White paper

Vincere sul filo del rasoio

Una nuova frontiera per la gestione dei gasdotti

Con sistemi che funzionano continuamente e trasmettono dati precisi in tempo reale, il monitoraggio 24/7/365 con rilevazione automatica dei guasti previene i tempi di fermo macchina non pianificati e altre inefficienze operative.

In questo whitepaper si delinea:

  • Portare il controllo e l'automazione sul bordo (dispositivi che supportano le operazioni della conduttura).
  • Costruire una piattaforma robusta che possa operare in condizioni climatiche severe.
  • Fornire una soluzione che protegga i dati a livello di bordo e in tutta l'azienda.

Abstract

Negli ultimi anni l'industria del gas naturale degli Stati Uniti (USA) è cresciuta sia nella domanda che nell'offerta. L'aumento della domanda di opzioni energetiche più pulite e lo sfruttamento di nuove riserve sostengono l'espansione della produzione di gas naturale. Ma l'industria del gas naturale può sostenere questa crescita in modo sicuro? Quando i vostri sistemi operativi si guastano, siete esposti a minacce per la sicurezza, violazioni della conformità, bilanciamento del gas non accurato e una miriade di altri problemi. In questo whitepaper, imparerete come l'applicazione di una robusta piattaforma di livello industriale come parte di una più ampia soluzione Edge Computing può migliorare drasticamente l'economia operativa dei gasdotti, consentire operazioni più flessibili, ridurre i tempi di fermo e creare una migliore gestione delle informazioni.

Introduzione

L'industria del gas naturale statunitense è cresciuta rapidamente. Nuovi metodi e tecnologie nella fratturazione idraulica e nella perforazione orizzontale hanno scatenato un'ondata di forniture di gas naturale. Con oltre 3.374 trilioni di miliardi di piedi cubi (Tcf) di riserve scoperte, gli Stati Uniti sono uno dei principali produttori di gas naturale. Le preoccupazioni per il cambiamento climatico e l'ambiente sono fattori che spingono a utilizzare risorse energetiche "più pulite". L'energia elettrica è il principale consumatore di gas naturale (Figura 1). Oggi, il gas naturale soddisfa più del 30% del fabbisogno energetico degli Stati Uniti.1

Il gas naturale è una risorsa energetica pulita. Con forniture abbondanti, i prezzi del gas naturale Henry Hub sono scesi in media al di sotto dei 4 $4/BTU dal 2015, con alcune eccezioni. Di conseguenza, gli utenti residenziali e commerciali stanno migrando verso il gas naturale per il riscaldamento e altri servizi. Con l'aumento della domanda in tutti i settori, l'industria del gas naturale può soddisfare in modo sostenibile la domanda futura? Sono presenti le infrastrutture necessarie, il personale qualificato e le procedure di sicurezza per fornire in modo affidabile il gas naturale a tutti gli utenti?

La gestione delle condutture oggi

Negli Stati Uniti, il gas naturale viene consegnato ai clienti attraverso una rete di gasdotti sotterranei lunga 2,6 milioni di chilometri. Essa comprende più di 2,2 milioni di miglia di gasdotti di distribuzione locale e 300.000 miglia di gasdotti di trasmissione.1 Sebbene si tratti di una rete vasta e complicata, il trasporto tramite gasdotto rimane il modo più sicuro per consegnare il gas naturale ai consumatori.

Nelle operazioni di pipeline, una buona informazione basata su dati in tempo reale è fondamentale per mantenere un'operatività sostenibile. Per la distribuzione del gas naturale, le cause alla radice dei principali incidenti sono da ricondurre a danni esterni (Figura 2). Tuttavia, un terzo degli incidenti gravi è legato alla manutenzione e al funzionamento dei gasdotti. Con una rete vasta, il tempo che intercorre tra il verificarsi di un evento e la risposta correttiva può essere il fattore determinante per stabilire se si tratta solo di una breve interruzione o di un disastro ambientale.

Figura 1. 2019 Consumo di gas naturale negli Stati Uniti per settore.
Fonte: VIA degli Stati Uniti, eia.gov/attrezzature/faqs
Figura 2. Cause di gravi incidenti nella distribuzione del gas, 2005-2019.
Fonte: phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incidente-
20 anni-trends. Grafica: Scrittori di energia globale.

