma informática siempre activa y totalmente redundante para operar el SCADA, el historiador, la HMI y las aplicaciones del sistema de control relacionadas, siguió siendo un desafío crítico. Más importante aún, un elemento clave en la actualización operativa total fue el despliegue de una solución de mantenimiento predictivo para detectar y abordar los problemas de la estación de compresores antes de que se produjeran interrupciones imprevistas o fallos catastróficos.
La solución adoptada implicó el despliegue de tres servidores informáticos estándar en cada estación de compresores, cada uno ejecutando una aplicación crítica. Desafortunadamente, esta solución tenía múltiples debilidades. Se necesitaban de seis a ocho servidores en cada ubicación para soportar una serie de aplicaciones de gestión de oleoductos. Dadas las limitaciones de espacio y energía, este era un problema importante que complicaba las operaciones cuando los servidores fallaban. Para que una estación de compresores volviera a estar plenamente operativa era necesario reconfigurar su entorno operativo exacto en la sede central y luego conducir hasta el lugar para realizar la instalación y el recableado. Esto tomaría de dos a tres días.
La pérdida de datos en las estaciones de compresores significaba resultados no óptimos para el operador del oleoducto, con lo que se anulaba el objetivo de aumentar la eficiencia operativa total. La infraestructura informática de hardware existente creaba obstáculos críticos y costosos para los objetivos de gestión de los oleoductos.
"Con sistemas que funcionan continuamente y que transmiten datos precisos en tiempo real, la vigilancia 24/7/365 con detección automática de fallos previene las paradas imprevistas y otras ineficiencias operativas".
Gestionando los oleoductos del futuro
Stratus Technologies está trabajando en un nuevo enfoque que resuelve problemas de gestión de la infraestructura de oleoductos y gasoductos como los que se han destacado. Nuestra solución soporta un sistema de tuberías completo y siempre activo que elimina el tiempo de inactividad y optimiza las operaciones. Este enfoque consiste en tres pasos:
Llevar el control y la automatización a la edge (dispositivos de apoyo a las operaciones de las tuberías).
Construir una plataforma robusta que pueda operar bajo condiciones climáticas severas.
Proporcionar una solución que proteja los datos en edge y en toda la empresa.
Lleve el control y la automatización a edge. En lugar de depender de los sistemas data center o SCADA para el análisis y las acciones de respuesta, Edge Computing apoya las decisiones y acciones de control a nivel de dispositivo. En el caso de los oleoductos, las estaciones de compresión son el corazón de la operación. Utilizando plataformas informáticas de grado industrial (Figura 3), Edge Computing apoya el mantenimiento predictivo y la supervisión del estado general de las estaciones de compresión. La tendencia de los datos de los sensores de los compresores puede detectar la necesidad de reparaciones mucho antes de que se produzca un fallo total.
El mantenimiento planificado reduce la indisponibilidad del equipo, el costo de las reparaciones y la pérdida de ingresos. Alrededor del 30% de los incidentes importantes en los oleoductos y gasoductos se deben a fallos del equipo y a operaciones incorrectas (Figura 2). Con sistemas que funcionan continuamente y que transmiten datos precisos en tiempo real, la vigilancia 24/7/365 con detección automática de fallos evita los tiempos de inactividad no planificados y otras ineficiencias operativas.
Construir una plataforma robusta que funcione en condiciones climáticas severas. En los oleoductos, la instrumentación, los sensores, los compresores y las plataformas de datos están sujetos a condiciones variables. Estos dispositivos y activos deben soportar temperaturas extremas, vibraciones y golpes. La plataforma Edge Computing plataforma debe tener un diseño industrial y ser resistente a los cambios constantes del entorno. Y lo que es más importante, la plataforma debe ser autocontrolada y autorreparable en caso de que se produzcan problemas. En el caso de los oleoductos, la tecnología "zero-touch" permite supervisar, controlar y actualizar eficazmente los activos remotos sin necesidad de disponer de recursos informáticos in situ.
Proporcionar una solución que proteja los datos en edge y en toda la empresa. El principal beneficio de la digitalización es la mayor capacidad de mover y utilizar los datos en toda la organización. La seguridad de los datos es una de las principales preocupaciones. La plataforma de apoyo Edge Computing debe estar continuamente disponible, proteger los datos e incluir funciones de redundancia para la protección contra fallos. Con una plataforma robusta, es más fácil, seguro y barato compartir los datos en toda la empresa. Las operaciones flexibles permiten ejecutar más aplicaciones sin añadir complejidad ni riesgo de fallos.
La jerarquía de datos ayuda a determinar dónde deben almacenarse o utilizarse los datos. La digitalización creará más datos que gestionar y analizar de forma eficiente. Con la información en tiempo real desarrollada por Edge Computing, se pueden tomar mejores decisiones más rápidamente a nivel de dispositivo. Los dispositivos inteligentes en arquitecturas "plug and play" permiten el análisis en el nivel edge y pueden reducir la necesidad de enviar los datos a data center para su posterior actuación.
La prueba de futuro de la operación
Mirando hacia el futuro, la industria de la mediana empresa necesitará planes vivos que apoyen la conectividad continua y la seguridad de los datos a la infraestructura de tuberías remotas, soluciones de gestión de tuberías y centros de datos. La planificación de la mejor infraestructura de hardware y software para las operaciones de midstream es fundamental para la sostenibilidad a largo plazo. Las empresas de la industria intermedia no pueden permitirse momentos "ciegos" en sus operaciones.
Durante más de 40 años Stratus Technologies ha ayudado a las empresas a mantener sus sistemas en funcionamiento continuo. Obtenga más información en Oil and Gas Midstream o para solicitar una demostración.
