Operador de tubulação de energia atualiza arquitetura

Operador de tubulação de energia atualiza arquitetura

Desafio

  • A falta de arquitetura padronizada de sistema de controle em várias instalações resulta em excesso de dependência de fornecedores externos e aumento significativo dos custos para configurar, integrar, expandir e atualizar o controle

Soluções

  • Sistema de automação de processo PlantPAx – A plataforma de arquitetura aberta e expansível fornece controle avançado de compressores e motores alternativos, coleta constantemente dados operacionais críticos, simplifica a comunicação e diminui os custos de instalação
  • IHM – O software de visualização integrado oferece acesso instantâneo a tendências operacionais e informações em tempo real
  • Biblioteca do PlantPAx – Inclui os elementos fundamentais básicos do sistema, incluindo faceplates de IHM personalizados para funções específicas da estação do compressor e documentação completa

Resultados

  • Redução do custo de propriedade, maior disponibilidade e menores custos de reparo
  • Estima-se que o investimento de capital do conceito ao comissionamento representa 20% de projetos semelhantes de atualização de automação e controle
  • Definição de metas, consultoria em engenharia, projeto e implementação ajudam a definir o padrão para atualizar outras estações de compressor em CNP-MRT
  • Recursos avançados de comunicação em redes, monitoração e diagnóstico diminuem o tempo de parada do sistema, aumento dos recursos de manutenção preventiva e redução dos custos de reparo
  • Melhora da visibilidade e do diagnóstico

Histórico
A empresa de fornecimento de energia e gás natural CenterPoint Energy – Mississippi River Transmission LLC (CNP-MRT) possui e opera mais de 8.200 milhas (13.000 quilômetros) de tubulação de transmissão que transportou 1,6 trilhões de pés cúbicos (45 bilhões m³) de gás atravessando nove estados no meio do continente em 2012. O sucesso do negócio de transmissão depende de enfrentar complexos desafios de infraestrutura que exige muito capital e consome muitos dados e da movimentação de grandes volumes de gás natural, de modo confiável em longas distâncias, para 22 centrais elétricas movidas a gás.

Competindo por concessionárias contra outras empresas de transmissão e por formas de energia alternativas, a CNP-MRT precisa aproveitar uma tecnologia que minimize os custos operacionais, de manutenção e tempo de parada. Isso permite que a empresa alcance níveis de serviço e preço que conquistam e preservam clientes das concessionárias.

O lucro da transmissão fica ainda mais complicado porque o segmento que depende de produtividade também deve acomodar variáveis como condições climáticas amenas que diminuem a demanda, preços de gás oscilantes e sobrecarga de conformidade com a regulamentação.

Controlar, automatizar e monitorar o desempenho de compressores de motor alternativos com eficiência, inteligência e confiança representa um dos desafios mais significativos na movimentação da maior quantidade de gás natural pelo menor custo. Os motores do tamanho de um ônibus escolar mantêm um fluxo pressurizado (até 1.500 lb/pol²) para reduzir o volume de gás até 600 vezes e impulsioná-lo por uma tubulação.

As oportunidades de controle e automação para reduzir custos de manutenção de infraestrutura, minimizar o tempo de parada e aproveitar o diagnóstico em tempo real são significativas. O possível investimento de capital e a alocação de recursos associados à implantação da tecnologia de controle atualizada em quase 70 unidades de compressor nas linhas de transmissão também são significativos.

Desafio
Cada estação de compressão, localizada em intervalos de 40 a 100 milhas (64 a 160 quilômetros) ao longo de uma rota de tubulação, utiliza de dois a 10 compressores na faixa de 2.000 HP. Os sistemas em obsolescência comuns no setor de fornecimento de energia são feitos para durar. Até mesmo equipamentos produzidos na década de 1960 podem ter mais 20 anos de vida. Mas as máquinas com décadas de existência não são tão eficientes quanto a tecnologia atual. Como resultado, os sistemas de controle costumam ter um desempenho inferior ao exigido pelos padrões atuais.

