Libro Blanco

Ganar en el borde

Una nueva frontera para la gestión de oleoductos

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 al límite (dispositivos de apoyo a las operaciones de tuberías).
  • Construir una plataforma robusta que pueda operar bajo condiciones climáticas severas.
  • Proporcionar una solución que asegure los datos en el borde y en toda la empresa.

Resumen

En los últimos años, la industria del gas natural de los Estados Unidos (EE.UU.) ha crecido tanto en oferta como en demanda. La creciente demanda de opciones de energía más limpia y la explotación de nuevas reservas apoyan la expansión de la producción de gas natural. Pero, ¿puede la industria del gas natural sostener este crecimiento de manera segura? Cuando sus sistemas operativos fallan, se expone a amenazas de seguridad, violaciones del cumplimiento, balanceo inexacto del gas y un sinnúmero de otros problemas. En este documento técnico, aprenderá cómo la aplicación de una plataforma robusta de calidad industrial como parte de una solución más amplia Edge Computing puede mejorar drásticamente la economía de funcionamiento de las tuberías, 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.

" La infraestructura deEdge Computing fuera de la de 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: Tecnologías avanzadas de hardware y software están trazando nuevos caminos para mejorar las operaciones y la rentabilidad de los oleoductos. Estos desarrollos están reformando radicalmente las opciones para gestionar los datos en tiempo real. Plataformas robustas y fiables garantizan que los datos y la información puedan compartirse con múltiples usuarios de manera segura.

La década de 2020 se define como la década de la digitalización. En consecuencia, los avances en el hardware, el software y las 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 los oleoductos. 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 la infraestructura industrial ganen impulso dentro del sector de los gasoductos de gas natural.

La infraestructura deEdge Computing fuera de la de 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 medianas se esfuerzan por resolver los problemas de uso de los datos del oleoducto y de gestión operativa. La incorporación de más capacidades de digitalización formará parte de los planes de supervivencia para automatizar los procesos y hacer 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 y gasoductos.

Los activos intermedios son redes en expansión. Para mejorar el rendimiento operativo y aumentar la disponibilidad de equipo, los operadores de oleoductos y gasoductos necesitan soluciones instaladas más cerca del área de operación. Edge Computing actúa como la columna vertebral para la transición a la IO industrial y la digitalización. Tanto el borde como Edge Computing requieren plataformas de calidad industrial para ejecutar soluciones de automatización y control que contengan funciones de HMI, SCADA, historiadores, análisis y gestión del rendimiento de los activos (Figura 3).

Figura 3. Una plataforma robusta soporta las aplicaciones de Edge-Computing y Edge-Computing a nivel de los dispositivos y asegura los datos de las operaciones remotas.

Edge Computing puede equilibrar la carga de datos recogidos por los dispositivos industriales inteligentes-sensores y controladores lógicos programables (PLCs). No todos los datos necesitan ser enviados de vuelta a la data center global. Con Edge Computing, los datos pueden ser procesados más cerca de la infraestructura del oleoducto de medio recorrido, apoyando así respuestas más rápidas a las condiciones cambiantes.

Para las operaciones de gestión de la infraestructura de oleoductos y gasoductos, 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 costos 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 la salud de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) puedan ser analizados en tiempo real. Además, Edge Computing es esencial ya que apoya las soluciones de mantenimiento predictivo crítico.

Mejores programas de mantenimiento alargan la vida útil de la infraestructura clave. Debido a la ubicación remota de los activos de los oleoductos, Edge Computing requiere un sistema informático robusto, seguro y altamente automatizado que proteja y apoye 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 las operaciones designadas de la tubería 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 costos de inactividad no planificados hasta un 22%. A diferencia de los programas convencionales de gestión de infraestructuras basadas en el tiempo, Edge Computing asegura que los datos de salud de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) pueden ser analizados 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 al límite (dispositivos de apoyo a las operaciones de tuberías).
  • Construir una plataforma robusta que pueda operar bajo condiciones climáticas severas.
  • Proporcionar una solución que asegure los datos en el borde y en toda la empresa.

Llevar el control y la automatización al límite. En lugar de confiar en el data center o en los sistemas SCADA para el análisis y las acciones de respuesta, Edge Computing apoya las decisiones y acciones de control a nivel del dispositivo. Para las tuberías, las estaciones de compresores son el corazón de la operación. Utilizando plataformas de computación de grado industrial (Figura 3), Edge Computing apoya el mantenimiento predictivo y el monitoreo de la salud general de las estaciones de compresores. Los datos de los sensores de los compresores de tendencia pueden 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 bajo condiciones climáticas severas. Para las tuberías, la instrumentación, los sensores, los compresores y las plataformas de datos están sujetos a condiciones variables. Estos dispositivos y bienes deben soportar temperaturas extremas, vibraciones y choques. La plataforma Edge Computing debe tener un diseño de grado industrial y ser resistente a los constantes cambios del entorno. Y lo que es más importante, la plataforma debe ser autocontrolable y autorregenerarse en caso de que surjan problemas. En el caso de los oleoductos, la tecnología de toque cero apoya eficientemente la supervisión, el control y la actualización de los activos remotos sin necesidad de recursos informáticos en el lugar.

Proporcionar una solución que asegure los datos en el borde 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 preocupación importante. La plataforma que soporta Edge Computing debe estar continuamente disponible, proteger los datos e incluir características de redundancia para la protección contra fallos. Con una plataforma robusta, los datos son más fáciles, más seguros y más baratos de compartir en toda la empresa. Las operaciones flexibles permiten ejecutar más aplicaciones sin añadir complejidad o riesgo de fallos.

La jerarquía de datos ayuda a determinar dónde deben almacenarse o utilizarse los datos. La digitalización creará más datos para gestionar y analizar de forma eficiente. Con la información en tiempo real desarrollada por Edge Computing, se pueden implementar mejores decisiones más rápidamente a nivel de los dispositivos. Los dispositivos inteligentes en las arquitecturas "plug and play" permiten el análisis a nivel de borde y pueden reducir la necesidad de enviar datos a la data center para acciones posteriores.

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.

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