Pohokura 设定远程操作和可持续发展标准

背景

天然气是非常有价值的资源。与其他化石燃料相比，它属于环保、清洁型燃料。天然气效率更高，90% 的产率可以达到消费水平。随着开采、运输和储存技术的不断进步，其效率也在不断地提高。天然气输送系统包括复杂的管道网络，旨在快速有效地将天然气从原产地输送到高需求地区。

塔拉纳基岸边的 Pohokura 油田是该国最大的天然气资源开采场，归 Shell、Todd Pohokura 和 OMV New Zealand 的合资公司所有。该生产基地由 Shell Exploration NZ 依托 Shell Todd Oil Services 的服务运营。从 Pohokura 油田开采的天然气用来为国家电网供能。2006 年 9 月，第一批商用天然气从油田南部的三个陆上“大位移”钻井中输出。2007 年 3 月，天然气和凝析油从第一批五个海底油井通过海底管道输送到位于 Motunui 的陆上生产站点。

挑战

开发一个无人值守站点（从位于新普利茅斯的控制室进行操作和监控）需要工程师、顾问和系统集成商的综合专业知识。Pohokura 设计承包商 Transfield Worley 选择了老牌系统集成商 Engineering Control Limited (ECL) 来完成这项艰巨的任务。远程操作的要求之一是将马达控制中心集成到智能网络上的主工厂控制系统中，使天然气加工站点的信息能够反馈到控制室。Transfield Worley 决定基于 DeviceNet 网络及 Rockwell Automation 的 Allen-Bradley ControlLogix® 平台来构建该新系统。

远程操作的另一个要求是，必须能够在控制室中获知 400V MCC 和 11kV 主工厂配电盘上的电源开关装置的状态并对其进行操控。这通过将开关装置硬连接到 ControlLogix 中的数字量 I/O 来实现。能够远程操作开关装置也是一项广受欢迎的安全功能，因为它消除了本地操作的需要，使操作人员能够避免可能的危险，例如，如果开关装置存在故障，则在操作时可能会出现弧闪。

建立远程操作

Pohokura 的天然气产量占新西兰天然气总产量的 45% 以上，主要供北岛附近的工业和家庭使用。Pohokura 运营工程师 Paul Brown 说道：“凭借 Shell 的技术专业知识，我们有能力提供一个环保且高度可靠的无人值守天然气生产站点。我们的首要任务是及时、安全且不超预算地交付该项目，同时不对人员造成伤害，也不对周边环境造成任何不利影响。”

Pohokura 生产工厂的经营理念是借助全自动化技术 (ZNOP) 构建无人值守站点；工厂运营活动由位于新普利茅斯的采用分布式控制系统 (DCS) 的远程控制室负责，以实现厂外操作。远程操作是帮助人员安全地远离潜在危险设备的理想方式，其运营成功依赖于卓越的控制、故障诊断和网络功能。“DeviceNet 提供了一个网络解决方案，有助于提供可靠的通信，并且还具备 ADR 设备自动替换这一附加功能，可通过自动下载设备参数来减少停机时间。”Rockwell Automation 行业经理 Prasad Nory 表示。ADR 包含配置和自动地址恢复功能，可有效降低维护需求。Pohokura 24 小时不间断运行，但每月安排一天时间进行主动维护，以查找并解决潜在问题。

Pohokura 蓝图

Transfield Worley 的电气设计是完全集成解决方案的基础，这需要借助领先的主板制造商 Switchbuild Ltd 的能力才能实现。Pohokura 解决方案的核心是开发出两个低压马达控制中心 (MCC)。两台 2.5MVA 变压器通过 4000A 空气断路器 (ACB) 为第一个低压 MCC 供电。然后，电力从第一个 MCC 馈送到第二个低压 MCC。智能 MCC 设计采用了 DeviceNet 网络，与 DOL 起动电动机起动器进行通信，以实现控制和监控。E3 plus 智能过载提供了与马达运行特性非常接近的马达保护，以及通常由更昂贵的马达保护继电器提供的增强型保护功能，如接地故障、失速、热敏电阻和负载损耗。

该系统使用了 Allen Bradley ControlLogix 可编程自动化控制器，以提供对 MCC 的全面监测和控制，并将信息反馈给分布式控制系统。“Allen Bradley 解决方案提供了先进的负载保护。客户端能够分析其马达的性能并查看故障，它们都位于可通过分布式控制系统看见的集成单元中。”Switchbuild 经理 Donald Liddell 说。

为避免 Pohokura 发生昂贵的停机事件，ECL 开发了开关控制功能并将它们融入到了可编程自动化控制器中，这可防止两个 11kV 供电装置断电。ECL 工程师 Peter Huitema 介绍说：“执行电源切换时通常会断电，哪怕只有几毫秒，也会导致马达关闭。为了避免这种情况，我们确定了马达可在断电后几秒内继续工作而不会造成任何损坏。我们借助惯量来保持马达运转 1.5 秒左右，为执行电源切换赢得了时间。通过将该信息编程到控制系统中，我们能够避免代价高昂的关机操作。”

环境卓越

这一最先进的工程设计使得 Pohokura 工厂实现了远程操作。“在进行远程操作时，人员和环境安全更为重要，因此工厂和组件必须可靠地工作，同时尽量减少维护。为 Pohokura 项目挑选的所有组件都必须极度可靠。”Pohokura 运营工程师 Paul Brown 说。

为了实现环境卓越，他们对该油田的原始设计做了修改。水平定向钻井技术的运用消除了在陆上生产站点与海洋平台之间连接穿过悬崖和海滩的管道。相反，他们将管道插入悬崖背面并埋设在海滩下方，表面上没有任何痕迹，对当地的沿海环境起到了保护作用 - 这在新西兰尚属首例。

工厂的加工区建在混凝土外墙内。水在被排入雨水处理系统之前，会先经过吸收剂撇渣器（用于去除残留的浮动碳氢化合物）。雨水通过专门设计的“湿地”（被工厂用作自然生物过滤池）做进一步加工。湿地可滤除任何残留的碳氢化合物。这些环保功能帮助 Shell Pohokura 赢得了塔拉纳基地区市政厅颁发的 2010 可持续发展和技术创新奖。

社会各界对 Rockwell Automation 的集成自动化控制解决方案一直评价很高。“在 Pohokura 投入运营后的五年里，Rockwell Automation 的可编程自动化控制器没出过任何问题，我们良好地实现了在预算、进度、人员安全和环境可持续性等各方面设定的目标。”Brown 总结道。在 Pohokura 成功实现远程操作的价值业已显现，该公司正在对项目进行扩展，以构建另一座同样采用 Rockwell Automation Integrated Architecture 系统提供的易于扩展的解决方案的工厂。