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ケーススタディ

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ガス・コンプレッサ・ソリューションが独自システムの痛みを軽減

オープンで統合されたプロセス制御ソリューションは、統合を容易にし、コストを削減し、運用を簡素化

과제

  • ターボ機械制御で使用されている複数の独自システムを1つのオープンな統合プラットフォームに置き換える。

솔루션

  • PlantPAx DCS - オープン通信規格に基づく技術は、複数の制御システムを接続することで共通のオートメーションプラットフォームとして機能する。
  • 統合されたHMIは、1つの画面からすべてのシステムを可視化する。
  • AADvanceフォルトトレランス制御システム - 補助システムにSIL-3ハードウェアプロセス制御を提供、システム全体のトリップ、インターロック、許容値を管理

결과

  • コスト削減 - 統合されたプラットフォームにより、配備が高速化され、スペアパーツの在庫が削減され、エンドユーザは社内でメンテナンスア活動を維持可能
  • 運用を簡易化 - 作業者は2つのボタンを押すだけで操作を開始し、単一のHMIから操作のすべての側面を表示できる。

シェールガスの成長が新しい種類のプロジェクトを促進

米国はすでに世界最大のシェールガス生産国であり、生産量は2015年の1日当たり370億立方フィート(Bcf/d)から2040年までに79Bcf/dまで成長すると予想されています。

ロックウェル・オートメーションのPartnerNetworkプログラムのOEMメンバーであるエナジー・コントロール・テクノロジーズ(ECT)社は、この比較的最近のエネルギーブームの推進を支援している企業の1つです。アイオワに本拠を置く会社は、石油およびガス生産用のターボ機械プラント制御システムを設計、構築、およびサポートしています。その耐サージおよびパフォーマンス制御ソリューションは、ガス生産および海上プラットフォームから精製およびパイプラインまでの範囲のアプリケーションで使用されています。

ある企業は最近、米国に拠点を置く新しいLNG (液化天然ガス)前処理施設でガスコンプレッサのターボ機械制御を開発するためにECTを選択しました。ECTには数十年にわたる石油およびガス運用システムの開発経験がありますが、このお客様のプロジェクトは新しい課題を提示しました。従来の独自システムや「ブラックボックス」アプローチを使用するかわりに、オープンで統合されたソリューションでターボ機械制御プラットフォームを提供します。

高可用性ターボ機械

ECTは、それぞれが3つの並列コンプレッサを備えた2つの列車用のターボ機械制御システムの開発を任されていました。運用は一度に何年も継続して実行されることが予想されるため、バックアップシステムが確実に引き継ぎ、障害が発生した場合のダウンタイムの可能性を減らすには、冗長アーキテクチャが不可欠でした。

ターボ機械自体には、コンプレッサ制御のためにSIL 2定格のハードウェアプラットフォームが必要でした。補助システムには、モータの冷却、潤滑油、シールガススキッド、およびすべてのシステムトリップ、インターロック、許容値の全体的な管理のためにSIL 3定格のハードウェアプラットフォームが必要でした。最後に、プロジェクトでは、すべての機器の振動とベアリング温度の状態モニタが必要でした。

このプロジェクトでは、6つのコンプレッサ制御システムを1台のモータのソフトスタートシステムと統合する必要もありました。この独自の要件を満たすために、ECTは、6つのコンプレッサのすべての電気モータが1台のLCIソフトスタータを共有するために必要なシーケンスとインターロックを管理する追加の冗長PLCを提供しました。

従来、この規模の高可用性ターボ機械制御プラットフォームを開発するには、異なるベンダーの複数の独自システムを組み合わせる必要がありました。しかし、そのアプローチにはいくつかの固有の課題があります。

ECTのシニア・プロジェクト・エンジニアであるトム・ストール氏は次のように述べています。「多くの場合、異なるシステムは互いにネイティブに通信しないため、統合はより困難で時間がかかります。また、異なる独自のシステムをつなぎ合わせると、いくつかの点でエンドユーザの生活がより困難になる可能性があります。メンテナンス技術者は、幅広いシステムについて学習してサービスを提供するか、メンテナンスを複数のベンダーにアウトソースする必要があります。オペレータはさまざまなHMIを学習して操作する必要があります。そして、企業はより多くのスペアパーツを購入して管理する必要があります。」

ECTのお客様は、オープンアーキテクチャの業界標準のテクノロジを使用してこれらのシステムをすべて1つの統合ソリューションに結合する単一ベンダーに依存することで、これらの課題を完全に回避したいと考えていました。

