위닝 앳 더 엣지

시스템이 지속적으로 작동하고 실시간으로 정확한 데이터를 전송하는 경우 자동 장애 감지 기능을 갖춘 연중무휴 모니터링으로 계획되지 않은 가동 중지 시간과 기타 운영 비효율성을 방지할 수 있습니다.

이 백서에는 다음과 같은 내용이 요약되어 있습니다.

• 엣지 (파이프라인 운영을 지원하는 디바이스) 에 제어 및 자동화를 제공합니다.
• 혹독한 기후 조건에서도 작동할 수 있는 견고한 플랫폼을 구축하세요.
• 엣지 및 엔터프라이즈 전반의 데이터를 보호하는 솔루션을 제공합니다.

초록

최근 몇 년 동안 미국 (U.S) 천연가스 산업은 공급과 수요 측면에서 모두 성장했습니다.청정 에너지 옵션에 대한 수요 증가와 새로운 매장량 개발은 천연 가스 생산량 확대를 뒷받침합니다.하지만 천연가스 산업이 이러한 성장을 안전하게 유지할 수 있을까요?운영 시스템에 장애가 발생하면 안전 위협, 규정 준수 위반, 부정확한 가스 밸런싱 및 기타 여러 문제에 노출됩니다.이 백서에서는 광범위한 엣지 컴퓨팅 솔루션의 일부로 견고한 산업용 플랫폼을 적용하여 파이프라인 운영 경제성을 크게 개선하고, 보다 유연한 운영을 가능하게 하고, 다운타임을 줄이고, 정보 관리를 개선할 수 있는 방법을 알아봅니다.

소개

미국 천연가스 산업은 빠르게 성장했습니다.수압 파쇄 및 수평 천공의 새로운 방법과 기술은 천연 가스 공급의 물결을 일으켰습니다.3,374조 입방피트 (Tcf) 이상의 발견 매장량을 보유한 미국은 최고의 천연가스 생산국입니다.기후 변화와 환경에 대한 우려는 “청정” 에너지 자원을 사용하는 원동력입니다.전력은 천연 가스의 주요 소비자입니다 (그림 1).오늘날 천연가스는 미국 에너지 수요의 30% 이상을 충족합니다.¹

천연 가스는 청정 에너지 자원입니다.공급량이 풍부하기 때문에 헨리 허브 천연가스 가격은 일부 예외를 제외하고 2015년 이후 평균 BTU 4달러 미만입니다.따라서 주거 및 상업용 사용자는 난방 및 기타 서비스를 위해 천연 가스로 마이그레이션하고 있습니다.모든 부문의 수요가 증가함에 따라 천연가스 산업이 미래 수요를 지속적으로 충족할 수 있을까요?천연가스를 모든 사용자에게 안정적으로 공급하기 위해 필요한 인프라, 숙련된 인력 및 안전 절차가 마련되어 있습니까?

오늘날의 파이프라인 관리

미국에서는 260만 마일의 지하 파이프라인 네트워크를 통해 천연가스가 고객에게 공급됩니다.여기에는 220만 마일이 넘는 지역 유틸리티 분배 파이프라인과 300,000마일의 송전 파이프라인이 포함됩니다.1 이것은 방대하고 복잡한 네트워크이지만 파이프라인 운송은 여전히 소비자에게 천연가스를 공급하는 가장 안전한 방법입니다.

파이프라인 운영에서 지속 가능한 운영을 유지하려면 실시간 데이터를 기반으로 한 우수한 정보가 중요합니다.천연가스 분배의 경우 주요 사고의 근본 원인은 외부 피해입니다 (그림 2).그러나 심각한 사고의 1/3은 파이프라인 유지 관리 및 운영과 관련이 있습니다.광대한 네트워크에서는 이벤트 발생과 시정 대응 사이의 시간이 일시적인 중단인지 환경 재해인지를 결정하는 요인이 될 수 있습니다.

천연가스 분배의 혼란은 경제적, 안전과 사회에 중대한 영향을 미칩니다.2015년부터 2017년까지 미국에서는 천연가스 파이프라인 사고로 12명의 사망자와 10명의 부상자가 보고되었습니다. 그 외에도 사망이나 부상으로 이어지지 않는 수많은 사고와 아차사고 사례가 있습니다.천연가스 파이프라인 회사들은 사방에서 압력에 직면하고 있습니다.지역 사회는 안전 관행과 노후화된 파이프라인 인프라에 대해 우려하고 있습니다.정부 규제 기관은 파이프라인 운영자에게 더 나은 안전 및 환경 성능을 요구하고 있으며, 엄격한 감사와 규정 미준수에 대한 더 큰 벌금을 포함하는 더 엄격한 법률을 제정했습니다.

