Livre blanc

Gagner au edge

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 :

  • Apporter le contrôle et l'automatisation sur le site edge (dispositifs d'aide à l'exploitation des pipelines).
  • Construire une plate-forme robuste qui peut fonctionner dans des conditions climatiques difficiles.
  • Fournir une solution qui sécurise les données sur le site edge et dans toute l'entreprise.

Résumé

Ces dernières années, l'industrie du gaz naturel aux États-Unis (É.-U.) 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 vous exposez à des menaces pour la sécurité, à des violations de la conformité, à un équilibrage inexact du gaz et à une foule d'autres problèmes. Dans ce livre blanc, vous découvrirez comment l'utilisation d'une plate-forme robuste de qualité industrielle dans le cadre d'une solution plus large peut améliorer considérablement l'exploitation des pipelines. Edge Computing peut améliorer considérablement les économies d'exploitation des pipelines, 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 L'infrastructure située en dehors du site data center est essentielle car elle collecte, traite et agit en temps réel sur les données recueillies à proximité de l'infrastructure pipelinière elle-même. "

Edge et Edge Computing: Les technologies matérielles et logicielles avancées ouvrent de nouvelles voies pour améliorer l'exploitation et la rentabilité des pipelines. Ces développements remodèlent radicalement les options de gestion des données en temps réel. Des plateformes robustes et fiables garantissent que les données et les informations peuvent être partagées avec de multiples utilisateurs de manière sécurisée.

Les années 2020 sont définies comme la décennie de la numérisation. Par conséquent, les avancées en matière de matériel, de logiciels et de plateformes de gestion industrielle brouillent les zones de responsabilité et créent de nouveaux concepts pour gérer et analyser les données au plus près de l'infrastructure du pipeline. À l'avenir, les fonctions informatiques et techniques fusionneront à mesure que l'adoption de plates-formes de gestion des infrastructures industrielles et matérielles s'accélérera. Edge Computing et des plateformes de gestion de l'infrastructure industrielle s'accélère dans le secteur des gazoducs.

Edge Computing L'infrastructure en dehors du site data center est essentielle car elle 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 du secteur intermédiaire peinent à résoudre les problèmes d'utilisation des données des pipelines et de gestion opérationnelle. L'incorporation de plus de capacités de numérisation fera partie des plans de survie pour automatiser les processus et effectuer des analyses 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 Midstream sont des réseaux tentaculaires. Pour améliorer les performances d'exploitation et augmenter la disponibilité des équipements, les exploitants de pipelines ont besoin de solutions installées plus près de la zone d'exploitation. Edge Computing fait office d'épine dorsale pour la transition vers l'IoT industriel et la numérisation. Les sites edge et Edge Computing nécessitent des plateformes de qualité industrielle afin d'exécuter des solutions d'automatisation et de contrôle contenant des fonctions d'IHM, de 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 edge et Edge au niveau des appareils et sécurise les données des opérations à distance.

Edge Computing peut équilibrer la charge de données collectées par les dispositifs industriels intelligents - capteurs et automates programmables (PLC). Toutes les données n'ont pas besoin d'être renvoyées à l'adresse globale data center. Avec Edge Computingles données peuvent être traitées plus près de l'infrastructure du pipeline intermédiaire, ce qui permet de réagir plus rapidement aux changements de 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 axée sur les données peut réduire les temps d'arrêt annuels de 70 % et abaisser les coûts des temps d'arrêt imprévus jusqu'à 22 %. Contrairement aux programmes classiques de gestion des infrastructures basés sur le temps, Edge Computing garantit que les données relatives à la santé des équipements (température, pression et vibrations) peuvent être analysées en temps réel. De plus, Edge Computing est essentiel car il prend en charge les solutions critiques de maintenance prédictive.

De meilleurs programmes d'entretien prolongent la durée de vie des infrastructures clés. En raison de l'emplacement éloigné des actifs du pipeline, Edge Computing exige 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 plates-formes doivent intégrer la redondance pour protéger les données stockées et poursuivre les opérations désignées du pipeline si les connexions aux plates-formes SCADA sont interrompues.

"Selon un récent rapport de Deloitte, une approche axée sur les données peut réduire les temps d'arrêt annuels de 70 % et abaisser les coûts des temps d'arrêt imprévus jusqu'à 22 %. Contrairement aux programmes classiques de gestion des infrastructures basés sur le temps, Edge Computing garantit que les données sur la santé des équipements (température, pression et vibrations) peuvent être analysées en temps réel."

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 :

  • Apporter le contrôle et l'automatisation sur le site edge (dispositifs d'aide à l'exploitation des pipelines).
  • Construire une plate-forme robuste qui peut fonctionner dans des conditions climatiques difficiles.
  • Fournir une solution qui sécurise les données sur le site edge et dans toute l'entreprise.

Apportez le contrôle et l'automatisation à l'adresse edge. Au lieu de s'appuyer sur le site data center ou les systèmes SCADA pour les analyses et les actions de réponse, Edge Computing prend en charge les décisions et les actions de contrôle au niveau du dispositif. Pour les pipelines, les stations de compression sont le cœur de l'opération. En utilisant des plates-formes informatiques de niveau industriel (figure 3), Edge Computing prend en charge la maintenance prédictive et la surveillance de l'état général des stations de compression. L'analyse des données des capteurs de compresseurs permet de détecter le besoin de réparations bien avant qu'une panne totale ne se produise.

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 plateforme robuste qui fonctionne dans des conditions climatiques sévères. Pour les pipelines, l'instrumentation, les capteurs, les compresseurs et les plateformes de données sont soumis à des conditions variables. Ces dispositifs et actifs doivent résister aux températures extrêmes, aux vibrations et aux chocs. Le site Edge Computing plateforme doit être de qualité industrielle et résister à un environnement en constante évolution. Plus important encore, la plateforme doit pouvoir s'autosurveiller et s'autoguérir en cas de problème. Pour les pipelines, la technologie "zero-touch" permet de surveiller, de contrôler et de mettre à jour efficacement les actifs à distance sans nécessiter de ressources informatiques sur place.

Fournir une solution qui sécurise les données sur le site edge et dans toute l'entreprise. Le principal avantage de la numérisation est la capacité accrue de déplacer et d'utiliser les données dans toute l'entreprise. 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 pannes. Avec une plateforme robuste, les données sont plus faciles, plus sûres et moins chères à partager dans toute l'entreprise. La flexibilité des opérations permet d'exécuter plus d'applications sans ajouter de complexité ou de risque de défaillance.

La hiérarchie des données permet de déterminer où les données doivent être stockées ou utilisées. La numérisation va 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 de l'appareil. Les dispositifs intelligents dans les architectures "plug and play" permettent des analyses au niveau de edge et peuvent réduire la nécessité d'envoyer les 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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