Livre blanc

Gagner à la limite

Une nouvelle frontière pour la gestion des pipelines

Grâce à des systèmes qui fonctionnent en continu et transmettent des données précises en temps réel, la surveillance 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an avec détection automatique des défaillances permet d'éviter les temps d'arrêt imprévus et autres inefficacités opérationnelles.

Dans ce livre blanc, il en donne les grandes lignes :

  • Amener le contrôle et l'automatisation à la limite (dispositifs soutenant l'exploitation des pipelines).
  • Construire une plate-forme robuste qui peut fonctionner dans des conditions climatiques difficiles.
  • Fournir une solution qui sécurise les données à la périphérie et dans toute l'entreprise.

Résumé

Ces dernières années, l'industrie du gaz naturel aux États-Unis (U.S.) a connu une croissance de l'offre et de la demande. La demande croissante d'options énergétiques plus propres et l'exploitation de nouvelles réserves soutiennent l'expansion de la production de gaz naturel. Mais l'industrie du gaz naturel peut-elle soutenir cette croissance en toute sécurité ? Lorsque vos systèmes opérationnels tombent en panne, vous êtes exposés à des menaces pour la sécurité, à des violations de la conformité, à un équilibrage du gaz inexact et à une foule d'autres problèmes. Dans ce livre blanc, vous apprendrez comment l'utilisation d'une plate-forme industrielle robuste dans le cadre d'une solution plus large Edge Computing peut améliorer considérablement les économies d'exploitation des gazoducs, permettre des opérations plus flexibles, réduire les temps d'arrêt et créer une meilleure gestion des informations.

Introduction

L'industrie américaine du gaz naturel a connu une croissance rapide. Les nouvelles méthodes et technologies de fracturation hydraulique et de forage horizontal ont déclenché une vague d'approvisionnement en gaz naturel. Avec plus de 3 374 billions de pieds cubes (Tcf) de réserves découvertes, les États-Unis sont l'un des principaux producteurs de gaz naturel. Les préoccupations relatives au changement climatique et à l'environnement sont des facteurs qui incitent à utiliser des ressources énergétiques "plus propres". L'énergie électrique est le principal consommateur de gaz naturel (figure 1). Aujourd'hui, le gaz naturel répond à plus de 30 % des besoins énergétiques des États-Unis.1

Le gaz naturel est une ressource énergétique propre. Avec des approvisionnements abondants, les prix du gaz naturel du Henry Hub ont été en moyenne inférieurs à 4 dollars le baril depuis 2015, à quelques exceptions près. Par conséquent, les utilisateurs résidentiels et commerciaux migrent vers le gaz naturel pour le chauffage et d'autres services. Alors que la demande augmente dans tous les secteurs, l'industrie du gaz naturel peut-elle répondre durablement à la demande future ? Les infrastructures, le personnel qualifié et les procédures de sécurité nécessaires sont-ils en place pour assurer une livraison fiable du gaz naturel à tous les utilisateurs ?

La gestion des pipelines aujourd'hui

Aux États-Unis, le gaz naturel est livré aux clients par un réseau de gazoducs souterrains de 2,6 millions de miles. Ce réseau comprend plus de 2,2 millions de miles de canalisations de distribution des services publics locaux et 300 000 miles de canalisations de transport.1 Bien qu'il s'agisse d'un réseau vaste et compliqué, le transport par gazoduc reste le moyen le plus sûr de livrer le gaz naturel aux consommateurs.

Dans les opérations de pipeline, une bonne information basée sur des données en temps réel est essentielle pour maintenir des opérations durables. Pour la distribution de gaz naturel, les causes profondes des incidents majeurs sont dues à des dommages extérieurs (figure 2). Pourtant, un tiers des incidents graves sont liés à la maintenance et à l'exploitation des gazoducs. Avec un vaste réseau, le temps entre l'apparition d'un événement et la réponse corrective peut être le facteur déterminant pour savoir s'il s'agit d'une brève interruption ou d'une catastrophe environnementale.

Figure 1. Consommation de gaz naturel aux États-Unis en 2019 par secteur.
Source : EIA des États-Unis, eia.gov/tools/faqs
Figure 2. Causes des incidents graves de distribution de gaz, 2005-2019.
Source : phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incident
Tendances sur 20 ans. Graphiques : Global Energy Writers.

