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個案研究

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Pohokura 訂定遠端營運與可持續發展的標準。

挑戰

  • 開發波霍庫拉 (Pohokura) 生產基地的無人據點

解決方案

  • 整合自動化與控制解決方案
  • MCC - 設計及安裝兩款低電壓馬達控制中心用於生產基地控制
  • 網路功能
  • DeviceNet - 提供可靠的通訊及自動裝置更換功能,可自動下載裝置參數,減少停機時間

結果

  • 遠端營運
  • 整合自動化及控制解決方案,讓波霍庫拉 (Pohokura) 生產基地實現無人正常營運。
  • 各項措施實現卓越的控制、故障診斷及網路功能,避免成本高昂的停機時間
  • 卓越的安全及環境成果
  • 使用水平鑽探將管路置於懸崖表面後方及前濱下方,以保護當地海岸環境,實現卓越的環保成果

背景

天然氣是非常寶貴的資源。相較於其他化石燃料,天然氣是環保且潔淨的燃料。天然氣的效率較高,有 90% 的生產可抵達消費地。

隨著開採、運輸及儲存技術持續演進發展,效率也不斷提升。

天然氣運輸系統包含複雜的管路網,其設計可迅速環保地由產地輸送天然氣至高需求區域。

波霍庫拉 (Pohokura) 氣田位於塔拉納基 (Taranaki) 外海,是紐西蘭最大的天然氣資源,由 ShellTodd PohokuraOMV New Zealand 的合資企業所擁有。

生產基地是由 Shell Exploration NZ 營運,使用 Shell Todd Oil Services 提供的服務。塔拉納基氣田生產的天然氣,會輸送至全國電網之中。

首批開採的商業化天然氣,是在 2006 年 9 月於天然氣田南端的三座陸上「延伸範圍」鑽探氣井生產。

2007 年 3 月,首批五座離岸氣井開始生產天然氣及凝析油,透過海底管路送回莫圖努伊 (Motunui) 的陸上生產基地。

挑戰

開發無人據點,由新普利茅斯 (New Plymouth) 的控制室監控營運,需要結合工程師、顧問及系統整合商的專業知識。

波霍庫拉設計承包商 Transfield Worley,指定長期營運的系統整合商合作夥伴 Engineering Control Limited (ECL)

遠端營運的需求之一,就是要在智慧網路將馬達控制中心整合至主要廠房控制系統,以便將天然氣站資訊送回控制室。

Transfield Worley 的新系統,是以 DeviceNet 網路及 Allen-Bradley ControlLogix® 平台 (由 Rockwell Automation 供應) 為基礎。

另一項需求是控制室必須掌握 400 V MCC 配電設備及廠房 11 kV 主要配電板的狀態,此外也必須能在控制室操作這些配電設備。

其解決方法是利用固定接線,將配電設備連往 ControlLogix 之中的數位 I/O。

由遠端操作配電設備,也是受到歡迎的安全功能,因為這樣就不需要在當地操作,不會讓操作員暴露在可能的有害情況下,例如配電設備操作時故障或失效導致的電弧閃光。

建立遠端營運

波霍庫拉生產 45% 以上的紐西蘭天然氣,透過北島 (North Island) 各地網路輸送以供工業設施或家庭使用。

波霍庫拉營運經理 Paul Brown 表示:「我們使用 Shell 的技術專業知識,實現高度可靠的無人天然氣生產基地,環境足跡相當小。

我們的優先工作就是在準時、符合預算及安全的狀態下交付專案,不造成人員傷害,並且不對鄰近區域或環境造成任何負面影響。」

波霍庫拉生產設施的營運理念是建立零常規作業人力 (ZNOP) 的無人據點;廠房營運可由新普利茅斯的遠端控制室異地執行,使用分散式控制系統 (DCS)。

遠端營運是有助於維護人員安全、並遠離可能危害設備的理想方式,不過營運成功與否,則取決於卓越的控制、故障診斷及網路功能。Rockwell Automation 工業經理 Prasad Nory 表示:「DeviceNet 提供網路解決方案,協助提供穩定可靠的通訊,此外也新增自動裝置更換 (ADR) 功能,可自動下載裝置參數,縮短停機時間。

