FPSO Юум Как Нааб - история и подробности
Интеллектуальные технологии автоматизации применены на супертанкере, переоборудованном в крупнейший плавучий перевалочный комплекс, обеспечивающий хранение и подготовку нефти и газа
В конце июня 2007 г. в Мексиканском заливе на месторождении KMZ компанией Pemex запущен в эксплуатацию один из крупнейших в мире плавучих производственных комплексов (FPSO, Floating Production, Storage and Offloading) дедвейтом 360700 т. Громадный супертанкер Berge Enterprise всего за два года был преобразован в мобильный завод по подготовке и перевалке до 600 тыс. барр. нефти и 120 млн ф3 газа в сутки.
Слаженная многонациональная команда, ведомая специалистами компаний BW Offshore и Emerson Process Management, сумела вписаться в жёсткий график и соблюсти строгие требования проекта по разработке и построению системы автоматизации нового танкера. Построенный интеллектуальный плавучий комплекс FPSO оснащён самыми современными цифровыми контрольно-измерительными приборами, способными проводить самодиагностику с целью удешевления эксплуатации и обслуживания. Затраты на производство и установку технологического оборудования были существенно снижены благодаря модульной конструкции тщательно спроектированного палубного оборудования.
И хотя использование модульных конструкций далеко не ново, встраивание элементов системы автоматизации технологических процессов в готовые модули на этапе их изготовления оказалось поистине революционным шагом. Каждый модуль был независимо протестирован на заводе-изготовителе перед отправкой на сборочную верфь в Сингапуре. Дальнейшая системная интеграция свелась к монтажу оборудования с подключением к разъёмам питающих и управляющих шин — важный фактор сокращения времени реализации проекта.
В самом начале работ над проектом инженеры компании BW Offshore проявили огромный интерес к использованию полевых контрольно-измерительных приборов со встроенными микропроцессорами и их интеграции в системы автоматизации. Ожидалось, что передовые цифровые технологии должны ускорить внедрение систем автоматизации и упростить их дальнейшую эксплуатацию. Для этого цифровая архитектура PlantWeb и центральная интегрированная система управления и обеспечения безопасности DeltaV от компании Emerson были впервые внедрены в масштабах крупного судна с использованием полностью цифровой передачи данных на базе полевых шин Foundation Fieldbus и Profibus DP. Это позволило достичь существенной экономии капитальных вложений и уменьшить общую стоимость реализации проекта.
Весь проект был организован и эффективно выполнен международной командой руководителей, проектировщиков и инженеров из Норвегии, Нидерландов, Индии, Дубая, Сингапура и Мексики. Ключом к эффективному управлению проектом стало вовлечение всех участников на раннем этапе в совместную проработку используемых решений.
Для сокращения сроков разработки и реализации проекта и снижения его стоимости многие работы проводились параллельно. В итоге на создание комплекса, внедрение и пуск в эксплуатацию его систем ушло менее двух лет. Помимо этого были разработаны новые стандарты организации управления технологическими процессами для плавучих комплексов FPSO, которвге помогли обеспечить максимальную гибкость средств автоматизации с облегчением интеграции отдельных производственно-технологических подсистем судна. В честь бога морей из мифологии Майя новый комплекс FPSO был назван Юум Как Нааб (Yuum K'ak Naab).
Организация работ
Сверхкороткие сроки выполнения проекта не могли бы быть соблюдены без тщательно скоординированной совместной работы нескольких групп инженеров, поставщиков и субподрядчиков. Две команды по проектированию и инжинирингу находились в Норвегии, руководство проектом, детальное проектирование, проверка, сборка и тестовый прогон системы автоматизации концентрировались в г. Рейсвейк (Нидерланды), а команды по инженерной поддержке внедрения располагались в г. Пуна (Индия). Монтаж палубных конструкций и пусконаладочные работы проводились в Дубае, комплексный монтаж был осуществлён в Сингапуре, а пуск в эксплуатацию произошёл в Мексике.
В результате усилий первой инженерно-проектной команды была концептуально проработана сложная многофункциональная система автоматизации. Эта же команда координировала изготовление, сборку, тестирование и монтаж системы на технологических объектах бывшего танкера. После выбора в качестве поставщика палубных сооружений норвежской компании Kanfa Crenland Group of Sandeljord в г. Порсгрунн была организована вторая инженерно-проектная команда. Благодаря чёткому и прозрачному процессу руководства проектом оба коллектива успешно дополняли друг друга, точно зная, какое задание выполняют каждый сотрудник и каждая рабочая группа.