Les interruptions de la distribution de gaz naturel ont des effets majeurs sur l'économie, la sécurité et la société. De 2015 à 2017, 12 décès et 10 blessures ont été signalés suite à des accidents de gazoduc aux États-Unis. Il existe d'autres incidents et quasi-incidents innombrables qui n'ont pas entraîné de décès ou de blessures. Les compagnies de gazoducs sont confrontées à des pressions de toutes parts. Les communautés sont préoccupées par les pratiques de sécurité et le vieillissement de l'infrastructure des gazoducs. Les organismes de réglementation gouvernementaux exigent de meilleurs résultats en matière de sécurité et d'environnement de la part des exploitants de gazoducs et ont promulgué une législation plus stricte impliquant des audits rigoureux et des amendes plus importantes en cas de non-respect.

Stratus entend les mêmes thèmes de la part des compagnies de gaz naturel :

"Nous connaissons des temps d'arrêt inacceptables de nos systèmes d'infrastructures de pipelines de plus en plus complexes."

"Nous devons envoyer une armée de personnes dans des endroits éloignés pour surveiller manuellement les parties critiques des pipelines si tous les systèmes sont en panne."

"Nous sommes aveugles quand nos systèmes ne sont pas toujours en marche."

"Nous devons prouver que nous sommes en conformité et ne pouvons pas manquer de données, sinon nous pouvons être condamnés à une amende".

"Nous n'avons pas les compétences ou les ressources techniques en informatique pour résoudre les problèmes de système dans les endroits éloignés."

"Nous ajoutons de plus en plus de complexité à nos réseaux de pipelines, les rendant plus cassants."

Les opérateurs de gazoducs sont confrontés à de multiples défis pour gérer legacy, les problèmes de latence et de modernisation. Plus important encore, les opérateurs de gazoducs doivent capitaliser sur les données collectées et prendre des décisions fondées sur des informations.

"Edge Computing en dehors de l'infrastructure data center est essentiel car il collecte, traite et agit en temps réel sur les données recueillies à proximité de l'infrastructure du pipeline lui-même."

Edge et Edge Computing: Les technologies matérielles et logicielles avancées tracent de nouvelles voies pour améliorer l'exploitation et la rentabilité des pipelines. Ces développements remodèlent radicalement les possibilités de gestion des données en temps réel. Des plateformes robustes et fiables permettent de partager des données et des informations avec de multiples utilisateurs de manière sécurisée.

Les années 2020 sont définies comme la décennie de la numérisation. Par conséquent, les progrès réalisés dans les domaines du matériel, des logiciels et des plates-formes de gestion industrielle brouillent les responsabilités et créent de nouveaux concepts pour gérer et analyser les données plus près de l'infrastructure du pipeline. À l'avenir, les fonctions de TI et d'OT fusionneront à mesure que l'adoption de Edge Computing et des plates-formes de gestion des infrastructures industrielles prendra de l'ampleur dans le secteur des gazoducs.

Edge Computing en dehors de l'infrastructure data center est essentiel car il collecte, traite et agit en temps réel sur les données recueillies à proximité de l'infrastructure du pipeline lui-même.

Les solutions conventionnelles de gestion des pipelines échouent aux opérateurs intermédiaires

De nombreuses entreprises de taille moyenne ont du mal à résoudre les problèmes d'utilisation des données du pipeline et de gestion opérationnelle. L'intégration de plus de capacités de numérisation fera partie des plans de survie pour automatiser les processus et faire de l'analyse de données en temps réel. Edge Computing est une solution à la fois viable et essentielle pour certaines charges de travail et tâches de gestion des pipelines.

Les actifs intermédiaires sont des réseaux tentaculaires. Pour améliorer les performances d'exploitation et augmenter la disponibilité des équipements, les opérateurs de pipeline ont besoin de solutions installées plus près de la zone d'exploitation. Edge Computing sert de colonne vertébrale pour la transition vers l'IdO industriel et la numérisation. Tant la périphérie que Edge Computing nécessitent des plates-formes de niveau industriel afin d'exécuter des solutions d'automatisation et de contrôle contenant des fonctions IHM, SCADA, d'historiens, d'analyse et de gestion des performances des actifs (figure 3).

