背景

天然氣是非常有價值的資源。與其他化石燃料相比，它屬于環(huán)保、清潔型燃料。天然氣效率更高，90% 的產(chǎn)率可以達(dá)到消費(fèi)水平。隨著開采、運(yùn)輸和儲存技術(shù)的不斷進(jìn)步，其效率也在不斷地提高。天然氣輸送系統(tǒng)包括復(fù)雜的管道網(wǎng)絡(luò)，旨在快速有效地將天然氣從原產(chǎn)地輸送到高需求地區(qū)。

塔拉納基岸邊的 Pohokura 油田是該國最大的天然氣資源開采場，歸 Shell、Todd Pohokura 和 OMV New Zealand 的合資公司所有。該生產(chǎn)基地由 Shell Exploration NZ 依托 Shell Todd Oil Services 的服務(wù)運(yùn)營。從 Pohokura 油田開采的天然氣用來為國家電網(wǎng)供能。2006 年 9 月，第一批商用天然氣從油田南部的三個陸上“大位移”鉆井中輸出。2007 年 3 月，天然氣和凝析油從第一批五個海底油井通過海底管道輸送到位于 Motunui 的陸上生產(chǎn)站點(diǎn)。

挑戰(zhàn)

開發(fā)一個無人值守站點(diǎn)（從位于新普利茅斯的控制室進(jìn)行操作和監(jiān)控）需要工程師、顧問和系統(tǒng)集成商的綜合專業(yè)知識。Pohokura 設(shè)計(jì)承包商 Transfield Worley 選擇了老牌系統(tǒng)集成商 Engineering Control Limited (ECL) 來完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。遠(yuǎn)程操作的要求之一是將馬達(dá)控制中心集成到智能網(wǎng)絡(luò)上的主工廠控制系統(tǒng)中，使天然氣加工站點(diǎn)的信息能夠反饋到控制室。Transfield Worley 決定基于 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)及 Rockwell Automation 的 Allen-Bradley ControlLogix? 平臺來構(gòu)建該新系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程操作的另一個要求是，必須能夠在控制室中獲知 400V MCC 和 11kV 主工廠配電盤上的電源開關(guān)裝置的狀態(tài)并對其進(jìn)行操控。這通過將開關(guān)裝置硬連接到 ControlLogix 中的數(shù)字量 I/O 來實(shí)現(xiàn)。能夠遠(yuǎn)程操作開關(guān)裝置也是一項(xiàng)廣受歡迎的安全功能，因?yàn)樗吮镜夭僮鞯男枰共僮魅藛T能夠避免可能的危險，例如，如果開關(guān)裝置存在故障，則在操作時可能會出現(xiàn)弧閃。

建立遠(yuǎn)程操作

Pohokura 的天然氣產(chǎn)量占新西蘭天然氣總產(chǎn)量的 45% 以上，主要供北島附近的工業(yè)和家庭使用。Pohokura 運(yùn)營工程師 Paul Brown 說道：“憑借 Shell 的技術(shù)專業(yè)知識，我們有能力提供一個環(huán)保且高度可靠的無人值守天然氣生產(chǎn)站點(diǎn)。我們的首要任務(wù)是及時、安全且不超預(yù)算地交付該項(xiàng)目，同時不對人員造成傷害，也不對周邊環(huán)境造成任何不利影響?！?/span>

Pohokura 生產(chǎn)工廠的經(jīng)營理念是借助全自動化技術(shù) (ZNOP) 構(gòu)建無人值守站點(diǎn)；工廠運(yùn)營活動由位于新普利茅斯的采用分布式控制系統(tǒng) (DCS) 的遠(yuǎn)程控制室負(fù)責(zé)，以實(shí)現(xiàn)廠外操作。遠(yuǎn)程操作是幫助人員安全地遠(yuǎn)離潛在危險設(shè)備的理想方式，其運(yùn)營成功依賴于卓越的控制、故障診斷和網(wǎng)絡(luò)功能。“DeviceNet 提供了一個網(wǎng)絡(luò)解決方案，有助于提供可靠的通信，并且還具備 ADR 設(shè)備自動替換這一附加功能，可通過自動下載設(shè)備參數(shù)來減少停機(jī)時間。”Rockwell Automation 行業(yè)經(jīng)理 Prasad Nory 表示。ADR 包含配置和自動地址恢復(fù)功能，可有效降低維護(hù)需求。Pohokura 24 小時不間斷運(yùn)行，但每月安排一天時間進(jìn)行主動維護(hù)，以查找并解決潛在問題。