Будучи ответственными за построение отдельных технологических участков, команды успешно довели проект до стадии ввода в эксплуатацию и затем обеспечили необходимые консультации при пуске. Задуманные проектировщиками и одобренные руководителями BW Offshore концепции и рабочие процедуры были в точности реализованы субподрядчиками.
Система производственной автоматизации
Требование по повсеместному использованию интеллектуальных контрольно-измерительных приборов было задано на ранней стадии проектирования и учтено во всей проектной документации. Дополнительно были разработаны типовые соглашения по возможностям интеллектуального полевого оборудования. Эта документы стали руководством к действию для субподрядчиков, которые смогли последовательно и чётко осуществлять обмен информацией между различными системами проектирования и грамотно выбирать оборудование.
Цифровая архитектура Plant Web компании Emerson была изначально заложена во все проектные решения в целях наиболее полного использования интеллектуальных функций полевых приборов на верхних уровнях автоматизации, чтобы повысить эффективность эксплуатации и способствовать внедрению прогностических методов обслуживания критических элементов технологического оборудования. Эта концепция оказалась весьма подходящей для такого сложного технологического объекта, как плавучий производственный комплекс FPSO, и поэтому внедрялась всеми проектными командами. Разработчики избегали применения отдельных независимых систем, использующих программируемые логические контроллеры (ПЛК).
Цифровая архитектура системы автоматизированного управления предлагает элегантное решение по обеспечению эффективного обмена данными между её различными участками. Наряду с технологическими параметрами напрямую от каждого полевого прибора до узла управления по цифровым линиям передаётся огромный объём самой разнообразной диагностической информации. Ввиду того, что эта архитектура широко использует шинную топологию подключения приборов, она позволяет значительно сократить километраж кабельных линий по сравнению с традиционной архитектурой, а также обеспечивает более быструю передачу данных и более качественное управление. В результате эксплуатационные затраты значительно снижаются, а производительность технологических установок возрастает.
Система автоматизации DeltaV стала единым центром интеграции всех данных реального времени и управления технологическими процессами. Система получает цифровые сигналы от полевых приборов по интерфейсу «токовая петля» 4-20 мА, дополненному протоколом HART, а также взаимодействует с внешними подсистемами с использованием шин Profibus DP и Modbus. Система DeltaV также обрабатывает данные от подсистем обеспечения безопасности технологического процесса DeltaV SIS (Safety Instrumented Systems).
Кроме того, программное обеспечение AMS Device Manager обрабатывает диагностические данные, получаемые напрямую от интеллектуальных полевых приборов и систем через единую информационную сеть цифровой архитектуры PlantWeb, и обобщает это данные, извлекая ценную, актуальную информацию о текущем состоянии измерительных приборов и клапанов, а также другого критического оборудования. Эта информация обрабатывается, хранится и становится доступной операторам и обслуживающему персоналу в удобной для анализа форме. Практическое применение средств интеллектуальной диагностики позволяет повысить эксплуатационную готовность оборудования и снизить затраты на его обслуживание.
Инженерно-проектная команда также в целом координировала выбор и закупки оборудования, что позволило на раннем этапе гарантировать его совместимость и тем самым создать условия для скорейшего ввода комплекса в эксплуатацию. Решения о выборе поставщиков и приобретении техники принимались централизованно, а не были отданы на откуп субподрядчикам.
Несмотря на чёткую в целом координацию хода проекта, на некоторых технологических участках комплекса всё же пришлось применить полевые приборы, не в полной мере поддерживающие цифровую шинную архитектуру. В таких случаях доступ к средствам полевой диагностики интеллектуальных контрольно-измерительных приборов был обеспечен с помощью HART-мультиплексоров, подключённых к центральной системе. Очень важно было максимально широко использовать единые средства автоматизации в масштабах всего комплекса и ограничить применение отдельных ПЛК, которые снижают глубину автоматизации, блокируя доступ к системам интеллектуальной самодиагностики полевых приборов.
Стандарт - всему голова
Одно из наиболее важных свойств системы автоматизации — её модульность, отражающая модульное строение всего плавучего комплекса. Для каждого выделенного модуля были разработаны стандартная проектная документация, типовые руководства по конфигурированию, настройке и пуску в эксплуатацию, а также алгоритмы управления технологическими процессами. Подобный подход стал ключевым в ускорении пуска комплекса FPSO.
Модули систем для разделения сырья, компрессии газа, выработки топливного газа и аминов, нагревания, смешения, измерения и отгрузки, управления выработкой и потреблением электроэнергии и др. проектировались как отдельные независимые подсистемы, но с общими стандартными интерфейсами взаимодействия. Все эти модули способны как независимо выполнять свои функции, так и работать в составе единого комплекса. Каждый модуль имеет собственную систему управления и обеспечения безопасности технологического процесса, которая по ходу проекта сразу же после подключения этого модуля становится частью единой системы управления FPSO.