Figure 3. Une plate-forme robuste prend en charge les applications informatiques de pointe au niveau des appareils et sécurise les données des opérations à distance.

Edge Computing peut équilibrer la charge de données collectées par les dispositifs-capteurs industriels intelligents et les automates programmables (PLC). Il n'est pas nécessaire de renvoyer toutes les données à l'adresse globale data center. Avec Edge Computing, les données peuvent être traitées plus près de l'infrastructure de pipeline intermédiaire, ce qui permet de réagir plus rapidement à l'évolution des conditions.

Pour les opérations de gestion des infrastructures de pipelines, la fiabilité et la sécurité sont des priorités essentielles. Selon un récent rapport de Deloitte, une approche basée sur les données peut réduire les temps d'arrêt annuels de 70 % et les coûts des temps d'arrêt non planifiés jusqu'à 22 %. Contrairement aux programmes classiques de gestion des infrastructures basés sur le temps, Edge Computing permet d'analyser en temps réel les données relatives à l'état des équipements (température, pression et vibrations). De plus, Edge Computing est essentiel car il prend en charge des solutions de maintenance prédictive essentielles.

De meilleurs programmes de maintenance prolongent la durée de vie des infrastructures clés. En raison de l'éloignement des actifs des pipelines, Edge Computing nécessite un système informatique robuste, sécurisé et hautement automatisé qui protège et prend en charge les applications de gestion des pipelines de manière rapide, fiable et efficace. En outre, les plateformes doivent intégrer une redondance pour protéger les données stockées et pour poursuivre l'exploitation des pipelines désignés en cas d'interruption des connexions aux plateformes SCADA.

"Selon un récent rapport de Deloitte, une approche basée sur les données peut réduire les temps d'arrêt annuels de 70 % et les coûts des temps d'arrêt non planifiés jusqu'à 22 %. Contrairement aux programmes classiques de gestion des infrastructures basés sur le temps, Edge Computing permet d'analyser en temps réel les données relatives à la santé des équipements (température, pression et vibrations)".

Gestion des pipelines - Houston, nous avons un problème

Un grand opérateur de gazoduc gérant 15 000 miles d'infrastructure, répartis sur 16 états, transportant plus de 1 Tcf de gaz naturel par an vers sa clientèle, a modernisé ses stations de compression pour en faire un système entièrement redondant. Cette mise à niveau comprenait des pompes/turbines de compresseur, des vannes et des systèmes de sécurité et de contrôle, comme l'exige la réglementation sur la gestion de la relation client. Il a été facile de mettre en place une redondance pour les PLC, l'alimentation et les services de réseau. La création d'une plate-forme informatique entièrement redondante et permanente pour faire fonctionner le SCADA, l'historien, l'IHM et les applications de système de contrôle connexes restait toutefois un défi majeur. Plus important encore, un élément clé de la mise à niveau opérationnelle totale a été le déploiement d'une solution de maintenance prédictive pour détecter et traiter les problèmes des stations de compression avant que des arrêts imprévus ou des pannes catastrophiques ne se produisent.

La solution adoptée a consisté à déployer trois serveurs informatiques standard dans chaque station de compression, chacun exécutant une application critique. Malheureusement, cette solution présentait de multiples faiblesses. Six à huit serveurs étaient nécessaires sur chaque site pour prendre en charge toute une série d'applications de gestion du pipeline. Compte tenu des contraintes d'espace et de puissance, il s'agissait d'un problème important qui compliquait les opérations lorsque les serveurs tombaient en panne. Pour qu'une station de compression redevienne pleinement opérationnelle, il fallait reconfigurer son environnement de fonctionnement exact au siège, puis se rendre sur place pour procéder à l'installation et au recâblage. Cela prendrait deux à trois jours.

La perte de données dans les stations de compression a entraîné des résultats non optimaux pour l'opérateur du gazoduc, ce qui va à l'encontre de l'objectif d'accroître l'efficacité opérationnelle totale. L'infrastructure informatique matérielle existante a créé des obstacles critiques et coûteux aux objectifs de gestion du gazoduc.

"Avec des systèmes qui fonctionnent en continu et transmettent des données précises en temps réel, une surveillance 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an avec détection automatique des défaillances empêche les temps d'arrêt imprévus et autres inefficacités opérationnelles".

