Pohokura setzt Maßstäbe für Fernbedienung und Nachhaltigkeit

Hintergrund

Erdgas ist eine sehr wertvolle Ressource. Im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen ist es ein umweltfreundlicher, sauberer Brennstoff. Erdgas ist effizienter, da 90 Prozent der Produktion den Verbrauchsort erreichen.

Die Effizienz verbessert sich ständig durch technologische Fortschritte bei der Förderung, dem Transport und den Lagerungstechniken.

Das Transportsystem für Erdgas besteht aus einem komplexen Netzwerk von Pipelines, die dafür ausgelegt sind, Erdgas schnell und effizient von seinem Ursprungsort in Gebiete mit hoher Nachfrage zu transportieren.

Das Pohokura-Feld vor der Küste von Taranaki ist die größte Erdgasressource des Landes und befindet sich im Besitz eines Joint Ventures zwischen Shell, Todd Pohokura und OMV New Zealand.

Die Produktionsstation wird von Shell Exploration NZ betrieben, das die Dienste von Shell Todd Oil Services nutzt. Das Erdgas aus dem Pohokura-Feld wird in das nationale Netz eingespeist.

Das erste kommerzielle Gas floss im September 2006 aus drei Onshore-Bohrungen mit großer Reichweite im südlichen Teil des Feldes.

Im März 2007 begannen Gas und Kondensat aus der ersten von fünf Offshore-Bohrungen über eine Unterwasserpipeline zurück zu einer Onshore-Produktionsstation in Motunui zu fließen.

Herausforderung

Die Entwicklung eines unbemannten Standorts – bei dem der Betrieb von einer Steuerzentrale in New Plymouth überwacht wird – erforderte das kombinierte technische Fachwissen von Ingenieuren, Beratern und Systemintegratoren.

Der Pohokura-Designauftragnehmer, Transfield Worley, beauftragte den langjährigen Systemintegrator-Partner Engineering Control Limited (ECL).

Eine der Anforderungen für die Fernbedienung war, dass die Motor Control Center in das Hauptsteuerungssystem der Anlage auf einem intelligenten Netzwerk integriert werden, sodass die Informationen von der Gasstation an die Steuerzentrale zurückgemeldet werden können.

Transfield Worley basierte das neue System auf dem DeviceNet-Netzwerk zusammen mit der Allen-Bradley ControlLogix®-Plattform von Rockwell Automation.

Eine weitere Anforderung war, dass der Status der Leistungsschaltanlagen an den 400 V Motor Control Centern und dem 11 kV Hauptschaltfeld der Anlage in der Steuerzentrale verfügbar sein musste und diese Schaltanlagen auch von der Steuerzentrale aus bedient werden konnten.

Dies wurde durch eine feste Verdrahtung der Schaltanlagen mit Digitale E,A in der ControlLogix® erreicht.

Die Möglichkeit, das Schaltgerät aus der Ferne zu bedienen, ist auch ein willkommenes Sicherheitsmerkmal, da die Notwendigkeit einer lokalen Bedienung entfällt und Bediener somit nicht der Gefahr eines Störlichtbogens ausgesetzt werden, wie er bei einem Fehler oder Ausfall des Schaltgeräts während des Betriebs auftreten kann.

Einrichtung einer Fernbedienung

Pohokura produziert über 45 Prozent des neuseeländischen Erdgases, das auf der Nordinsel an Industrie und für den häuslichen Verbrauch verteilt wird.

"Durch die Nutzung des technischen Fachwissens von Shell wollten wir eine hochzuverlässige, unbemannte Gasproduktionsstation mit geringer Umweltbelastung errichten", sagte Paul Brown, Pohokura Operations Engineer.

"Eine Priorität für uns war es, das Projekt termingerecht, im budget und sicher abzuschließen, ohne dass Personal zu Schaden kommt oder Nachbarn oder die Umgebung beeinträchtigt werden."

Die Betriebsphilosophie für die Pohokura-Produktionsanlage war es, einen unbemannten Standort mit Zero Normal Operating Presence (ZNOP) zu schaffen; der Anlagenbetrieb sollte von einer dezentrale Steuerung aus einer Steuerzentrale in New Plymouth mit einem DCS erfolgen.

Fernbedienung ist eine ideale Möglichkeit, das Personal zu schützen und von potenziell gefährlichen Anlagen fernzuhalten, aber der Betriebserfolg hängt von exzellenter Steuerung, Fehlerdiagnose und Netzwerkfähigkeit ab. "DeviceNet bot eine Netzwerk-Lösung, die zuverlässige Kommunikation ermöglichte und zudem die Funktion Geräteaustausch ohne Neukonfiguration (ADR) hatte, wodurch Ausfallzeiten durch automatisches herunterladen von Geräteparametern reduziert werden konnten", sagte Prasad Nory, Industry Manager, Rockwell Automation.

Geräteaustausch ohne Neukonfiguration besteht aus Konfiguration und automatischer Adresswiederherstellung, was die Wartungsanforderungen effektiv senkt. Pohokura ist rund um die Uhr in Betrieb und hat jeden Monat einen geplanten proaktiven Wartungstag, um potenzielle Probleme zu erkennen und zu beheben.