Stratus는 천연 가스 회사로부터 동일한 주제를 듣고 있습니다.

“갈수록 복잡해지는 파이프라인 인프라 시스템에서 용납할 수 없는 다운타임을 경험하고 있습니다.”

“모든 시스템이 다운되면 많은 인력을 원격 위치로 보내 파이프라인의 중요한 부분을 수동으로 모니터링해야 합니다.”

“시스템이 항상 켜져 있지 않으면 눈이 멀게 됩니다.”

“규정을 준수하고 데이터를 누락할 수 없음을 증명해야 합니다. 그렇지 않으면 벌금이 부과될 수 있습니다.”

“원격 위치의 시스템 문제를 해결할 수 있는 기술적 IT 기술이나 리소스가 없습니다.”

“우리는 파이프라인 시스템에 점점 더 복잡성을 더해 더 쉽게 고장날 수 있게 만들고 있습니다.”

천연가스 파이프라인 운영자는 레거시, 대기 시간 및 현대화 문제를 관리하는 데 여러 가지 과제에 직면해 있습니다.더 중요한 것은 파이프라인 운영자가 수집된 데이터를 활용하고 정보에 기반한 결정을 내려야 한다는 것입니다.

“파이프라인 인프라 근처에서 수집된 데이터를 실시간으로 수집, 처리 및 활용하기 때문에 데이터 센터 외부의 엣지 컴퓨팅 인프라는 필수적입니다.”

엣지 및 엣지 컴퓨팅: 첨단 하드웨어 및 소프트웨어 기술은 파이프라인의 운영 및 수익성을 개선하기 위한 새로운 경로를 제시하고 있습니다.이러한 발전은 데이터를 실시간으로 관리하는 옵션을 근본적으로 바꾸고 있습니다.견고하고 신뢰할 수 있는 플랫폼을 통해 데이터와 정보를 여러 사용자와 안전하게 공유할 수 있습니다.

2020년대는 디지털화의 10년으로 정의됩니다.결과적으로 하드웨어, 소프트웨어 및 산업 관리 플랫폼의 발전으로 인해 책임 영역이 모호해지고 파이프라인 인프라에 더 가까운 곳에서 데이터를 관리하고 분석하기 위한 새로운 개념이 생겨나고 있습니다.앞으로 천연가스 파이프라인 산업에서 엣지 컴퓨팅 및 산업 인프라 관리 플랫폼의 채택이 가속화됨에 따라 IT 및 OT 업무가 병합될 것입니다.

데이터센터 외부의 엣지 컴퓨팅 인프라는 파이프라인 인프라 근처에서 수집된 데이터를 실시간으로 수집, 처리 및 활용하기 때문에 필수적입니다.

기존의 파이프라인 관리 솔루션은 미드스트림 사업자에게 실패하고 있습니다.

많은 미드스트림 기업이 파이프라인 데이터 사용 및 운영 관리 문제를 해결하는 데 어려움을 겪고 있습니다.더 많은 디지털화 기능을 통합하는 것이 프로세스를 자동화하고 실시간 데이터 분석을 수행하기 위한 생존 계획의 일부가 될 것입니다.엣지 컴퓨팅은 특정 파이프라인 관리 워크로드 및 작업을 위한 실행 가능하고 필수적인 솔루션입니다.

미드스트림 자산은 네트워크가 확장되고 있습니다.운영 성능을 개선하고 장비 가용성을 높이려면 파이프라인 운영자는 운영 영역 가까이에 솔루션을 설치해야 합니다.엣지 컴퓨팅은 산업용 IoT 및 디지털화로의 전환을 위한 중추 역할을 합니다.HMI, SCADA, 히스토리언, 분석 및 자산 성과 관리 기능을 포함하는 자동화 및 제어 솔루션을 실행하려면 엣지 컴퓨팅과 엣지 컴퓨팅 모두 산업용 플랫폼이 필요합니다 (그림 3).

엣지 컴퓨팅은 센서 및 PLC (프로그래머블 로직 컨트롤러) 와 같은 스마트 산업 장치에서 수집한 데이터 로드의 균형을 맞출 수 있습니다.모든 데이터를 글로벌 데이터 센터로 다시 보낼 필요는 없습니다.엣지 컴퓨팅을 사용하면 미드스트림 파이프라인 인프라에 더 가깝게 데이터를 처리할 수 있으므로 변화하는 조건에 더 빠르게 대응할 수 있습니다.

