Pohokura stabilisce lo standard per l’operazione remota e la sostenibilità

Contesto

Il gas naturale è una risorsa molto preziosa. Rispetto ad altri combustibili fossili, è un combustibile pulito e rispettoso dell'ambiente. Il gas naturale è più efficiente, con il 90 % della produzione che raggiunge il punto di consumo.

L'efficienza migliora costantemente grazie ai progressi tecnologici nelle tecniche di estrazione, trasporto e stoccaggio.

Il sistema di trasporto del gas naturale è costituito da una complessa rete di condotte, progettate per trasportare il gas naturale in modo rapido ed efficiente dal luogo di origine alle aree di maggiore domanda.

Il giacimento di Pohokura, al largo di Taranaki, è la più grande risorsa di gas naturale del paese, di proprietà di una joint venture traShell, Todd Pohokura, e OMV New Zealand.

La stazione di produzione è gestita da Shell Exploration NZ che utilizza i servizi di Shell Todd Oil Services. Il gas naturale del giacimento di Pohokura viene immesso nella rete nazionale.

Il primo gas commerciale è stato estratto da tre pozzi di perforazione onshore a "portata estesa" nella parte meridionale del giacimento nel settembre 2006.

Nel marzo 2007, gas e condensato hanno iniziato a fluire dal primo di cinque pozzi offshore attraverso un gasdotto sottomarino verso una stazione di produzione a terra a Motunui.

Sfida

Lo sviluppo di un sito senza personale, dove le operazioni sono monitorate da una sala di controllo a New Plymouth, ha richiesto la collaborazione di ingegneri, consulenti e integratori di sistemi.

L'appaltatore per la progettazione di Pohokura, Transfield Worley, ha nominato come partner integratore di sistemi di lunga data Engineering Control Limited (ECL).

Uno dei requisiti per il funzionamento remoto era che i centri di controllo motori fossero integrati nel sistema di controllo principale dell'impianto su una rete intelligente, in modo che le informazioni dalla stazione di gas potessero essere trasmesse alla sala di controllo.

Transfield Worley ha basato il nuovo sistema sulla rete DeviceNet insieme alla piattaforma Allen-Bradley ControlLogix® di Rockwell Automation.

Un altro requisito era che lo stato dei dispositivi di commutazione dell'alimentazione nei centri controllo motori a 400 V e nel quadro elettrico principale a 11 kV dell'impianto dovesse essere disponibile nella sala di controllo e che questi dispositivi di commutazione dovessero essere azionabili anche dalla sala di controllo.

Ciò è stato ottenuto cablando direttamente il sistema di commutazione a I/O digitale nel ControlLogix.

La possibilità di azionare l'apparecchiatura da remoto è anche una caratteristica di sicurezza molto apprezzata, in quanto elimina la necessità di intervento in loco e quindi non espone gli operatori a possibili danni, come ad esempio un arco elettrico, che può verificarsi in caso di guasto o malfunzionamento dell'apparecchiatura durante il suo utilizzo.

Stabilire un'operazione remota

Pohokura produce oltre il 45 % del gas naturale della Nuova Zelanda, che viene distribuito nell'Isola del Nord per il consumo industriale e domestico.

"Utilizzando le competenze tecniche di Shell, abbiamo realizzato una stazione di produzione di gas senza equipaggio altamente affidabile con un'impronta ambientale ridotta", ha dichiarato Paul Brown, Operations Engineer di Pohokura.

"Per noi era prioritario consegnare il progetto in tempo, rispettando il budget e in sicurezza, senza danni al personale o effetti negativi sui vicini o sull'ambiente".

La filosofia operativa dello stabilimento di produzione di Pohokura prevedeva la creazione di un sito senza personale con presenza operativa normale zero (ZNOP); il funzionamento dell'impianto sarebbe stato eseguito da remoto da una sala di controllo a New Plymouth utilizzando un sistema di controllo distribuito (DCS).

Il funzionamento da remoto è un modo ideale per mantenere il personale al sicuro e lontano da apparecchiature potenzialmente pericolose, ma il suo successo operativo dipende da un eccellente controllo, dalla diagnostica dei guasti e dalle capacità di rete. "DeviceNet ha fornito una soluzione di rete che poteva aiutare a garantire una comunicazione affidabile e aveva anche la funzione aggiuntiva di sostituzione automatica del dispositivo (ADR), consentendo di ridurre i tempi di fermo con il download automatico dei parametri dei dispositivi", ha dichiarato Prasad Nory, Industry Manager di Rockwell Automation.

ADR consiste nella configurazione e nel ripristino automatico degli indirizzi, che riduce efficacemente i requisiti di manutenzione. Operando 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana, Pohokura ha un giorno di manutenzione proattiva programmata ogni mese per identificare e risolvere i potenziali problemi.

