Ganar al límite

Con sistemas que funcionan continuamente y transmiten datos precisos en tiempo real, la supervisión ininterrumpida con detección automática de fallas evita el tiempo de inactividad no planificado y otras ineficiencias operativas.

En este documento técnico se describe lo siguiente:

• Lleve el control y la automatización al límite (dispositivos que respaldan las operaciones de tuberías).
• Cree una plataforma sólida que pueda funcionar en condiciones climáticas severas.
• Proporcione una solución que proteja los datos en el borde y en toda la empresa.

Resumen

En los últimos años, la industria del gas natural de los Estados Unidos (EE. UU.) ha crecido tanto en oferta como en demanda. La creciente demanda de opciones de energía más limpia y la explotación de nuevas reservas respaldan la expansión de la producción de gas natural. Pero, ¿puede la industria del gas natural mantener este crecimiento de manera segura? Cuando sus sistemas operativos fallan, está expuesto a amenazas de seguridad, infracciones de cumplimiento, balanceo de gas impreciso y muchos otros problemas. En este documento técnico, descubrirá cómo la aplicación de una plataforma robusta de nivel industrial como parte de una solución de computación perimetral más amplia puede mejorar drásticamente la economía operativa de los oleoductos, permitir operaciones más flexibles, reducir el tiempo de inactividad y crear una mejor administración de la información.

Introducción

La industria del gas natural de EE. UU. ha crecido rápidamente. Los nuevos métodos y tecnologías de fracturación hidráulica y perforación horizontal generaron una ola de suministros de gas natural. Con más de 3.374 billones de pies cúbicos (Tcf) de reservas descubiertas, EE. UU. es uno de los principales productores de gas natural. La preocupación por el cambio climático y el medio ambiente impulsa el uso de recursos energéticos «más limpios». La energía eléctrica es el principal consumidor de gas natural (Figura 1). En la actualidad, el gas natural satisface más del 30% de las necesidades energéticas de EE. UU.¹

El gas natural es un recurso de energía limpia. Con abundantes suministros, los precios del gas natural de Henry Hub han promediado menos de 4 dólares/BTU desde 2015, con algunas excepciones. En consecuencia, los usuarios residenciales y comerciales están migrando al gas natural para calefacción y otros servicios. A medida que aumenta la demanda en todos los sectores, ¿puede la industria del gas natural satisfacer de manera sostenible la demanda futura? ¿Se cuenta con la infraestructura, el personal calificado y los procedimientos de seguridad necesarios para suministrar gas natural de manera confiable a todos los usuarios?

La gestión de tuberías en la actualidad

En EE. UU., el gas natural se entrega a los clientes a través de una red de gasoductos subterráneos de 2,6 millones de millas. Incluye más de 2.2 millones de millas de ductos de distribución de servicios públicos locales y 300,000 millas de ductos de transmisión.1 Si bien se trata de una red vasta y complicada, el transporte por gasoductos sigue siendo la forma más segura de entregar gas natural a los consumidores.

En las operaciones de oleoductos, la buena información basada en datos en tiempo real es fundamental para mantener las operaciones sostenibles. En el caso de la distribución de gas natural, las causas fundamentales de los principales incidentes provienen de daños externos (Figura 2). Sin embargo, un tercio de los incidentes graves están relacionados con el mantenimiento y las operaciones de los oleoductos. Con una red amplia, el tiempo entre la ocurrencia de un evento y la respuesta correctiva puede ser el factor determinante para determinar si se trata solo de una interrupción breve o de un desastre ambiental.

Las interrupciones en la distribución de gas natural tienen importantes efectos económicos, sociales y de seguridad. Entre 2015 y 2017, se reportaron 12 muertes y 10 lesiones debido a accidentes en gasoductos de gas natural en los EE. UU. Hay otros innumerables incidentes y eventos que casi no provocan muertes ni lesiones. Las empresas de gasoductos de gas natural se enfrentan a presiones de todos lados. Las comunidades están preocupadas por las prácticas de seguridad y por el envejecimiento de la infraestructura de oleoductos. Las agencias reguladoras gubernamentales exigen un mejor desempeño ambiental y de seguridad por parte de los operadores de oleoductos y han promulgado una legislación más estricta que implica auditorías rigurosas y multas más altas por incumplimiento.