파이프라인 인프라 관리 운영의 경우 신뢰성과 안전이 중요한 우선 순위입니다.최근 딜로이트 보고서에 따르면 데이터 기반 접근 방식은 연간 다운타임을 70% 줄이고 계획되지 않은 다운타임 비용을 최대 22% 낮출 수 있습니다.기존의 시간 기반 인프라 관리 프로그램과 달리 Edge Computing은 장비 상태 데이터 (온도, 압력 및 진동) 를 실시간으로 분석할 수 있도록 합니다.또한 엣지 컴퓨팅은 중요한 예측 유지 관리 솔루션을 지원하기 때문에 필수적입니다.

유지 관리 프로그램을 개선하면 주요 인프라의 서비스 수명이 연장됩니다.파이프라인 자산의 원격 위치로 인해 Edge Computing에는 파이프라인 관리 애플리케이션을 빠르고 안정적이며 효율적으로 보호하고 지원하는 견고하고 안전하며 고도로 자동화된 컴퓨팅 시스템이 필요합니다.또한 저장된 데이터를 보호하고 SCADA 플랫폼과의 연결이 중단되는 경우에도 지정된 파이프라인 작업을 계속할 수 있도록 플랫폼에 이중화를 통합해야 합니다.

“최근 딜로이트 보고서에 따르면 데이터 기반 접근 방식은 연간 다운타임을 70% 줄이고 계획되지 않은 다운타임 비용을 최대 22% 낮출 수 있습니다.기존의 시간 기반 인프라 관리 프로그램과 달리 Edge Computing은 장비 상태 데이터 (온도, 압력 및 진동) 를 실시간으로 분석할 수 있도록 합니다.”

파이프라인 관리—휴스턴, 문제가 생겼습니다

16개 주에 걸쳐 15,000마일의 인프라를 관리하고 연간 1Tcf 이상의 천연가스를 고객에게 운송하는 대형 가스 파이프라인 운영업체는 압축기 스테이션을 완전 이중화 시스템으로 업그레이드했습니다.이 업그레이드에는 CRM 규정에 따라 컴프레서 펌프/터빈, 밸브, 안전 및 제어 시스템이 포함되었습니다.PLC, 전력 및 네트워크 서비스에 대한 리던던시를 쉽게 구현할 수 있었습니다.그러나 SCADA, Historian, HMI 및 관련 제어 시스템 애플리케이션을 운영하기 위해 상시 가동되는 완전 이중화 컴퓨터 플랫폼을 만드는 것은 여전히 중요한 과제로 남아 있었습니다.더 중요한 것은 전체 운영 업그레이드의 핵심 요소는 예기치 않은 정전이나 치명적인 고장이 발생하기 전에 압축기 스테이션 문제를 감지하고 해결하기 위한 예측 유지보수 솔루션을 배포하는 것이었습니다.

채택된 솔루션에는 각 압축기 스테이션에 세 대의 표준 컴퓨터 서버를 배치하여 각각 하나의 중요한 애플리케이션을 실행하는 것이 포함되었습니다.안타깝게도 이 솔루션에는 여러 가지 약점이 있었습니다.다양한 파이프라인 관리 애플리케이션을 지원하려면 각 위치에 6~8대의 서버가 필요했습니다.공간 및 전력 제약으로 인해 서버에 장애가 발생하면 운영이 복잡해지는 중대한 문제였습니다.컴프레서 스테이션을 다시 완전히 작동시키려면 본사로 돌아가 정확한 운영 환경을 재구성한 다음 설치 및 케이블 재연결을 위해 해당 위치로 운전해야 했습니다.2~3일이 걸릴 것입니다.

압축기 스테이션에서의 데이터 손실은 파이프라인 운영자에게 최적이 아닌 결과를 가져와 전체 운영 효율성을 향상시키려는 목표를 달성하지 못했습니다.기존 하드웨어 컴퓨팅 인프라는 파이프라인 관리 목표에 치명적이고 비용이 많이 드는 장애물을 야기했습니다.

“시스템이 지속적으로 작동하고 실시간으로 정확한 데이터를 전송하는 경우 자동 장애 감지 기능을 갖춘 연중무휴 모니터링을 통해 계획되지 않은 가동 중지 시간과 기타 운영 비효율성을 방지할 수 있습니다.”

미래의 파이프라인 관리

Stratus Technologies는 강조한 것과 같은 파이프라인 인프라 관리 문제를 해결하는 새로운 접근 방식을 개발하고 있습니다.당사의 솔루션은 가동 중지 시간을 없애고 운영을 최적화하는 완전한 상시 가동 파이프라인 시스템을 지원합니다.이 방법은 세 단계로 구성됩니다.