Le interruzioni nella distribuzione del gas naturale hanno importanti effetti economici, di sicurezza e sociali. Dal 2015 al 2017, sono stati segnalati 12 morti e 10 feriti a causa di incidenti ai gasdotti del gas naturale negli Stati Uniti. Le compagnie di gasdotti per il gas naturale si trovano ad affrontare pressioni da tutte le parti. Le comunità sono preoccupate per le pratiche di sicurezza e per l'invecchiamento dell'infrastruttura del gasdotto. Le agenzie governative di regolamentazione richiedono una migliore sicurezza e prestazioni ambientali da parte dei gestori dei gasdotti e hanno promulgato una legislazione più severa che prevede controlli rigorosi e multe più elevate in caso di non conformità.

Stratus sta ascoltando gli stessi temi dalle aziende del gas naturale:

"Stiamo vivendo un inaccettabile periodo di inattività dei nostri sistemi di infrastrutture di pipeline sempre più complesse".

"Dobbiamo inviare un esercito di persone in luoghi remoti per monitorare manualmente le parti critiche delle condutture se tutti i sistemi sono fuori uso".

"Andiamo alla cieca quando non abbiamo i nostri sistemi sempre accesi".

"Dobbiamo dimostrare di essere in regola - e non possono mancare i dati; altrimenti possiamo essere multati".

"Non abbiamo competenze tecniche informatiche o risorse per risolvere problemi di sistema in luoghi remoti".

"Stiamo aggiungendo sempre più complessità ai nostri sistemi di pipeline, rendendoli sempre più fragili".

I gestori di gasdotti per il gas naturale stanno affrontando molteplici sfide per gestire legacy, latenza e problemi di modernizzazione. Ancora più importante, gli operatori dei gasdotti devono capitalizzare sui dati raccolti e prendere decisioni basate sulle informazioni.

"L'infrastruttura diEdge Computing al di fuori del sito data center è essenziale in quanto raccoglie, elabora e agisce sui dati raccolti vicino all'infrastruttura del gasdotto stesso in tempo reale.

Edge e Edge Computing: Le tecnologie hardware e software avanzate stanno delineando nuovi percorsi per migliorare le operazioni e la redditività delle pipeline. Tali sviluppi stanno radicalmente rimodellando le opzioni per gestire i dati in tempo reale. Piattaforme robuste e affidabili garantiscono che i dati e le informazioni possano essere condivisi con più utenti in modo sicuro.

Il 2020 è definito come il decennio della digitalizzazione. Di conseguenza, i progressi nelle piattaforme di gestione hardware, software e industriali stanno confondendo le aree di responsabilità e creando nuovi concetti per gestire e analizzare i dati più vicini all'infrastruttura del gasdotto. In prospettiva, i compiti IT e OT si fonderanno man mano che l'adozione di Edge Computing e le piattaforme di gestione delle infrastrutture industriali acquisiranno slancio all'interno dell'industria dei gasdotti per il gas naturale.

L'infrastruttura diEdge Computing al di fuori del sito data center è essenziale in quanto raccoglie, elabora e agisce sui dati raccolti vicino all'infrastruttura del gasdotto stesso in tempo reale.

Le soluzioni convenzionali per la gestione dei gasdotti stanno fallendo gli operatori del midstream

Molte società midstream fanno fatica a risolvere i problemi di gestione operativa e di utilizzo dei dati dei gasdotti. L'integrazione di maggiori capacità di digitalizzazione farà parte dei piani di sopravvivenza per automatizzare i processi e fare analisi dei dati in tempo reale. Edge Computing è una soluzione valida ed essenziale per determinati carichi di lavoro e compiti di gestione delle pipeline.

Gli asset midstream sono reti in espansione. Per migliorare le prestazioni operative e aumentare la disponibilità delle apparecchiature, gli operatori dei gasdotti hanno bisogno di soluzioni installate più vicine all'area operativa. Edge Computing funge da spina dorsale per il passaggio all'Industrial IoT e alla digitalizzazione. Sia il bordo che Edge Computing richiedono piattaforme di livello industriale per eseguire soluzioni di automazione e controllo contenenti HMI, SCADA, storici, analisi e funzioni di gestione delle prestazioni degli asset (Figura 3).

Figura 3. Una robusta piattaforma supporta applicazioni edge e Edge-Computing a livello di dispositivo e protegge i dati da operazioni remote.