В данном случае всё оборудование автоматизации было заключено в специальные шкафы для высокопроизводительных систем и централизованно протестировано на заводе-изготовителе в г. Нордфьорд (Норвегия) перед отправкой на верфи в Сингапур. Шкафы систем автоматизации для модулей производственных технологических процессов, изготовленные компанией Kania. были сертифицированы в Нидерландах на установку во взрывоопасной зоне категории 2. И наконец, весь проект, включая архитектуру системы управления, организацию электропитания и заземления, был сертифицирован независимой организацией Det Norske Veritas (DNV).
Для соблюдения жёстких сроков проекта разработчикам пришлось пожертвовать некоторыми требованиями, изначально предъявленными к системе. Так, электронные модули системы безопасности оказалось невозможным разместить во взрывоопасной зоне категории 2 потому, что в то время компания DNV не была готова изучить и принять эту концепцию и технологию. В результате модули DeltaV SIS пришлось разместить в невзрывоопасных зонах комплекса. Полевые элементы системы обеспечения безопасности — клапаны и датчики — были смонтированы, подключены и протестированы уже на верфи, при подготовке судна к плаванию. Этот досадный сбой в процессе работ вызвал небольшой сдвиг в ходе выполнения проекта, но в результате все мероприятия и тесты были успешно выполнены. Концепция размещения системы обеспечения безопасности во взрывоопасной зоне процесса будет одобрена DNV для будущих проектов при условии соблюдения определённых требований к проектированию, что позволит компаниям сокращать капитальные затраты и время реализации проектов.
Глобальный инжиниринг
По мере перехода от стадии проектирования к строительству, монтажу и инжинирингу появилась возможность выполнять отдельные части проекта параллельно в наиболее удобных для каждой задачи точках мира. Большая часть инженерных работ по системе автоматизации была проведена в инженерном центре компании Emerson в г. Пуна. Руководители некоторых направлений активно участвовали в проводившихся в Европе работах по детальному проектированию. Затем по возвращении в Индию они документировали и реализовывали все принятые соглашения. Такой подход позволил существенно уменьшить время выполнения проекта.
Энергетическая установка для комплекса FPSO была создана финской корпорацией Warisila, которая также смогла обеспечить комплексную поддержку разработки и внедрения всей подсистемы. Warisila — давний партнёр Emerson в создании энергосистем для морских и береговых сооружений. Заводская приёмка энергетической установки была проведена в Нидерландах. Инженеры компании Warisila тоже участвовали в пусконаладочных работах на верфях в Сингапуре, а впоследствии помогали запустить установку на танкере уже в Мексиканском заливе.
Узел учёта нефти был построен компанией Emerson на собственном заводе в г. Хьюстон (шт. Техас) с использованием типовых решений и спецификаций, разработанных командой проектировщиков в Норвегии. Впервые на практике узел был создан как независимый технологический модуль с собственной подсистемой автоматизированного управления, которая затем была легко встроена в единую систему управления производственным комплексом FPSO. Заводская приёмка проходила в Хьюстоне, затем комплектный модуль был отправлен на верфи в Сингапур.
После проведения приёмки и тестирования специалистами компании BW Offshore изготовленных в Нидерландах отдельных палубных модулей оборудование было отправлено в Дубай для сборки и тестирования. Затем отдельные модули доставили на верфи в Сингапур для установки непосредственно на палубе корабля. Подсистемы автоматизации и безопасности для каждого модуля соединили между собой и включили в единую систему управления танкером. Все работы по сборке и интеграции были завершены, после чего в марте 2007 г. плавучий производственный комплекс FPSO отбуксировали в Мексиканский залив.
Один из ключевых факторов успеха при выполнении проектов подобного масштаба — наличие эффективных коммуникаций между его участниками. Специалисты Emerson обеспечили высокоскоростные сети передачи данных для целей поддержки процессов внедрения и быстрого обмена информацией. Единая база данных проекта, которая располагалась в Нидерландах, служила общим хранилищем информации с возможностью доступа к ней из любой точки мира. Для проведения совещаний широко использовались технологии Интернет-доступа WebEx и конференцсвязь, а удалённая настройка программного обеспечения проводилась с помощью режима удалённого управления Windows Remote Desktop.
Высокоскоростные сети передачи данных также использовались для дистанционного тестирования узлов всего комплекса. В одном случае поставщик модуля палубного хозяйства немного затянул со сборкой конструкций на своём заводе в Дубае. Для предотвращения возможного сдвига сроков выполнения проекта специалисты Emerson в Нидерландах создали тестовую инженерную систему, а само тестирование было дистанционно проведено ведущим инженером из норвежского города Порсгрунн и просмотрено в реальном времени командой заказчика, находящейся в Дубае. Богатые возможности коммуникационных технологий позволили также сэкономить время и деньги, связанные с поездками и накладными расходами.