Stratus escucha los mismos temas de las compañías de gas natural:

«Estamos experimentando un tiempo de inactividad inaceptable en nuestros sistemas de infraestructura de oleoductos, cada vez más complejos».

«Tenemos que enviar un ejército de personas a lugares remotos para monitorear manualmente las partes críticas de las tuberías si todos los sistemas no funcionan».

«Estamos a ciegas cuando no tenemos nuestros sistemas siempre encendidos».

«Tenemos que demostrar que cumplimos con las normas y no pueden faltar datos; de lo contrario, nos pueden multar».

«No tenemos habilidades técnicas de TI ni recursos para solucionar problemas del sistema en ubicaciones remotas».

«Añadimos cada vez más complejidad a nuestros sistemas de tuberías, lo que los hace más frágiles».

Los operadores de gasoductos de gas natural se enfrentan a múltiples desafíos para gestionar los problemas relacionados con el legado, la latencia y la modernización. Más importante aún, los operadores de oleoductos deben capitalizar los datos recopilados y tomar decisiones basadas en la información.

«La infraestructura de Edge Computing fuera del centro de datos es esencial, ya que recopila, procesa y actúa sobre los datos recopilados cerca de la propia infraestructura de canalización en tiempo real».

Computación perimetral y perimetral: Las tecnologías avanzadas de hardware y software están trazando nuevos caminos para mejorar las operaciones y la rentabilidad de los oleoductos. Estos avances están remodelando radicalmente las opciones para gestionar los datos en tiempo real. Las plataformas sólidas y confiables garantizan que los datos y la información se puedan compartir con varios usuarios de manera segura.

La década de 2020 se define como la década de la digitalización. En consecuencia, los avances en el hardware, el software y las plataformas de gestión industrial están difuminando las áreas de responsabilidad y creando nuevos conceptos para administrar y analizar los datos más cerca de la infraestructura del oleoducto. De cara al futuro, las funciones de TI y OT se fusionarán a medida que la adopción de plataformas de gestión de infraestructura industrial y computación perimetral cobre impulso en la industria de los gasoductos de gas natural.

La infraestructura de Edge Computing fuera del centro de datos es esencial, ya que recopila, procesa y actúa sobre los datos recopilados cerca de la propia infraestructura de canalización en tiempo real.

Las soluciones convencionales de gestión de tuberías están fallando a los operadores intermedios

Muchas empresas intermedias luchan por resolver los problemas de gestión operativa y de uso de datos de canalización. La incorporación de más capacidades de digitalización formará parte de los planes de supervivencia para automatizar los procesos y realizar análisis de datos en tiempo real. La computación perimetral es una solución tanto viable como esencial para ciertas cargas de trabajo y tareas de administración de canalizaciones.

Los activos intermedios son redes en expansión. Para mejorar el rendimiento operativo y aumentar la disponibilidad de los equipos, los operadores de tuberías necesitan soluciones instaladas más cerca del área de operación. La computación perimetral actúa como la columna vertebral de la transición a la IoT industrial y la digitalización. Tanto la computación perimetral como la perimetral requieren plataformas de nivel industrial para ejecutar soluciones de automatización y control que contengan HMI, SCADA, historiales, análisis y funciones de gestión del rendimiento de los activos (Figura 3).

La computación perimetral puede equilibrar la carga de datos recopilada por los dispositivos industriales inteligentes: sensores y controladores lógicos programables (PLC). No es necesario enviar todos los datos al centro de datos global. Con la computación perimetral, los datos se pueden procesar más cerca de la infraestructura de procesamiento intermedio, lo que permite responder más rápidamente a las condiciones cambiantes.