A atualização dos sistemas de controle na frota de compressores do centro-oeste representa um enorme investimento de capital, principalmente com um modelo de terceirização tradicional que contrata projeto e implementação de controle de várias empresas de engenharia e integradores de sistema. Com o passar do tempo, essa abordagem criou uma mistura de produtos e soluções de controle na CNP-MRT, geralmente com base na lógica proprietária de caixa preta. Como esse cenário tende a manter os operadores de estação e a equipe de gestão por perto, a dependência em excesso de fornecedores externos limita a capacidade interna de configurar, integrar, expandir e atualizar o controle, além de aumentar os custos significativamente.

O grupo de controle e automação da CNP-MRT encarou a estação de compressor Horseshoe Lake da empresa como um caso de teste para projetar e implantar uma atualização de estação executada internamente. A instalação de quatro compressores em Grant City, Illinois, está na tubulação da CenterPoint Mississippi River Transmission (MRT) que transporta gás natural de um estado para outro na região de Missouri, Arkansas e Illinois.

A empresa herdou a Horseshoe Lake de outra entidade que especificou e construiu a instalação antes que ela fosse operada pela CNP-MRT. A estação de sete anos era relativamente nova, mas, na época da construção, o integrador de sistemas original, que tinha a economia em mente, optou por uma arquitetura própria, e os CLPs já estavam chegando ao fim de sua vida útil.

“Com relação ao potencial da arquitetura aberta de hoje, o resultado foi um sistema de controle antigo programado de uma maneira bem antiquada”, disse Steve Starkey, especialista em instrumentação e eletrônica da CNP-MRT que supervisiona as tubulações da empresa na região norte. “Além disso, a CNP-MRT usa exclusivamente produtos da Rockwell Automation e não oferece suporte para a plataforma que estava em uso nessa instalação. Assim, não podíamos trabalhar no sistema de controle sozinhos sem investir uma quantidade significativa de tempo e dinheiro em treinamento.”

Para simplesmente adicionar mais uma etapa em uma sequência de partida do motor, por exemplo, um fornecedor de controle precisava reprogramá-lo por um custo adicional para cada melhoria. Localizar falhas ou enfrentar um obstáculo, principalmente de madrugada ou no fim de semana, coloca as operações de compressor em risco de tempo de parada.

“Costumam dizer que não há muitas maneiras de solucionar um problema de caixa preta”, disse Starkey. “A CNP-MRT não acredita nisso. Queríamos algo que pudesse ser gerenciado diretamente, além de termos controle da localização de falhas. Além disso, um sistema proprietário geralmente não é modular. Não é possível substituir partes individualmente quando há necessidade de integração e expansão.”

Finalmente, a CNP-MRT precisava de melhoria significativa na solução de informações, desde acesso, coleta e compartilhamento de dados até monitoração remota e alarmes em tempo real. As principais despesas variáveis para grandes compressores incluem manutenção do motor para otimizar a eficiência operacional e o desempenho, bem como o custo para reparar falhas que deveriam ser evitáveis.

Com um motor que para de funcionar ou falha, uma empresa de energia não ganha dinheiro. Com contratos que envolvem elevados padrões de confiabilidade no fornecimento, incluindo multas por não fornecer gás conforme prometido, a falta de visibilidade dos dados impede que a empresa tenha uma postura de manutenção proativa, reagindo rapidamente com ajustes e expandindo-se com eficiência.

Solução
A CNP-MRT usou a estação de Horseshoe Lake para criar e testar um possível modelo para desenvolver, gerenciar e implementar com economia uma grande atualização de controle que depende principalmente de recursos internos. Em parceria com especialistas em petróleo e gás da equipe da Global Solutions na Rockwell Automation, a CNP-MRT projetou uma solução específica para a Horseshoe Lake, mas que poderia servir como padrão, ou modelo, para atualizar o restante dos compressores na região do centro-oeste.

A CNP-MRT escolheu um sistema de automação de processo PlantPAx™ da Rockwell Automation que integra controle e informações, usando uma arquitetura aberta para combinar os recursos de um sistema SDCD com acesso integral aos dados de operação do motor. A grande melhora em visibilidade de ativos e informações de produção fornece aos operadores da estação os dados necessários para reagir com mais rapidez a problemas de manutenção, operação e controle de fluxo.

“A tendência das operações de compressor é coletar, integrar e usar quantidades maiores de dados”, disse Starkey. “Estamos tentando otimizar todos os aspectos operacionais, em tempo real, que contribuem para melhorar a disponibilidade, a eficiência e o lucro. Isso inclui monitoração do desempenho da unidade, das emissões e até mesmo da segurança dos motores que bombeiam gás e funcionam a gás.”