Il progetto Pohokura

Il progetto elettrico di Transfield Worley è stato la base per una soluzione completamente integrata che ha richiesto le capacità dei principali costruttori di quadri, Switchbuild Ltd.

La soluzione per Pohokura si è sviluppata attorno allo sviluppo di due centri di controllo motori (MCC) a bassa tensione. Due trasformatori da 2.5 MVA alimentano il primo MCC a bassa tensione tramite interruttori automatici aperti (ACB) da 4000 A. L'alimentazione dal primo MCC viene quindi trasmessa al secondo MCC a bassa tensione.

Il design intelligente del centro controllo motori utilizzava la rete DeviceNet, comunicando con gli avviatori DOL per il controllo e il monitoraggio.

I sovraccarichi intelligenti E3 plus hanno fornito una protezione motore che corrispondeva molto da vicino alle caratteristiche di funzionamento del motore con capacità di protezione avanzate come guasto verso terra, stallo, termistore e perdita di carico che sono normalmente fornite da relè di protezione motore molto più costosi.

Un Allen-Bradley ControlLogix Programmable Automation Controller viene utilizzato per fornire il monitoraggio e il controllo completi dei centri controllo motori e per inviare informazioni al sistema di controllo distribuito.

"La soluzione Allen-Bradley fornisce una protezione avanzata del carico. Il cliente ha la possibilità di analizzare le prestazioni dei propri motori e visualizzare i guasti, il tutto in un'unità integrata visibile dal sistema di controllo distribuito", ha dichiarato Donald Liddell, Manager di Switchbuild.

Per evitare costosi tempi di fermo a Pohokura, ECL ha sviluppato e incorporato controlli di commutazione nel PAC nel caso in cui si verifichi una perdita di alimentazione da uno dei due ingressi da 11 kV.

Secondo Peter Huitema, ingegnere ECL, "Normalmente, quando si passa da un alimentatore all'altro, si perde potenza, anche se solo per pochi millisecondi, e i motori si spengono.

Per evitare questo, abbiamo determinato per quanti secondi il motore può rimanere senza alimentazione senza causare danni.

Abbiamo utilizzato l'inerzia per mantenere i motori in funzione per un massimo di 1.5 secondi, per consentire il tempo necessario al passaggio all'altra alimentazione. Programmando queste informazioni nel sistema di controllo, siamo stati in grado di evitare costosi spegnimenti."

Eccellenza ambientale

L'implementazione di tecnologie all'avanguardia ha permesso di gestire l'impianto di Pohokura da remoto.

"La sicurezza del personale e dell'ambiente ha un'importanza ancora maggiore in un'operazione remota, pertanto l'impianto e i componenti devono funzionare in modo affidabile con una manutenzione minima.

Tutti i componenti scelti per il progetto Pohokura dovevano avere una comprovata affidabilità", ha dichiarato Paul Brown, ingegnere delle operazioni di Pohokura.

Per raggiungere l'eccellenza ambientale, sono state apportate modifiche al progetto originale del campo.

È stata utilizzata la tecnologia di perforazione orizzontale direzionale per eliminare la necessità di avere un gasdotto dalla stazione di produzione onshore alla piattaforma offshore che avrebbe attraversato la scogliera e la riva.

Invece, per la prima volta in Nuova Zelanda, è stato inserito un condotto dietro la parete della scogliera e sotto la riva, in modo da non avere alcuna intrusione visibile o fisica e preservare l'ambiente costiero locale.

Le aree di lavorazione dell'impianto sono costruite in bacini di cemento. Prima che l'acqua venga scaricata nei sistemi di trattamento delle acque piovane, uno skimmer assorbente rimuove gli idrocarburi galleggianti residui.

Le acque meteoriche vengono ulteriormente trattate in una zona umida appositamente progettata, dove le piante vengono utilizzate come filtro biologico naturale. La filtrazione attraverso le zone umide rimuove qualsiasi idrocarburo residuo.

Queste caratteristiche ambientali hanno permesso a Shell Pohokura di ricevere un premio per lo sviluppo sostenibile e l'innovazione tecnica dal Taranaki Regional Council nel 2010.

La reazione alla soluzione di controllo dell'automazione integrata di Rockwell Automation è stata positiva. "Non ci sono stati problemi con i PAC di Rockwell Automation nei cinque anni di attività di Pohokura: i nostri obiettivi sono stati pienamente soddisfatti in termini di budget, tempistiche, sicurezza del personale e sostenibilità ambientale", conclude Brown.

Il valore del funzionamento a distanza di successo del controllo a Pohokura è stato realizzato e, in quanto tale, è attualmente in fase di espansione per creare un altro impianto utilizzando la stessa soluzione facilmente estendibile fornita dal sistema Integrated Architecture di Rockwell Automation.