• 엣지 (파이프라인 운영을 지원하는 디바이스) 에 제어 및 자동화를 제공합니다.
• 혹독한 기후 조건에서도 작동할 수 있는 견고한 플랫폼을 구축하세요.
• 엣지 및 엔터프라이즈 전반의 데이터를 보호하는 솔루션을 제공합니다.

엣지에 제어 및 자동화를 제공합니다. Edge Computing은 분석 및 대응 조치를 위해 데이터 센터 또는 SCADA 시스템에 의존하는 대신 장치 수준에서 제어 의사 결정과 조치를 지원합니다.파이프라인의 경우 압축기 스테이션이 운영의 핵심입니다.Edge Computing은 산업용 컴퓨팅 플랫폼 (그림 3) 을 사용하여 압축기 스테이션의 예측 유지보수와 전반적인 상태 모니터링을 지원합니다.압축기 센서 데이터를 트렌드화하면 전체 고장이 발생하기 훨씬 전에 수리의 필요성을 감지할 수 있습니다.

계획된 유지보수는 장비 가용성, 수리 비용 및 수익 손실을 줄여줍니다.주요 파이프라인 사고의 약 30% 는 장비 고장과 잘못된 작동으로 인해 발생합니다 (그림 2).시스템이 지속적으로 작동하고 실시간으로 정확한 데이터를 전송하는 경우 자동 장애 감지 기능을 갖춘 연중무휴 모니터링으로 계획되지 않은 가동 중지 시간과 기타 운영 비효율성을 방지할 수 있습니다.

혹독한 기후 조건에서도 작동하는 견고한 플랫폼을 구축하세요. 파이프라인의 경우 계측, 센서, 압축기 및 데이터 플랫폼은 다양한 조건에 영향을 받습니다.이러한 장치와 자산은 극한 온도, 진동 및 충격을 견뎌야 합니다.Edge Computing 플랫폼은 산업 등급 설계여야 하며 끊임없이 변화하는 환경에 대한 탄력성을 갖추어야 합니다.더 중요한 것은 문제가 발생할 경우 플랫폼에서 자체 모니터링 및 자가 복구 기능을 제공해야 한다는 것입니다.파이프라인의 경우 제로 터치 기술은 현장에 IT 리소스가 없어도 원격 자산의 모니터링, 제어 및 업데이트를 효율적으로 지원합니다.

엣지 및 엔터프라이즈 전반의 데이터를 보호하는 솔루션을 제공합니다. 디지털화의 주요 이점은 조직 전체에서 데이터를 이동하고 사용할 수 있는 기능이 향상된다는 것입니다.데이터 보안은 주요 관심사입니다.엣지 컴퓨팅을 지원하는 플랫폼은 지속적으로 사용할 수 있어야 하고 데이터를 보호하며 장애 보호를 위한 이중화 기능을 포함해야 합니다.견고한 플랫폼을 사용하면 기업 전체에서 데이터를 더 쉽고 안전하며 저렴하게 공유할 수 있습니다.유연한 운영을 통해 복잡성이나 장애 위험 없이 더 많은 애플리케이션을 실행할 수 있습니다.

데이터 계층 구조는 데이터를 저장하거나 사용해야 하는 위치를 결정하는 데 도움이 됩니다.디지털화는 효율적으로 관리하고 분석할 수 있는 더 많은 데이터를 생성할 것입니다.Edge Computing에서 개발한 실시간 정보를 사용하면 장치 수준에서 더 나은 결정을 더 빠르게 구현할 수 있습니다.“플러그 앤 플레이” 아키텍처의 스마트 디바이스를 사용하면 엣지 수준에서 분석을 수행할 수 있으며 추가 작업을 위해 데이터 센터로 데이터를 전송해야 하는 필요성을 줄일 수 있습니다.

미래의 운영 환경 보장

앞으로 미드스트림 산업에는 원격 파이프라인 인프라, 파이프라인 관리 솔루션 및 데이터 센터에 대한 지속적인 연결 및 데이터 보안을 지원하는 생활 계획이 필요합니다.미드스트림 운영을 위한 최상의 하드웨어 및 소프트웨어 인프라를 계획하는 것은 장기적인 지속 가능성을 위해 매우 중요합니다.미드스트림 기업은 운영 과정에서 “맹목적인” 순간을 감당할 수 없습니다.

스트라투스 테크놀로지스는 40년이 넘는 기간 동안 기업이 시스템을 지속적으로 운영할 수 있도록 지원해 왔습니다.오일 앤 가스 미드스트림에서 자세히 알아보거나 데모를 요청하십시오.