Les producteurs de pétrole et de gaz s'appuient sur des réseaux complexes de pipelines pour transporter leurs produits. Les pipelines partent généralement de plates-formes de puits individuelles vers des sites de collecte centraux, qui se raccordent à des pipelines plus grands – puis, éventuellement, à des installations de traitement et de distribution.
Pour aider à maintenir un fonctionnement sûr, les pipelines incluent des vannes d'arrêt aux raccordements qui peuvent arrêter rapidement le flux en cas d'urgence. Dans les pipelines de pétrole brut, les vannes d'arrêt d'urgence sont souvent actionnées par des systèmes pneumatiques alimentés au gaz combustible ou à l'azote, ou par des systèmes hydrauliques.
« Pour des raisons environnementales, de nombreux producteurs tentent de limiter drastiquement leur utilisation de gaz combustible et d'azote pour actionner les vannes », explique John Clay, PDG d'Endpoint Industrial Controls. « Et ils cherchent également des moyens d'améliorer l'efficacité opérationnelle. »
Endpoint Industrial Controls fournit des solutions d'automatisation et de commande clé en main pour un large éventail de secteurs industriels – du pétrole et gaz aux énergies renouvelables en passant par la fabrication. Basée à Loveland, dans le Colorado, la société fait partie du programme PartnerNetwork™ de Rockwell Automation®.
Défi du Texas de l'Ouest
Récemment, une grande entreprise énergétique a contacté Endpoint pour une solution d'actionnement de vannes qui soutiendrait ses objectifs environnementaux – et limiterait le travail sur le terrain nécessaire pour entretenir ses systèmes dans l'ouest du Texas.
Bien que les vannes soient conçues pour des arrêts d'urgence, qui se produisent rarement, elles doivent être testées régulièrement.
« Notre client utilisait deux méthodes pour actionner ses vannes », explique Clay. « Sur certains sites, il utilisait du gaz combustible et sur d'autres, de l'hydraulique. »
Chaque méthode présentait des défis uniques. Pour alimenter les vannes actionnées au gaz, le gaz est évacué directement du pipeline dans l'atmosphère. Cette méthode entraîne des émissions d'hydrocarbures.
Les vannes à actionnement hydraulique nécessitent une intervention de l'opérateur à chaque fois qu'elles sont testées. Lorsque les vannes sont testées – ou fermées – l'énergie hydraulique comprimée est libérée. Pour rouvrir les vannes, un opérateur doit pomper manuellement la vanne jusqu'à ce qu'elle atteigne une pression adéquate.
Comme de nombreuses régions productrices de pétrole et de gaz, l'ouest du Texas est un environnement difficile. Les vannes d'arrêt de la société sont situées dans des endroits isolés, dont beaucoup ne sont accessibles qu'en empruntant des routes dangereuses.
« Pour entretenir les vannes à actionnement hydraulique, les opérateurs conduisaient pendant plusieurs heures – souvent en pleine nuit – sur l'une des routes les plus dangereuses du pays », explique Clay. « Notre client souhaitait à la fois améliorer la sécurité des opérateurs et réduire au minimum le temps improductif passé au volant. »
Une solution unique
Endpoint a été chargé de concevoir une solution unique qui remplacerait à la fois les méthodes d'actionnement des vannes au gaz combustible et hydrauliques. Pour atteindre les objectifs, l'entreprise a conçu un système basé sur des compresseurs d'air à énergie solaire pour actionner les vannes.
« Nous avons fourni une solution complète – du concept et de la conception à la fabrication et à l'intégration », a déclaré Clay. « Le résultat est un système hors réseau sur skid qui peut être livré sur les sites de nos clients – et mis en œuvre sans modification. »
Le skid entièrement contenu mesure environ 6′ × 17′ (1.8 m × 5.2 m) et comprend des panneaux solaires, un stockage de batteries, un réservoir de compresseur de 200 gallons et des systèmes de commande associés. Pour installer le système, les actionneurs existants sur les sites sont retirés avec les vannes en position ouverte, remplacés par des actionneurs à air comprimé – et raccordés au compresseur.
« Parce qu'il s'agit d'une application de sécurité à haute disponibilité, le skid comprend également un compresseur de secours », explique Jacob Payne, ingénieur principal chez Endpoint Industrial Controls. « De plus, le stockage par batterie fournit une alimentation de secours d'un mois pour compenser la production limitée d'énergie solaire les jours nuageux. »
La société énergétique a demandé une solution basée sur une architecture Rockwell Automation® afin de s'aligner sur son parc installé existant. Le système de commande est doté d'un Allen-Bradley® CompactLogix™ automate et Allen-Bradley POINT I/O™, fonctionnant sur un réseau EtherNet,IP™.
« En fait, notre validation de principe initiale a été appliquée à un système hydraulique – et nous avons réutilisé l'automate CompactLogix existant sur le site », a déclaré Payne.
Le POINT I,O en réseau capture les entrées numériques des transmetteurs de pression, des voltmètres et d'autres dispositifs intelligents. Il fournit également l'état complet de santé du système à un centre de commande des opérations (OCC) intégré à Houston.
Succès grâce à l'information
Le système à énergie solaire fournit des retours plus granulaires que le système précédent, élimine l'utilisation de gaz combustible et permet une exploitation à distance. Le personnel peut ouvrir et fermer les vannes depuis l'OCC situé à des centaines de kilomètres.
« Du point de vue d'une solution verte, le système coche toutes les cases », a déclaré Clay. « Il réduit l'empreinte carbone globale de la société énergétique – et aide à garder les opérateurs hors des routes. »
« Bien que le projet pilote initial ait été appliqué à un système hydraulique, il a prouvé la validité du concept pour toutes les applications », a ajouté Clay. « Notre client a tellement confiance dans les résultats qu'il évalue actuellement le skid pour des applications offshore également. »
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