Белая книга

Победа в edge

Новый рубеж для управления трубопроводом

В системах, которые постоянно работают и передают точные данные в режиме реального времени, 24/7/365 мониторинг с автоматическим обнаружением неисправностей предотвращает незапланированные простои и другие эксплуатационные неполадки.

В этой белой бумаге он очерчивает:

  • Привнесите контроль и автоматизацию на edge (устройства, поддерживающие работу трубопровода).
  • Постройте прочную платформу, которая может работать в суровых климатических условиях.
  • Предоставьте решение, обеспечивающее защиту данных на сайте edge и в масштабах всего предприятия.

Аннотация

В последние годы в Соединенных Штатах Америки (США) растет как спрос, так и предложение природного газа. Растущий спрос на более чистые виды энергии и эксплуатация новых запасов способствуют расширению добычи природного газа. Но может ли газовая промышленность безопасно поддерживать этот рост? Когда ваши операционные системы дают сбой, вы подвергаетесь угрозам безопасности, нарушению нормативных требований, неточному балансированию газа и множеству других проблем. В этом техническом документе вы узнаете, как применение надежной платформы промышленного класса в качестве части более широкого Edge Computing решение может значительно повысить экономическую эффективность эксплуатации трубопровода, обеспечить более гибкие операции, сократить время простоя и создать более эффективное управление информацией.

Введение

В США стремительно развивается газовая промышленность. Новые методы и технологии гидроразрыва пласта и горизонтального бурения вызвали волну поставок природного газа. Обладая более чем 3 374 триллиона кубических футов (Тсф) разведанных запасов, США являются ведущей страной-производителем природного газа. Озабоченность по поводу изменения климата и окружающей среды является движущей силой для использования "более чистых" энергоресурсов. Электроэнергия является ведущим потребителем природного газа (рис. 1). Сегодня природный газ удовлетворяет более 30% энергетических потребностей США.1

Природный газ является экологически чистым энергоресурсом. При обильных поставках с 2015 года цены на природный газ, за некоторыми исключениями, составляют в среднем менее 4 долларов за баррель. В связи с этим жители и коммерческие потребители переходят на природный газ для отопления и других целей. По мере роста спроса во всех секторах, сможет ли газовая промышленность устойчиво удовлетворять будущий спрос? Имеется ли необходимая инфраструктура, квалифицированный персонал и процедуры обеспечения безопасности для надежного снабжения природным газом всех потребителей?

Управление трубопроводом сегодня

В США природный газ поставляется потребителям по 2,6-миллионной подземной трубопроводной сети. Она включает в себя более 2,2 млн миль местных распределительных газопроводов и 300 000 миль магистральных газопроводов.1 Хотя это обширная и сложная сеть, трубопроводная транспортировка остается самым безопасным способом доставки природного газа потребителям.

При эксплуатации трубопроводов хорошая информация, основанная на данных в режиме реального времени, имеет решающее значение для поддержания устойчивой работы. При распределении природного газа первопричины крупных инцидентов сводятся к внешнему ущербу (рис. 2). Тем не менее, треть серьезных инцидентов связана с обслуживанием и эксплуатацией газопроводов. При наличии обширной сети время между возникновением аварии и принятием корректирующих мер может быть определяющим фактором того, является ли она просто кратковременным перерывом в работе или экологической катастрофой.

Рисунок 1. 2019 Потребление природного газа в США по секторам.
Источник: ОВОС США, например, правительство/инструменты/факторы.
Рисунок 2. Серьезные причины газораспределительных происшествий, 2005-2019 гг.
Источник: phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipipeline-incident -
20-летние тенденции. Графики: Писатели "Глобальной энергии".

Перебои в распределении природного газа имеют серьезные экономические и социальные последствия, а также последствия для безопасности. В период с 2015 по 2017 год в США в результате аварий на газопроводах погибли 12 человек и 10 получили травмы. Есть и другие бесчисленные инциденты и происшествия, близкие к происшествиям, которые не приводят к смертельному исходу или травмам. Компании, занимающиеся строительством газопроводов, испытывают давление со всех сторон. Местное население обеспокоено практикой обеспечения безопасности и старением трубопроводной инфраструктуры. Государственные регулирующие органы требуют от операторов газопроводов улучшения показателей безопасности и охраны окружающей среды, а также приняли более строгие законы, предусматривающие проведение тщательных аудиторских проверок и увеличение штрафов за несоблюдение требований.

Stratus слышит те же самые темы от газовых компаний:

"Мы переживаем неприемлемое время простоя наших все более сложных систем трубопроводной инфраструктуры".

"Мы должны послать армию людей в удаленные места для мониторинга критических участков трубопроводов вручную, если все системы вышли из строя".

"Мы бежим вслепую, когда наши системы не всегда включены."

"Мы должны доказать, что мы соблюдаем требования и не можем пропустить данные, иначе нас могут оштрафовать."

"У нас нет технических IT-специалистов или ресурсов для исправления системных проблем на удаленных объектах".

"Мы все больше усложняем наши трубопроводные системы, делая их более ломаемыми".

