在边缘获胜

由于系统能够持续运行并传输实时准确的数据，具有自动故障检测功能的全天候监控可防止计划外停机和其他操作效率低下问题。

在这份白皮书中，它概述了：

• 将控制和自动化引入边缘（支持管道运营的设备）。
• 构建可在恶劣气候条件下运行的强大平台。
• 提供保护边缘和整个企业数据的解决方案。

摘要

近年来，美国（U.S.）天然气行业的供需两方面均有所增长。对清洁能源选择和新储量开采的需求不断增加，支持了天然气产量的扩大。但是，天然气行业能否安全地维持这种增长？当您的操作系统出现故障时，您将面临安全威胁、违规行为、不准确的气体平衡和许多其他问题。在本白皮书中，您将了解如何将坚固耐用的工业级平台作为更广泛的边缘计算解决方案的一部分来显著改善管道运营经济性，实现更灵活的运营，减少停机时间并创建更好的信息管理。

导言

美国天然气行业发展迅速。水力压裂和水平钻探的新方法和技术引发了天然气供应浪潮。美国拥有超过3,374万亿立方英尺（Tcf）的已发现储量，是领先的天然气生产国。对气候变化和环境的担忧是使用 “更清洁” 能源的驱动力。电力是天然气的主要消费者（图 1）。如今，天然气满足了美国30％以上的能源需求。¹

天然气是一种清洁能源。由于供应充足，Henry Hub的天然气价格自2015年以来平均低于4美元/英热单位，但有一些例外。因此，住宅和商业用户正在转向使用天然气进行供暖和其他服务。随着所有行业需求的增加，天然气行业能否可持续地满足未来的需求？是否有必要的基础设施、熟练的人员和安全程序来可靠地向所有用户提供天然气？

今天的管道管理

在美国，天然气通过260万英里的地下管道网络输送给客户。它包括超过220万英里的本地公用事业配电管道和30万英里的输电管道。1 尽管这是一个庞大而复杂的网络，但管道运输仍然是向消费者输送天然气的最安全方式。

在管道运营中，基于实时数据的良好信息对于维持可持续运营至关重要。对于天然气配送而言，重大事故的根本原因来自外部损失（图 2）。然而，三分之一的严重事件与管道维护和运营有关。在庞大的网络中，从事件发生到采取纠正措施之间的时间可以成为决定事件是短暂中断还是环境灾难的决定性因素。

天然气输送中断会产生重大的经济、安全和社会影响。从 2015 年到 2017 年，美国的天然气管道事故报告了 12 人死亡，10 人受伤。还有其他无数的事件和险些失误的事件没有造成人员伤亡。天然气管道公司正面临来自各方的压力。社区对安全措施和老化的管道基础设施感到担忧。政府监管机构要求管道运营商提高安全和环境绩效，并颁布了更严格的立法，包括严格的审计，并对违规行为处以更高的罚款。

Stratus 也从天然气公司那里听到了同样的主题：

“我们越来越复杂的管道基础设施系统的停机时间令人无法接受。”

“如果所有系统都出现故障，我们必须派遣一支人员到偏远地区，手动监控管道的关键部分。”

“如果我们的系统不始终处于开启状态，我们就会陷入盲目状态。”

“我们必须证明我们遵守了规定，而且不能丢失数据；否则我们可能会被罚款。”

“我们没有技术 IT 技能或资源来修复远程位置的系统问题。”

“我们给管道系统增加了越来越多的复杂性，使它们更容易破坏。”

天然气管道运营商在管理遗产、延迟和现代化问题方面面临多重挑战。更重要的是，管道运营商必须利用收集的数据并做出信息驱动的决策。

“数据中心之外的边缘计算基础设施至关重要，因为它可以实时收集、处理和处理在管道基础设施附近收集的数据。”

边缘和边缘计算： 先进的硬件和软件技术正在开辟新的途径，以改善管道的运营和盈利能力。这些发展正在从根本上重塑实时管理数据的选项。强大而可靠的平台确保数据和信息可以安全地与多个用户共享。

2020年代被定义为数字化的十年。因此，硬件、软件和工业管理平台的进步模糊了责任领域，为管理和分析更接近管道基础设施的数据创造了新概念。展望未来，随着边缘计算和工业基础设施管理平台在天然气管道行业的采用势头增强，IT和OT职责将合并。

数据中心之外的边缘计算基础设施至关重要，因为它实时收集、处理和处理在管道基础设施附近收集的数据。

传统的管道管理解决方案让中游运营商失望

许多中游公司都在努力解决管道数据使用和运营管理问题。整合更多的数字化能力将成为生存计划的一部分，以实现流程自动化和进行实时数据分析。对于某些管道管理工作负载和任务，边缘计算既是可行又必不可少的解决方案。

中游资产是庞大的网络。为了提高运营绩效和提高设备可用性，管道运营商需要将解决方案安装在离运营区域更近的地方。边缘计算是向工业物联网和数字化过渡的支柱。边缘计算和边缘计算都需要工业级平台才能运行包含 HMI、SCADA、历史学家、分析和资产性能管理功能的自动化和控制解决方案（图 3）。

边缘计算可以平衡智能工业设备（传感器和可编程逻辑控制器 (PLC)）收集的数据负载。并非所有数据都需要发送回全球数据中心。借助边缘计算，可以在更靠近中游管道基础设施的地方处理数据，从而支持更快地响应不断变化的条件。