Para las operaciones de gestión de infraestructuras de tuberías, la fiabilidad y la seguridad son prioridades fundamentales. Según un informe reciente de Deloitte, un enfoque basado en datos puede reducir el tiempo de inactividad anual en un 70% y reducir los costos de tiempo de inactividad no planificado hasta en un 22%. A diferencia de los programas convencionales de gestión de infraestructuras basados en el tiempo, Edge Computing garantiza que los datos de estado de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) se puedan analizar en tiempo real. Además, la computación perimetral es esencial, ya que admite soluciones críticas de mantenimiento predictivo.

Los mejores programas de mantenimiento alargan la vida útil de la infraestructura clave. Debido a la ubicación remota de los activos de tuberías, la computación periférica requiere un sistema informático robusto, seguro y altamente automatizado que proteja y respalde las aplicaciones de administración de tuberías de manera rápida, confiable y eficiente. Además, las plataformas deben incorporar redundancia para proteger los datos almacenados y continuar con las operaciones de canalización designadas en caso de que se interrumpan las conexiones a las plataformas SCADA.

«Según un informe reciente de Deloitte, un enfoque basado en datos puede reducir el tiempo de inactividad anual en un 70% y reducir los costos de tiempo de inactividad no planificado hasta en un 22%. A diferencia de los programas convencionales de gestión de infraestructuras basados en el tiempo, Edge Computing garantiza que los datos de estado de los equipos (temperatura, presión y vibraciones) puedan analizarse en tiempo real».

Gestión de oleoductos: Houston, tenemos un problema

Un gran operador de gasoductos que administraba 15 000 millas de infraestructura, repartidas en 16 estados y que transportaba más de 1 tonelada de gas natural al año a su base de clientes, actualizó sus estaciones de compresores para convertirlas en un sistema totalmente redundante. Esta actualización incluyó bombas/turbinas de compresores, válvulas y sistemas de seguridad y control, tal como lo exigen las normas de CRM. Fue fácil implementar la redundancia para los PLC, la alimentación y los servicios de red. Sin embargo, la creación de una plataforma informática totalmente redundante y siempre activa para operar las aplicaciones SCADA, Historian, HMI y sistemas de control relacionados siguió siendo un desafío fundamental. Y lo que es más importante, un elemento clave de la actualización operativa total fue la implementación de una solución de mantenimiento predictivo para detectar y abordar los problemas de la estación de compresores antes de que se produjeran interrupciones no planificadas o fallas catastróficas.

La solución adoptada implicó la implementación de tres servidores informáticos estándar en cada estación de compresión, cada uno de los cuales ejecutaba una aplicación crítica. Desafortunadamente, esta solución tenía múltiples puntos débiles. Se necesitaban de seis a ocho servidores en cada ubicación para admitir una variedad de aplicaciones de administración de tuberías. Dadas las limitaciones de espacio y energía, este era un problema importante que complicaba las operaciones cuando fallaban los servidores. Para que una estación de compresores volviera a estar completamente operativa, fue necesario reconfigurar su entorno operativo exacto en la sede central y, luego, conducir hasta el lugar para realizar la instalación y el recableado. Esto llevaría de dos a tres días.

La pérdida de datos en las estaciones de compresores supuso unos resultados subóptimos para el operador del oleoducto, lo que frustró el objetivo de aumentar la eficiencia operativa total. La infraestructura informática de hardware existente creó obstáculos críticos y costosos para los objetivos de administración de oleoductos.

«Con sistemas que funcionan continuamente y transmiten datos precisos en tiempo real, la supervisión ininterrumpida con detección automática de fallas evita el tiempo de inactividad no planificado y otras ineficiencias operativas».