Операторы газопроводов сталкиваются с многочисленными проблемами, связанными с управлением legacy, задержками и проблемами модернизации. Что еще более важно, операторы газопроводов должны извлекать выгоду из собранных данных и принимать решения, основанные на информации.

"Edge Computing инфраструктура за пределами сайта data center очень важна, поскольку она собирает, обрабатывает и действует на основе данных, собранных вблизи самой трубопроводной инфраструктуры в режиме реального времени".

Edge и Edge Computing: Передовые технологии аппаратного и программного обеспечения прокладывают новые пути для повышения эффективности эксплуатации и прибыльности трубопроводов. Такие разработки радикально меняют возможности управления данными в режиме реального времени. Прочные и надежные платформы обеспечивают безопасный обмен данными и информацией с многочисленными пользователями.

2020-е годы определены как десятилетие цифровизации. Соответственно, прогресс в области аппаратного и программного обеспечения и платформ промышленного управления размывает зоны ответственности и создает новые концепции управления и анализа данных ближе к инфраструктуре трубопровода. В перспективе обязанности ИТ и ОТ будут сливаться по мере того, как принятие Edge Computing и платформ управления промышленной инфраструктурой набирает обороты в отрасли газопроводов.

Edge Computing инфраструктура за пределами сайта data center имеет важное значение, поскольку она собирает, обрабатывает и действует на основе данных, собранных вблизи самой трубопроводной инфраструктуры в режиме реального времени.

Традиционные решения по управлению трубопроводами терпят неудачу у операторов среднего звена.

Многие компании, занимающиеся разведкой и добычей, пытаются решить проблемы использования данных о трубопроводе и оперативного управления. Внедрение дополнительных возможностей цифровизации станет частью планов по выживанию, направленных на автоматизацию процессов и проведение анализа данных в режиме реального времени. Edge Computing является жизнеспособным и необходимым решением для определенных рабочих нагрузок и задач по управлению трубопроводом.

Активы Midstream представляют собой разветвленные сети. Для улучшения эксплуатационных характеристик и повышения доступности оборудования операторам трубопроводов необходимы решения, устанавливаемые ближе к месту эксплуатации. Edge Computing выступает в качестве основы для перехода к промышленному IoT и цифровизации. И edge , и Edge Computing требуют платформ промышленного класса для запуска решений по автоматизации и управлению, содержащих HMI, SCADA, историки, аналитику и функции управления производительностью активов (рис. 3).

Рисунок 3. Надежная платформа поддерживает edge и Edge-вычислительные приложения на уровне устройств и обеспечивает безопасность данных при удаленных операциях.

Edge Computing может сбалансировать нагрузку данных, собираемых интеллектуальными промышленными устройствами - датчиками и программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Не все данные необходимо отправлять обратно на глобальный сайт data center. С помощью Edge Computingданные могут обрабатываться ближе к инфраструктуре трубопровода, что позволяет быстрее реагировать на изменение условий.

Для управления инфраструктурой трубопроводов надежность и безопасность являются важнейшими приоритетами. Согласно недавнему отчету компании Deloitte, подход, основанный на данных, может сократить ежегодные простои на 70% и снизить затраты на незапланированные простои до 22%. В отличие от традиционных программ управления инфраструктурой, основанных на времени, Edge Computing гарантирует, что данные о состоянии оборудования (температура, давление и вибрации) могут анализироваться в режиме реального времени. Более того, Edge Computing это очень важно, так как поддерживает критически важные решения по предиктивному обслуживанию.

Более эффективные программы технического обслуживания продлевают срок службы ключевых объектов инфраструктуры. В связи с удаленным расположением трубопроводных активов, Edge Computing требуется надежная, безопасная и высокоавтоматизированная вычислительная система, которая защищает и поддерживает приложения для управления трубопроводом быстро, надежно и эффективно. Кроме того, платформы должны включать резервирование для защиты хранимых данных и продолжения заданных операций на трубопроводе в случае прерывания связи с платформами SCADA.

"Согласно недавнему отчету компании Deloitte, подход, основанный на данных, может сократить ежегодные простои на 70% и снизить затраты на незапланированные простои до 22%. В отличие от традиционных программ управления инфраструктурой, основанных на времени, Edge Computing гарантирует, что данные о состоянии оборудования (температура, давление и вибрации) могут анализироваться в режиме реального времени".

Управление трубопроводами - Хьюстон, у нас проблема.

Крупный оператор газопроводов, управляющий 15 000 милями инфраструктуры, расположенной в 16 штатах, транспортирующий более 1 трлн куб. футов природного газа в год к своим клиентам, модернизировал свои компрессорные станции до полностью резервированной системы. Эта модернизация включала в себя компрессорные насосы/турбины, клапаны, а также системы безопасности и управления в соответствии с требованиями CRM. Было легко реализовать резервирование для ПЛК, электропитания и сетевых услуг. Однако создание постоянно работающей полностью резервированной компьютерной платформы для работы с SCADA, историком, HMI и связанными с ними приложениями системы управления, оставалось критической задачей. Более важно, что ключевым элементом полной операционной модернизации было развертывание решения по прогнозированию технического обслуживания для обнаружения и решения проблем на компрессорной станции до того, как произошли незапланированные перебои или катастрофические отказы.