Edge Computing può bilanciare il carico di dati raccolti dai dispositivi industriali intelligenti - sensori e controllori logici programmabili (PLC). Non tutti i dati devono essere rinviati al sito data center. Con Edge Computing, i dati possono essere elaborati più vicino all'infrastruttura del gasdotto midstream, supportando così risposte più rapide al cambiamento delle condizioni.

Per le operazioni di gestione delle infrastrutture di pipeline, l'affidabilità e la sicurezza sono priorità fondamentali. Secondo un recente rapporto Deloitte, un approccio basato sui dati può ridurre i tempi di fermo macchina annuali del 70% e ridurre i costi dei fermi macchina non pianificati fino al 22%. A differenza dei tradizionali programmi di gestione dell'infrastruttura basati sul tempo, Edge Computing assicura che i dati sulla salute delle apparecchiature (temperatura, pressione e vibrazioni) possano essere analizzati in tempo reale. Inoltre, Edge Computing è essenziale in quanto supporta soluzioni di manutenzione predittiva critiche.

Migliori programmi di manutenzione allungano la durata di vita delle infrastrutture chiave. A causa dell'ubicazione remota degli asset delle condutture, Edge Computing richiede un sistema informatico robusto, sicuro e altamente automatizzato che protegga e supporti le applicazioni di gestione delle condutture in modo rapido, affidabile ed efficiente. Inoltre, le piattaforme devono incorporare la ridondanza per proteggere i dati memorizzati e per continuare le operazioni di pipeline designate in caso di interruzione delle connessioni alle piattaforme SCADA.

"Secondo un recente rapporto Deloitte, un approccio basato sui dati può ridurre i tempi di fermo macchina annuali del 70% e ridurre i costi dei fermi macchina non pianificati fino al 22%. A differenza dei tradizionali programmi di gestione dell'infrastruttura basati sul tempo, Edge Computing assicura che i dati sulla salute delle apparecchiature (temperatura, pressione e vibrazioni) possano essere analizzati in tempo reale".

Gestione del gasdotto-Houston, abbiamo un problema

Un grande operatore di gasdotti che gestisce 15.000 miglia di infrastrutture, distribuite in 16 stati, che trasportano oltre 1 Tcf di gas naturale all'anno verso la propria base clienti, ha aggiornato le proprie stazioni di compressione in un sistema completamente ridondante. Questo aggiornamento comprendeva pompe/turbine per compressori, valvole e sistemi di sicurezza e controllo come richiesto dalle normative CRM. È stato facile implementare la ridondanza per i PLC, l'alimentazione e i servizi di rete. Tuttavia, la creazione di una piattaforma informatica sempre completamente ridondante per il funzionamento dello SCADA, dello storico, dell'HMI e delle relative applicazioni del sistema di controllo è rimasta una sfida critica. Ancora più importante, un elemento chiave dell'aggiornamento operativo totale è stato l'implementazione di una soluzione di manutenzione predittiva per rilevare e risolvere i problemi della stazione di compressione prima che si verificassero interruzioni non pianificate o guasti catastrofici.

La soluzione adottata ha comportato l'impiego di tre server standard per computer in ogni stazione di compressione, ognuno dei quali esegue un'applicazione critica. Sfortunatamente, questa soluzione presentava molteplici punti deboli. Sono stati necessari da sei a otto server in ogni postazione per supportare una serie di applicazioni di gestione delle condutture. Dati i vincoli di spazio e di potenza, si trattava di un problema significativo che complicava le operazioni quando i server non funzionavano. Per rendere una stazione di compressione di nuovo completamente operativa, era necessario riconfigurare il suo esatto ambiente operativo presso la sede centrale e poi guidare fino alla sede per effettuare l'installazione e la ri-cablatura. Questo richiederebbe dai due ai tre giorni.

La perdita di dati nelle stazioni di compressione ha significato risultati non ottimali per l'operatore del gasdotto, vanificando così l'obiettivo di aumentare l'efficienza operativa totale. L'infrastruttura di calcolo hardware esistente ha creato ostacoli critici e costosi agli obiettivi di gestione del gasdotto.

"Con sistemi che funzionano continuamente e trasmettono dati precisi in tempo reale, il monitoraggio 24/7/365 con rilevazione automatica dei guasti previene i tempi di fermo macchina non pianificati e altre inefficienze operative".