Pohokura 藍(lán)圖

Transfield Worley 的電氣設(shè)計(jì)是完全集成解決方案的基礎(chǔ)，這需要借助領(lǐng)先的主板制造商 Switchbuild Ltd 的能力才能實(shí)現(xiàn)。Pohokura 解決方案的核心是開發(fā)出兩個低壓馬達(dá)控制中心 (MCC)。兩臺 2.5MVA 變壓器通過 4000A 空氣斷路器 (ACB) 為第一個低壓 MCC 供電。然后，電力從第一個 MCC 饋送到第二個低壓 MCC。智能 MCC 設(shè)計(jì)采用了 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)，與 DOL 起動電動機(jī)起動器進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)控。E3 plus 智能過載提供了與馬達(dá)運(yùn)行特性非常接近的馬達(dá)保護(hù)，以及通常由更昂貴的馬達(dá)保護(hù)繼電器提供的增強(qiáng)型保護(hù)功能，如接地故障、失速、熱敏電阻和負(fù)載損耗。

該系統(tǒng)使用了 Allen Bradley ControlLogix 可編程自動化控制器，以提供對 MCC 的全面監(jiān)測和控制，并將信息反饋給分布式控制系統(tǒng)?！癆llen Bradley 解決方案提供了先進(jìn)的負(fù)載保護(hù)?？蛻舳四軌蚍治銎漶R達(dá)的性能并查看故障，它們都位于可通過分布式控制系統(tǒng)看見的集成單元中。”Switchbuild 經(jīng)理 Donald Liddell 說。

為避免 Pohokura 發(fā)生昂貴的停機(jī)事件，ECL 開發(fā)了開關(guān)控制功能并將它們?nèi)谌氲搅丝删幊套詣踊刂破髦?，這可防止兩個 11kV 供電裝置斷電。ECL 工程師 Peter Huitema 介紹說：“執(zhí)行電源切換時通常會斷電，哪怕只有幾毫秒，也會導(dǎo)致馬達(dá)關(guān)閉。為了避免這種情況，我們確定了馬達(dá)可在斷電后幾秒內(nèi)繼續(xù)工作而不會造成任何損壞。我們借助慣量來保持馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn) 1.5 秒左右，為執(zhí)行電源切換贏得了時間。通過將該信息編程到控制系統(tǒng)中，我們能夠避免代價高昂的關(guān)機(jī)操作。”

環(huán)境卓越

這一最先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)使得 Pohokura 工廠實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作?！霸谶M(jìn)行遠(yuǎn)程操作時，人員和環(huán)境安全更為重要，因此工廠和組件必須可靠地工作，同時盡量減少維護(hù)。為 Pohokura 項(xiàng)目挑選的所有組件都必須極度可靠?！盤ohokura 運(yùn)營工程師 Paul Brown 說。

為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境卓越，他們對該油田的原始設(shè)計(jì)做了修改。水平定向鉆井技術(shù)的運(yùn)用消除了在陸上生產(chǎn)站點(diǎn)與海洋平臺之間連接穿過懸崖和海灘的管道。相反，他們將管道插入懸崖背面并埋設(shè)在海灘下方，表面上沒有任何痕跡，對當(dāng)?shù)氐难睾－h(huán)境起到了保護(hù)作用 - 這在新西蘭尚屬首例。

工廠的加工區(qū)建在混凝土外墻內(nèi)。水在被排入雨水處理系統(tǒng)之前，會先經(jīng)過吸收劑撇渣器（用于去除殘留的浮動碳?xì)浠衔铮?。雨水通過專門設(shè)計(jì)的“濕地”（被工廠用作自然生物過濾池）做進(jìn)一步加工。濕地可濾除任何殘留的碳?xì)浠衔?。這些環(huán)保功能幫助 Shell Pohokura 贏得了塔拉納基地區(qū)市政廳頒發(fā)的 2010 可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新獎。

社會各界對 Rockwell Automation 的集成自動化控制解決方案一直評價很高?！霸?Pohokura 投入運(yùn)營后的五年里，Rockwell Automation 的可編程自動化控制器沒出過任何問題，我們良好地實(shí)現(xiàn)了在預(yù)算、進(jìn)度、人員安全和環(huán)境可持續(xù)性等各方面設(shè)定的目標(biāo)。”Brown 總結(jié)道。在 Pohokura 成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的價值業(yè)已顯現(xiàn)，該公司正在對項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展，以構(gòu)建另一座同樣采用 Rockwell Automation Integrated Architecture 系統(tǒng)提供的易于擴(kuò)展的解決方案的工廠。