Принятое решение включало развертывание трех стандартных компьютерных серверов на каждой компрессорной станции, каждый из которых выполнял одно критическое приложение. К сожалению, у этого решения было несколько слабых мест. Шесть-восемь серверов были необходимы в каждом месте для поддержки ряда приложений для управления трубопроводом. Учитывая ограниченность пространства и мощности, это было значительной проблемой, усложняющей работу в случае отказа серверов. Для того, чтобы компрессорная станция снова полностью заработала, требовалось перенастроить ее точное рабочее окружение в штаб-квартире, а затем отправиться в место для установки и повторной прокладки кабелей. Это заняло бы от двух до трех дней.

Потеря данных на компрессорных станциях означала неоптимальные результаты для оператора газопровода, тем самым сорвав цель повышения общей эксплуатационной эффективности. Существующая инфраструктура вычислительной техники создавала критические и дорогостоящие препятствия для целей управления трубопроводами.

"С системами, которые постоянно работают и передают точные данные в режиме реального времени, 24/7/365 мониторинг с автоматическим обнаружением неисправностей предотвращает незапланированные простои и другие эксплуатационные неполадки".

Управление трубопроводами будущего

Stratus Технологии работают над новым подходом к решению проблем управления трубопроводной инфраструктурой. Наше решение поддерживает полную, постоянно работающую трубопроводную систему, которая исключает простои и оптимизирует работу. Этот подход состоит из трех этапов:

  • Привнесите контроль и автоматизацию на edge (устройства, поддерживающие работу трубопровода).
  • Постройте прочную платформу, которая может работать в суровых климатических условиях.
  • Предоставьте решение, обеспечивающее защиту данных на сайте edge и в масштабах всего предприятия.

Привнесите контроль и автоматизацию на сайт edge. Вместо того чтобы полагаться на системы data center или SCADA для аналитики и ответных действий, Edge Computing поддерживает решения и действия по управлению на уровне устройств. Для трубопроводов компрессорные станции являются сердцем работы. Использование вычислительных платформ промышленного класса (рис. 3), Edge Computing поддерживает предиктивное обслуживание и общий мониторинг состояния компрессорных станций. Мониторинг данных датчиков компрессора позволяет выявить необходимость ремонта задолго до того, как произойдет полный отказ.

Плановое техобслуживание снижает уровень недоступности оборудования, затраты на ремонт и упущенную выгоду. Около 30% крупных аварий на трубопроводах происходит в результате выхода из строя оборудования и неправильной работы (Рис. 2). В системах, которые постоянно работают и передают точные данные в режиме реального времени, 24/7/365 мониторинг с автоматическим обнаружением неисправностей предотвращает незапланированные простои и другие эксплуатационные сбои.

Создайте надежную платформу, работающую в суровых климатических условиях. На трубопроводах контрольно-измерительные приборы, датчики, компрессоры и платформы данных подвержены переменным условиям. Эти устройства и активы должны выдерживать перепады температур, вибрации и удары. Платформа Edge Computing Платформа должна быть промышленного класса и обладать устойчивостью к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Что еще более важно, платформа должна быть самоконтролируемой и самовосстанавливающейся в случае возникновения проблем. Для трубопроводов технология "нулевого касания" эффективно поддерживает мониторинг, управление и обновление удаленных активов, не требуя наличия ИТ-ресурсов на объекте.

Предоставьте решение, обеспечивающее защиту данных на сайте edge и в масштабах всего предприятия. Основным преимуществом цифровизации является расширение возможностей перемещения и использования данных в рамках всей организации. Безопасность данных является одной из основных проблем. Поддерживающая платформа Edge Computing должна быть постоянно доступна, защищать данные и включать функции резервирования для защиты от сбоев. Благодаря надежной платформе обмен данными в масштабах предприятия становится проще, безопаснее и дешевле. Гибкость операций позволяет запускать больше приложений без усложнения и риска сбоев.

Иерархия данных помогает определить, где данные должны храниться или использоваться. Цифровизация приведет к появлению большего количества данных, которыми необходимо эффективно управлять и анализировать. Благодаря информации в режиме реального времени, разработанной Edge Computingна уровне устройств, можно быстрее принимать более эффективные решения. Интеллектуальные устройства в архитектурах "plug and play" позволяют проводить аналитику на уровне edge и сократить необходимость отправки данных на сайт data center для дальнейших действий.

Будущая проверка операции

Заглядывая вперед, отрасли среднего бизнеса потребуются живые планы, поддерживающие непрерывное подключение и безопасность данных для удаленной трубопроводной инфраструктуры, решений по управлению трубопроводами и центров обработки данных. Планирование наилучшей аппаратной и программной инфраструктуры для операций среднего звена имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной устойчивости. Компании среднего звена не могут позволить себе "слепые" моменты в своей деятельности.

Уже более 40 лет Stratus Technologies помогает компаниям поддерживать непрерывность работы своих систем. Узнайте больше на сайте Oil and Gas Midstream или запросите демо-версию.

Связанные ресурсы

Прокрутка к началу страницы