对于管道基础设施管理运营而言，可靠性和安全性是至关重要的优先事项。根据德勤最近的一份报告，数据驱动的方法可以将每年的停机时间减少70％，并将计划外停机成本降低多达22％。与传统的时间基础架构管理程序不同，边缘计算确保可以实时分析设备运行状况数据（温度、压力和振动）。此外，边缘计算至关重要，因为它支持关键的预测性维护解决方案。

更好的维护计划可以延长关键基础设施的使用寿命。由于管道资产位置偏远，边缘计算需要一个坚固、安全和高度自动化的计算系统，以快速、可靠和高效地保护和支持管道管理应用程序。此外，这些平台必须包含冗余功能，以保护存储的数据，并在与SCADA平台的连接中断时继续指定的管道运营。

“根据德勤最近的一份报告，数据驱动的方法可以将每年的停机时间减少70％，并将计划外停机成本降低多达22％。与传统的时间基础架构管理计划不同，边缘计算确保可以实时分析设备运行状况数据（温度、压力和振动）。”

管道管理——休斯顿，我们遇到了问题

一家大型天然气管道运营商管理着分布在16个州的15,000英里基础设施，每年向其客户群输送超过1万亿立方英尺的天然气，并将压缩机站升级为完全冗余的系统。此次升级包括 CRM 法规规定的压缩机泵/涡轮机、阀门以及安全和控制系统。为 PLC、电源和网络服务实现冗余很容易。但是，创建一个永远在线的完全冗余的计算机平台来运行SCADA、历史学家、HMI 和相关的控制系统应用程序仍然是一项关键挑战。更重要的是，全面运营升级的关键要素是部署预测性维护解决方案，在计划外停机或灾难性故障发生之前检测和解决压缩机站问题。

所采用的解决方案包括在每个压缩机站部署三台标准计算机服务器，每个服务器运行一个关键应用程序。不幸的是，这个解决方案有多个弱点。每个位置需要六到八台服务器来支持一系列管道管理应用程序。考虑到空间和功率的限制，这是一个重大问题，使服务器出现故障时的操作变得复杂。要使压缩机站恢复全面运行，需要在总部重新配置其确切的运行环境，然后开车前往现场进行安装和重新布线。这将需要两到三天的时间。

压缩机站的数据丢失意味着管道运营商的结果不理想，从而无法实现提高总运营效率的目标。现有的硬件计算基础设施为管道管理目标设置了关键而昂贵的障碍。

“由于系统能够持续运行并传输实时准确的数据，具有自动故障检测功能的全天候监控可以防止计划外停机和其他运营效率低下问题。”

管理未来的管道

Stratus Technologies正在研究一种新方法，以解决诸如所强调的管道基础设施管理问题。我们的解决方案支持完整、永不停机的管道系统，可减少停机时间并优化运营。此方法包括三个步骤：

• 将控制和自动化引入边缘（支持管道运营的设备）。
• 构建可在恶劣气候条件下运行的强大平台。
• 提供保护边缘和整个企业数据的解决方案。

将控制和自动化引入边缘。 边缘计算不依赖数据中心或 SCADA 系统进行分析和响应操作，而是支持设备级别的控制决策和操作。对于管道而言，压缩机站是运营的核心。使用工业级计算平台（图 3），边缘计算支持压缩机站的预测性维护和整体运行状况监测。压缩机传感器的趋势数据可以在完全故障发生之前检测出维修需求。

计划内维护可减少设备不可用、维修成本和收入损失。大约 30% 的重大管道事故是由设备故障和不正确的操作引起的（图 2）。由于系统能够持续运行并传输实时准确的数据，具有自动故障检测功能的全天候监控可防止计划外停机和其他操作效率低下问题。

构建可在恶劣气候条件下运行的强大平台。 对于管道，仪器、传感器、压缩机和数据平台受各种条件的影响。这些设备和资产必须能够承受极端温度、振动和冲击。边缘计算平台必须采用工业级设计，并且能够适应不断变化的环境。更重要的是，平台必须进行自我监控，并在出现问题时进行自我修复。对于管道而言，零接触技术可有效地支持远程资产的监控、控制和更新，而无需现场 IT 资源。

提供保护边缘和整个企业数据的解决方案。 数字化的主要好处是增强了在组织内移动和使用数据的能力。数据的安全性是一个主要问题。支持边缘计算的平台必须持续可用、保护数据并包含故障保护的冗余功能。借助坚固耐用的平台，在整个企业中共享数据更容易、更安全、更便宜。灵活的操作允许在不增加复杂性或故障风险的情况下运行更多应用程序。

数据层次结构有助于确定应在何处存储或使用数据。数字化将创建更多数据，以进行高效的管理和分析。借助边缘计算开发的实时信息，可以在设备层面更快地做出更好的决策。“即插即用” 架构中的智能设备支持边缘层面的分析，并且可以减少向数据中心发送数据以采取进一步行动的需求。

为未来运营保驾护航

展望未来，中游行业将需要支持与远程管道基础设施、管道管理解决方案和数据中心的持续连接和数据安全的生活计划。为中游运营规划最佳的硬件和软件基础设施对于长期可持续性至关重要。中游公司承受不起运营中的 “盲目” 时刻。

40多年来，Stratus Technologies一直在帮助公司保持其系统的持续运行。在石油和天然气中游了解更多信息或申请演示。