Gestione dei gasdotti del futuro

Stratus Technologies sta lavorando ad un nuovo approccio per risolvere i problemi di gestione delle infrastrutture di pipeline come quelli evidenziati. La nostra soluzione supporta un sistema di pipeline completo e sempre attivo che elimina i tempi di inattività e ottimizza le operazioni. Questo approccio consiste in tre fasi:

  • Portare il controllo e l'automazione sul bordo (dispositivi che supportano le operazioni della conduttura).
  • Costruire una piattaforma robusta che possa operare in condizioni climatiche severe.
  • Fornire una soluzione che protegga i dati a livello di bordo e in tutta l'azienda.

Portare il controllo e l'automazione al limite. Invece di affidarsi al sistema data center o ai sistemi SCADA per l'analisi e le azioni di risposta, Edge Computing supporta le decisioni e le azioni di controllo a livello di dispositivo. Per le condutture, le stazioni di compressione sono il cuore dell'operazione. Utilizzando piattaforme informatiche di livello industriale (Figura 3), Edge Computing supporta la manutenzione predittiva e il monitoraggio della salute generale delle stazioni di compressione. I dati dei sensori di tendenza dei compressori possono rilevare la necessità di riparazioni ben prima che si verifichi un guasto totale.

La manutenzione programmata riduce l'indisponibilità delle apparecchiature, i costi di riparazione e le perdite di fatturato. Circa il 30% dei principali incidenti alle condutture sono causati da guasti alle apparecchiature e da operazioni non corrette (Figura 2). Con sistemi che sono continuamente in funzione e trasmettono dati precisi in tempo reale, il monitoraggio 24/7/365 con rilevazione automatica dei guasti previene i tempi di fermo macchina non pianificati e altre inefficienze operative.

Costruire una piattaforma robusta che operi in condizioni climatiche severe. Per tubazioni, strumentazione, sensori, compressori e piattaforme dati sono soggetti a condizioni variabili. Questi dispositivi e beni devono resistere a temperature estreme, vibrazioni e urti. La piattaforma Edge Computing deve avere un design di livello industriale ed essere resistente ad un ambiente in continuo cambiamento. Ancora più importante, la piattaforma deve essere auto-monitoraggio e auto-guarigione in caso di problemi. Per le condutture, la tecnologia zero-touch supporta in modo efficiente il monitoraggio, il controllo e l'aggiornamento degli asset remoti senza richiedere risorse IT in loco.

Fornire una soluzione che protegga i dati a livello di bordo e in tutta l'azienda. Il principale vantaggio della digitalizzazione è la maggiore capacità di spostare e utilizzare i dati all'interno dell'organizzazione. La sicurezza dei dati è una delle principali preoccupazioni. La piattaforma che supporta Edge Computing deve essere costantemente disponibile, proteggere i dati e includere funzionalità di ridondanza per la protezione dai guasti. Con una piattaforma robusta, i dati sono più facili, sicuri e meno costosi da condividere in tutta l'azienda. Le operazioni flessibili consentono di eseguire un maggior numero di applicazioni senza aggiungere complessità o rischi di guasti.

La gerarchia dei dati aiuta a determinare dove i dati devono essere memorizzati o utilizzati. La digitalizzazione creerà più dati da gestire e analizzare in modo efficiente. Con le informazioni in tempo reale sviluppate da Edge Computing, le decisioni migliori possono essere implementate più velocemente a livello di dispositivo. I dispositivi intelligenti nelle architetture "plug and play" consentono l'analisi a livello di bordo e possono ridurre la necessità di inviare i dati a data center per ulteriori azioni.

A prova di futuro dell'operazione

Guardando al futuro, il settore midstream avrà bisogno di piani viventi che supportino la connettività continua e la sicurezza dei dati alle infrastrutture remote dei gasdotti, alle soluzioni di gestione dei gasdotti e ai data center. La pianificazione della migliore infrastruttura hardware e software per le operazioni midstream è fondamentale per la sostenibilità a lungo termine. Le aziende midstream non possono permettersi momenti "alla cieca" nelle loro operazioni.

Da oltre 40 anni Stratus Technologies aiuta le aziende a mantenere i loro sistemi sempre operativi. Per saperne di più su Oil and Gas Midstream o per richiedere una demo.

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