La gestion des pipelines du futur

Stratus Technologies travaille sur une nouvelle approche permettant de résoudre les problèmes de gestion des infrastructures de pipelines tels que ceux mis en évidence. Notre solution prend en charge un système complet de pipelines toujours en service qui élimine les temps d'arrêt et optimise les opérations. Cette approche se compose de trois étapes :

  • Amener le contrôle et l'automatisation à la limite (dispositifs soutenant l'exploitation des pipelines).
  • Construire une plate-forme robuste qui peut fonctionner dans des conditions climatiques difficiles.
  • Fournir une solution qui sécurise les données à la périphérie et dans toute l'entreprise.

Amener le contrôle et l'automatisation à la limite. Au lieu de se fier aux systèmes data center ou SCADA pour l'analyse et les actions de réponse, Edge Computing soutient les décisions et les actions de contrôle au niveau des appareils. Pour les pipelines, les stations de compression sont au cœur de l'opération. Grâce à des plates-formes informatiques de niveau industriel (figure 3), Edge Computing permet la maintenance prédictive et la surveillance de l'état de santé général des stations de compression. Les données des capteurs de tendances des compresseurs peuvent détecter la nécessité de réparations bien avant qu'une panne totale ne survienne.

La maintenance planifiée réduit l'indisponibilité des équipements, le coût des réparations et les pertes de revenus. Environ 30 % des incidents majeurs de pipeline sont causés par une panne d'équipement et une exploitation incorrecte (figure 2). Avec des systèmes qui fonctionnent en continu et transmettent des données précises en temps réel, la surveillance 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an avec détection automatique des défaillances permet d'éviter les temps d'arrêt imprévus et d'autres inefficacités opérationnelles.

Construire une plate-forme robuste qui fonctionne dans des conditions climatiques difficiles. Pour les pipelines, les instruments, les capteurs, les compresseurs et les plates-formes de données sont soumis à des conditions variables. Ces dispositifs et ces actifs doivent résister à des températures extrêmes, aux vibrations et aux chocs. La plate-forme Edge Computing doit être de conception industrielle et résister à un environnement en constante évolution. Plus important encore, la plateforme doit être autosurveillée et se réparer elle-même en cas de problème. Pour les pipelines, la technologie "zero touch" permet de surveiller, de contrôler et de mettre à jour efficacement les actifs distants sans avoir besoin de ressources informatiques sur place.

Fournir une solution qui sécurise les données à la périphérie et dans toute l'entreprise. Le principal avantage de la numérisation est la capacité accrue de déplacer et d'utiliser les données à travers l'organisation. La sécurité des données est une préoccupation majeure. La plateforme qui supporte Edge Computing doit être disponible en permanence, protéger les données et inclure des fonctions de redondance pour la protection contre les défaillances. Avec une plateforme robuste, les données sont plus faciles, plus sûres et moins chères à partager dans toute l'entreprise. La souplesse des opérations permet d'exécuter davantage d'applications sans ajouter de complexité ni de risque de défaillance.

La hiérarchie des données aide à déterminer où les données doivent être stockées ou utilisées. La numérisation permettra de créer davantage de données à gérer et à analyser efficacement. Grâce aux informations en temps réel développées par Edge Computing, de meilleures décisions peuvent être mises en œuvre plus rapidement au niveau des appareils. Les dispositifs intelligents dans des architectures "plug and play" permettent des analyses au niveau de la périphérie et peuvent réduire la nécessité d'envoyer des données à data center pour une action ultérieure.

L'évaluation future de l'opération

À l'avenir, l'industrie du secteur intermédiaire aura besoin de plans de vie qui soutiennent la connectivité continue et la sécurité des données à l'infrastructure des pipelines à distance, aux solutions de gestion des pipelines et aux centres de données. La planification de la meilleure infrastructure matérielle et logicielle pour les opérations en milieu de chaîne est essentielle pour la durabilité à long terme. Les entreprises du secteur ne peuvent pas se permettre des moments "aveugles" dans leurs activités.

Depuis plus de 40 ans, Stratus Technologies aide les entreprises à maintenir leurs systèmes continuellement opérationnels. Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site Oil and Gas Midstream ou demandez une démonstration.

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