Gestión de los oleoductos del futuro

Stratus Technologies está trabajando en un nuevo enfoque para resolver los problemas de administración de la infraestructura de tuberías, como los que se han destacado. Nuestra solución admite un sistema de tuberías completo y siempre activo que elimina el tiempo de inactividad y optimiza las operaciones. Este enfoque consta de tres pasos:

• Lleve el control y la automatización al límite (dispositivos que respaldan las operaciones de tuberías).
• Cree una plataforma sólida que pueda funcionar en condiciones climáticas severas.
• Proporcione una solución que proteja los datos en el borde y en toda la empresa.

Lleve el control y la automatización al límite. En lugar de confiar en el centro de datos o los sistemas SCADA para las acciones de análisis y respuesta, Edge Computing admite las decisiones y acciones de control a nivel de dispositivo. Para las tuberías, las estaciones de compresión son el corazón de la operación. Al usar plataformas informáticas de nivel industrial (Figura 3), Edge Computing admite el mantenimiento predictivo y la supervisión general del estado de las estaciones de compresores. Los datos actuales de los sensores de compresores pueden detectar la necesidad de reparaciones mucho antes de que se produzca una falla total.

El mantenimiento planificado reduce la falta de disponibilidad de los equipos, el costo de las reparaciones y la pérdida de ingresos. Alrededor del 30% de los principales incidentes de tuberías se deben a fallas en los equipos y a operaciones incorrectas (Figura 2). Con sistemas que funcionan continuamente y transmiten datos precisos en tiempo real, la supervisión ininterrumpida con detección automática de fallas evita el tiempo de inactividad no planificado y otras ineficiencias operativas.

Cree una plataforma sólida que funcione en condiciones climáticas severas. En el caso de las tuberías, la instrumentación, los sensores, los compresores y las plataformas de datos están sujetos a condiciones variables. Estos dispositivos y activos deben soportar temperaturas extremas, vibraciones y golpes. La plataforma Edge Computing debe tener un diseño de nivel industrial y ser resiliente a un entorno en constante cambio. Y lo que es más importante, la plataforma debe autocontrolarse y repararse automáticamente en caso de que surjan problemas. En el caso de las canalizaciones, la tecnología sin intervención apoya de manera eficiente la supervisión, el control y la actualización de los activos remotos sin necesidad de recursos de TI in situ.

Proporcione una solución que proteja los datos en el borde y en toda la empresa. El principal beneficio de la digitalización es la capacidad mejorada para mover y usar datos en toda la organización. La seguridad de los datos es una preocupación importante. La plataforma que admite Edge Computing debe estar disponible de forma continua, proteger los datos e incluir funciones de redundancia para la protección contra fallos. Con una plataforma sólida, es más fácil, seguro y económico compartir los datos en toda la empresa. Las operaciones flexibles permiten ejecutar más aplicaciones sin añadir complejidad ni riesgo de fallos.

La jerarquía de datos ayuda a determinar dónde se deben almacenar o usar los datos. La digitalización generará más datos para administrar y analizar de manera eficiente. Con la información en tiempo real desarrollada por Edge Computing, se pueden implementar mejores decisiones con mayor rapidez a nivel de dispositivo. Los dispositivos inteligentes en arquitecturas «plug and play» permiten el análisis a nivel periférico y pueden reducir la necesidad de enviar datos al centro de datos para tomar medidas adicionales.

Preparar la operación para el futuro

De cara al futuro, la industria intermedia necesitará planes de vida que respalden la conectividad y la seguridad de los datos continuas con la infraestructura de oleoductos remotos, las soluciones de administración de oleoductos y los centros de datos. La planificación de la mejor infraestructura de hardware y software para las operaciones intermedias es fundamental para la sostenibilidad a largo plazo. Las empresas intermedias no pueden permitirse momentos «a ciegas» en sus operaciones.

Durante más de 40 años, Stratus Technologies ha ayudado a las empresas a mantener sus sistemas en funcionamiento continuo. Obtenga más información en Oil and Gas Midstream o solicite una demostración.