Der Pohokura-Blueprint

Das elektrisch entwickelte Design von Transfield Worley bildete die Grundlage für eine vollständig integrierte Lösung, die die Fähigkeiten führender Schaltschrankbauer, Switchbuild Ltd., erforderte.

Die Pohokura-Lösung entwickelte sich um die Entwicklung von zwei Motor Control Centern (MCCs) mit Niederspannung. Zwei 2.5 MVA Transformatoren speisen das erste Niederspannungs-MCC über 4000 A Luftleistungsschalter (ACBs). Die Leistung vom ersten MCC wird dann an das zweite Niederspannungs-MCC weitergeleitet.

Das intelligente MCC-Design nutzte das DeviceNet-Netzwerk, um mit den DOL-Motorstartern für Steuerung und Überwachung zu kommunizieren.

Die E3 plus Smart-Überlastungen boten Motorschutz, der die Betriebsmerkmale des motors sehr genau abbildete, mit erweiterten Schutzfunktionen wie Erdschluss, Blockierung, Thermistor und Lastverlust, die normalerweise von deutlich teureren Motorschutzrelais bereitgestellt werden.

Ein Allen-Bradley ControlLogix® Programmable Automation Controller wird für die umfassende Überwachung und Steuerung der MCCs eingesetzt und gibt Informationen an das DCS zurück.

"Die Allen-Bradley-Lösung bietet erweiterten Lastschutz. Der client kann die Leistung seiner motoren analysieren und Fehler anzeigen, alles in einer integrierten Einheit, die vom DCS aus sichtbar ist", sagte Donald Liddell, Manager, Switchbuild.

Um kostspielige Ausfallzeiten bei Pohokura zu vermeiden, entwickelte und integrierte ECL Schaltsteuerungen in die PAC für den Fall, dass die Stromversorgung von einem der beiden 11 kV-Einspeiser ausfällt.

Laut Peter Huitema, Engineer ECL: "Normalerweise verliert man beim Umschalten der Versorgung die Stromversorgung, selbst wenn es nur wenige Millisekunden sind, werden die motoren abgeschaltet.

Um dies zu vermeiden, haben wir bestimmt, wie viele Sekunden der motor ohne Strom betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen.

Wir haben die Trägheit genutzt, um motoren bis zu 1.5 Sekunden weiterlaufen zu lassen, um Zeit für die Umschaltung auf die andere Versorgung zu gewinnen. Durch die Programmierung dieser Informationen in das Steuerungssystem konnten wir kostspielige Abschaltungen vermeiden."

Umwelt-Exzellenz

Die Implementierung modernster Technik hat es ermöglicht, die Pohokura-Anlage aus der Ferne zu betreiben.

"Die Sicherheit von Personal und Umwelt hat bei einer Fernbedienung eine noch höhere Priorität, daher müssen Anlage und Komponenten zuverlässig mit minimalem Wartungsaufwand funktionieren.

Alle für das Pohokura-Projekt ausgewählten Komponenten mussten nachgewiesene Zuverlässigkeit aufweisen", sagte Paul Brown, Pohokura Operations Engineer.

Um Umwelt-Exzellenz zu erreichen, wurden Änderungen am ursprünglichen Design des Feldes vorgenommen.

Es wurde horizontale Richtbohrtechnik eingesetzt, um auf eine Pipeline von der Onshore-Produktionsstation zur Offshore-Plattform zu verzichten, die über die Klippen und das Ufer verlaufen wäre.

Stattdessen wurde – erstmals in Neuseeland – eine Pipeline hinter der Klippe und unter dem Ufer verlegt, sodass es keine sichtbare oder physische Beeinträchtigung gab und die lokale Küstenumgebung erhalten blieb.

Die Verarbeitungsbereiche der Anlage sind in Betonwannen gebaut. Bevor das Wasser in die Regenwasserbehandlungsanlagen abgeleitet wird, entfernt ein absorbierender Skimmer verbleibende schwimmende Kohlenwasserstoffe.

Das Regenwasser wird über ein speziell angelegtes „Feuchtgebiet“ weiterbehandelt, in dem Pflanzen als natürlicher Biofilter dienen. Die Filtration durch die Feuchtgebiete entfernt alle verbleibenden Kohlenwasserstoffe.

Diese Umweltmerkmale führten dazu, dass Shell Pohokura 2010 vom Taranaki Regional Council eine Auszeichnung für nachhaltige Entwicklung und technische Innovation erhielt.

Die Reaktion auf die integrierte Automatisierungslösung von Rockwell Automation war positiv. "In den fünf Jahren des Pohokura-Betriebs gab es keine Probleme mit den PACs von Rockwell Automation – unsere Ziele wurden in Bezug auf budget, Zeitplanung, Personalsicherheit und ökologische Nachhaltigkeit vollständig erfüllt", schließt Brown.

Der Wert des erfolgreich betriebenen dezentralen Betriebs in Pohokura wurde erkannt und daher wird derzeit eine Erweiterung durchgeführt, um eine weitere Anlage mit derselben leicht erweiterbaren Lösung des Rockwell Automation Integrated Architecture-Systems zu schaffen.