ADR 包含設定及自動位址復原,可有效降低維護需求。波霍庫拉營運 24 小時全年無休,每個月都排定一天進行主動維護,以找出及處理可能問題。」

波霍庫拉藍圖

Transfield Worley 的電氣工程設計,是完全整合解決方案的基礎,其中需要頂尖電路板製造商 Switchbuild Ltd. 的配合。

波霍庫拉解決方案的發展過程,是圍繞在兩座低電壓馬達控制中心 (MCC) 的開發作業而演進。兩個 2.5 MVA 變壓器透過 4000 A 空氣斷路器 (ACB) 饋入第一個低電壓 MCC。之後第一個 MCC 的電力饋入通過第二個低電壓 MCC。

智慧型 MCC 設計利用 DeviceNet 網路與 DOL 起動馬達啟動器通訊以進行控制及監控。

E3 plus 智慧過載提供馬達保護,非常密切地配合馬達操作特性,提供各種強化保護功能,例如接地故障、失速保護、熱敏電阻及喪失負載等等;而前述功能一般是由成本昂貴許多的馬達保護繼電器才能實現。

Allen Bradley ControlLogix 控制器用於提供全方位的 MCC 監控及控制,並將資訊送回分散式控制系統。

Switchbuild 經理 Donald Liddell 表示:「Allen Bradley 解決方案提供先進的負載保護功能。客戶能夠分析馬達效能及檢視故障,一切都在內部裝置進行,並可由分散式控制系統檢視。」

為了避免波霍庫拉出現代價高昂的停機時間,ECL 於 PAC 開發及納入切換控制,以免兩個 11 kV 配電板其中一個喪失電力。

ECL 工程師 Peter Huitema 表示:「通常在切換電源時就會喪失電力,即使只是幾毫秒的時間,馬達也會停機。

為了避免這種情形,我們判定馬達可以承受多少秒數的無電力情況,不造成任何損壞。

我們利用慣性讓馬達持續運轉 1.5 秒,讓其他電源有時間切換。將此項資訊編程至控制系統,就能避免代價高昂的停機問題。」

卓越的環境成果

實作最先進的工程,讓波霍庫拉廠房能夠於遠端營運。

波霍庫拉營運工程師 Paul Brown 表示:「遠端營運更重視人員及環境安全,因此廠房及元件必須可靠運作,並將維護需求降到最低。

波霍庫拉專案選擇使用的所有元件,可靠性都深獲肯定。」

為了達成卓越的環境成果,天然氣田的原始設計進行修改。

其中使用水平鑽探技術,這樣就不需要由陸上生產基地舖設管路至離岸平台,避免橫越懸崖表面及前濱。

這裡採用了紐西蘭的首創作法,將管路置於懸崖表面後方及前濱下方,沒有任何可見或實體的入侵物,保存了當地的海岸環境。

廠房處理區建構於混凝土堤岸。在水排入雨水處理系統之前,會以能吸水的撇清器移除浮在表面的殘餘碳氫化合物。

雨水將透過特殊設計的「溼地」進一步處理,其中廠房將做為天然的生物濾器。溼地過濾可移除任何殘餘的碳氫化合物。

Shell Pohokura 提供的以上環境功能,在 2010 年獲得塔拉納基區域議會 (Taranaki Regional Council) 頒贈的永續發展及技術創新獎。

Rockwell Automation 整合自動化控制解決方案獲得了正面回應。Brown 最後表示:「Rockwell Automation PAC 在波霍庫拉營運的五年期間沒有任何問題。我們在預算、時間、人員安全及環境永續性方面都達成目標。」

波霍庫拉成功運作遠端營運的價值獲得實現,目前正擴展規模,使用 Rockwell Automation Integrated Architecture 系統可輕鬆延伸的相同解決方案,建立另一座廠房。

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