統合された代替案の設計

この幅広いスコープを備えた使いやすいシステムを提供することは、ECTがオープンアーキテクチャの標準を活用するオートメーションテクノロジを使用する必要があることを意味しました。

同社は、まさにそれをロックウェル・オートメーションのPlantPAx®DCSに発見しました。PlantPAxテクノロジはオープン通信規格に基づいており、プロセス、ディスクリート、パワー、情報、プロセスの安全制御を接続することにより、共通のオートメーションプラットフォームとして機能します。

ターボ機械アプリケーションの場合、ECTはPlantPAxシステムを使用して、コンプレッサ制御のためにSIL 2定格プラットフォームを提供しました。ハードウェアはアドオン命令機能を活用し、独自のシステムと同等以上の実行速度を提供します。ECTには、特許を取得した最先端のサージ制御ソフトウェアも組み込まれています。このソフトウェアは、アルゴリズムを使用して、コンプレッサの損傷の可能性のあるサージを検出および防止します。オペレータインターフェイスには、ロックウェル・オートメーションの統合されたHMIソフトウェアが使用されました。

ストール氏は次のように述べています。「また、ターボ機械制御システムのもう1つの重要なアプリケーションとして、ロードシェア(負荷分割)を組み込みました。コンプレッサは連携して、コンプレッサネットワークの吐出圧力を一定に保ちます。また、負荷分割により、個々のマシンをオンラインまたはオフラインにして、プロセス全体を妨げることなく、変化する需要に対応することができます。」

補助システムの場合は、ECTはロックウェル・オートメーションのAADvance®フォルトトレランス制御システムを使用して、補助スキッドのシーケンスとプロセス制御、およびシステムトリップのためにSIL 3定格のハードウェアプラットフォームを提供しました。

「滑油システムが停止した場合、またはモータの冷却が失われた場合、AADvanceプラットフォームはシステムをトリップさせ、損傷が発生する前にシステムを停止できます」と、ストール氏は述べています。

ターボ機械、補助制御、状態モニタシステムの統合の一環として、オープン・プラットフォーム・ソリューションは、Modbus/TCPを介してプラント分散制御システム(DCS)への単一の接続も提供します。

ライフサイクルコストの低いシンプルなソリューション

ECTのオープンプラットフォーム設計アプローチは、時間を節約し、すべての仕様を満たすまたは超える一方で、お客様のコンプレッサソリューションの配備の複雑さを軽減するのに役立ちました。

ストール氏は次のように述べています。「PlantPAxシステムとModbus/TCP通信によって、すべてを1つのプラットフォームに統合することができました。お客様が独自のソリューションを使用していた場合、これには最大4つの異なるベンダーのシステムが必要になります。それらのシステムが互いに通信できるようにするだけでも、それ自体が大きなプロジェクトでした。」

ECTは、ロックウェル・オートメーションのソリューションが液化天然ガスのお客様のライフサイクルコストを50%以上節約できると推定しています。これには、統合コストの削減だけでなく、サポートおよび運用コストの削減も含まれます。

ストール氏は次のように述べています。「4つではなく1つのシステムでは、作業者が学習して維持するテクノロジが少なくなります。また、システムをサポートするために在庫や管理が必要なスペアパーツの数も削減されます。また、お客様は、独自のシステムアプローチで複数のベンダーにアウトソーシングする必要があるメンテナンス活動を社内で実施できるようになる可能性があります。」

また、オープンで統合された設計アプローチは、独自のアプローチよりも優れた効率を提供します。例えば、独自のアプローチでは、オペレータが数十もの異なるパネルやステーションから作業を開始して作業を開始する必要がありました。統合プラットフォームはそのプロセスを大幅に簡素化します。

「モータを始動させるというこの非常に複雑なシーケンスを、文字通り2つのボタンを押すだけの操作に変えました」と、ストール氏は述べています。

また、プラットフォームのすべての制御要素が統合されているため、オペレータや技術者は、システムごとに異なるHMIを使用するのではなく、単一のHMIからそれらのいずれにもアクセスできます。

PlantPAxソリューションを使用すると、作業員は全体的な生産状況をモニタし、システムのパフォーマンスを確認したり、トリップや診断をすべて1つの画面から確認できるようになります」と、ストール氏は述べています。

上記の結果は、エナジー・コントロール・テクノロジーズ社での配備されたロックウェル・オートメーション製品およびサービスをその他の製品と併用した結果です。実際の成果は事例ごとに異なる場合があります。

AADvance, PartnerNetwork, およびPlantPAxは、Rockwell Automation Inc.の商標です。

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