“A Rockwell Automation tem tudo de que precisamos na área de processo”, disse Starkey.

A atualização de Horseshoe Lake permite que os operadores de estação gerenciem o controle de carga e velocidade com mais facilidade. O sistema de controle também determina quais unidades de compressor devem ser ligadas com base nas horas do motor e na quantidade de motores que o sistema controla. “Antigamente, quando os motores eram ligados individualmente”, observou Starkey, “era necessário ligar o primeiro, depois o segundo e assim por diante. Como resultado, essas unidades sempre operavam mais horas. Agora, o sistema PlantPAx sabe que deve ligar o motor com a menor quantidade de horas, e desliga primeiro os motores mais utilizados.”

Os recursos de visualização do sistema PlantPAx fornecem visibilidade de compressão, incorporando métricas de desempenho e mostrando as informações de produção atuais nos níveis do motor, da estação e do sistema de tubulação. Relatórios precisos de eventos do motor em tempo real, junto com ferramentas de análise e painéis de gestão, fornecem informações contextuais, localizadas e com base em função para melhorar a tomada de decisões.

“A Rockwell Automation tem tudo de que precisamos na área de processo”, disse Starkey. “Ter acesso a essa experiência de domínio nos ajuda, como grupo de operações, a encontrar uma solução de controle eficiente. Há muitas funções, o que facilita o desenvolvimento e a melhoria da aplicação. Se você pode sonhar, pode realizar.”

Resultados
A CNP-MRT resume os benefícios da atualização em quatro áreas principais.

1. Custo de propriedade – O tempo de projeto, instalação e entrega do novo sistema em Horseshoe Lake foi muito menor que nos sistemas anteriores. Com base na experiência com sistemas anteriores, Starkey estima que o investimento de capital representou aproximadamente 20% do total de projetos de controle de mesma escala.

2. Configuração de IHM simplificada – Não ter que aprender do zero como usar cada aplicação de IHM reduz consideravelmente o tempo de treinamento. Com uma avaliação inicial de referência, mesmo que uma estação seja diferente, o grupo de controle interno poderá fazer modificações para acomodar praticamente qualquer tipo de motor, o que reduz o tempo de integração de modo significativo.

3. Melhora da capacidade de operação – A experiência em Horseshoe Lake mostra que os operadores, que são responsáveis pelas respectivas estações, podem fazer praticamente qualquer coisa que lhes for pedida. “Antigamente, existiam muitas áreas nebulosas, muitas situações em que os operadores não tinham controle ou as informações necessárias”, disse Starkey. “A abordagem agora é diferente. Os próprios operadores ajudaram a criar ótimos programas de IHM e PAC. O sistema de controle é deles.”

4. Diminuição do tempo de parada – O sistema PlantPAx reduziu o tempo de parada da estação e o custo de reparos. Antes, só havia alarmes de encerramento. Hoje, com alarmes programados para indicar problemas no motor antes da falha, os operadores iniciam os reparos bem antes. Observando os dados remotamente, o pessoal pode deixar um motor menos disponível até o problema ser resolvido.

Horseshoe Lake representa a primeira vez que a CNP-MRT atualizou uma estação inteira de controle de compressor usando recursos internos. A equipe de gestão tinha um ceticismo compreensível. “Precisávamos demonstrar que o novo sistema era muito mais fácil de gerenciar para nossa equipe do que os sistemas anteriores”, disse Starkey. “Ele precisava ser mais expansível, mais eficiente e mais confiável do que tudo já adquirido antes.”

Com a Rockwell Automation apoiando o projeto com definição de metas, consultoria em engenharia, orientação e melhores práticas específicas de energia, a solução PlantPAx é o modelo ideal de controle e automação para todo o conjunto de compressores. Dos faceplates até como o sistema de controle opera, o projeto e a implementação são o padrão da CNP-MRT para atualizar outras estações de compressor no futuro.

“O sistema PlantPAx se destacou em todas as métricas, de confiabilidade a expansibilidade e integração de tudo que se pode pensar”, disse Starkey.

Os resultados mencionados acima são específicos para uso de produtos e serviços da Rockwell Automation pela CenterPoint Energy, em conjunto com outros produtos. Os resultados específicos podem variar de um cliente para outro.

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