Выполнение проекта
Каждый проект подобного масштаба обычно выливается в гонку на время, поскольку как только заказчик авансировал работы по переоборудованию судна, то он хочет получить его как можно быстрее, чтобы поскорее ввести месторождение в эксплуатацию. Однако исполнитель не хочет начинать производство до тех пор, пока не получит полный платёж от заказчика. Подобные коллизии повторяются каждый раз, грозя задержками в выполнении проекта.
Для того чтобы получить задел по времени, компания BW Offshore решила заключить рамочный контракт на инжиниринг без конкретной спецификации. Изначально было оговорено, что все инженерные работы в рамках проекта станут выполняться по этому единому контракту. Такой подход позволил реализовать концепцию генерального подрядчика по автоматизации и заранее сформировать проектную команду. И хотя инженеры не знали точного расположения модулей производственно-технологической системы и параметров контрольно-измерительных приборов, они были уверены, что эти модули понадобятся, а потому сразу размещали заказы на их изготовление, что помогло существенно сократить время строительства комплекса. На основе грубых первоначальных оценок количества сигналов ввода/вывода и расположения их вводов были заказаны типовые шкафы систем управления и обеспечения безопасности без конкретного наполнения компонентами. Эти шкафы затем были отправлены на верфи в Сингапур, где заполялись соответствующими электронными модулями.
Для создания типовых шкафов автоматизации использовались хорошо зарекомендовавшие себя в морских системах методики Marine Flex и MarineSuperFlex, которые позволяют максимально эффективно использовать гибкую структуру системы DeltaV. Верхнее пространство шкафов автоматизации было зарезервировано для модулей полевых шин (поскольку они используют минимальное количество кабеля при максимальном числе подключаемых полевых приборов), а следующие нижние два ряда зарезервированы для модулей традиционного аналогового и дискретного ввода/вывода. Конструкция шкафов позволяет использовать стандартные клеммные и релейные модули вне зависимости от типа сигналов, обрабатываемых в каждой конкретной подсистеме. После уточнения количества и типа линий ввода/вывода соответствующие модули системы автоматизации за считанные дни поставлялись с расположенной в Сингапуре фабрики, пока технический персонал занимался прокладкой кабелей. Подобный подход позволил значительно ускорить проектирование всех систем комплекса.
Проводить интеграцию систем безопасности и управления между собой фактически не потребовалось, поскольку архитектура DeltaV подразумевает аппаратное и программное обеспечение для достижения независимости работы и необходимого обмена информацией между двумя этими подсистемами. Такой подход позволяет использовать диагностическую информацию из полевых приборов ради повышения безопасности эксплуатационной готовности технологических объектов комплекса. Алгоритмы работы систем обеспечения безопасности могут использовать параметры самодиагностики от датчиков и клапанов для определения необходимости аварийного отключения технологического оборудования с учётом его состояния.
По ходу выполнения проекта консоль системы обеспечения безопасности позволила облегчить настройку полевых приборов для работы на технологическом объекте. Так, конфигурирование детектора присутствия взрывоопасных газовых смесей проводилось техником за экраном AMS Device Manager с использованием встроенных в детектор средств диагностики. При традиционном подходе для этого потребовалось бы послать нескольких специалистов в опасную зону технологического процесса для проверки детекторов на месте. Использование интеллектуальных возможностей PlantWeb позволило существенно сэкономить время и средства, а также снизить риски.
На этапе монтажных работ модули будущего комплекса FPSO были размещены на палубе танкера и соединены друг с другом трубопроводами. Все подсистемы управления и обеспечения безопасности объединили и подключили к общей системе высокоскоростного обмена данными всего комплекса. В соответствии с концепцией Plug-n-Play были налажены электрические соединения между модулями.
Поставка
Пусконаладочные работы на новом плавучем комплексе Юум Как Нааб были завершены в Сингапуре в конце 2006 г. К тому времени международный (норвежско-индийско-филиппинский) экипаж уже прошёл базовое обучение по эксплуатации оборудования FPSO, специфике технологических процессов и работе с системой управления. Танкер отплыл из Сингапура 2 февраля 2007 г. и достиг месторождения KMZ в Мексиканском заливе 16 марта. В настоящий момент комплекс успешно эксплуатируется компанией BW Offshore по контракту с мексиканской нефтяной компанией Pemex. Компания Lmersoii провела дополнительное обучение и консультации сотрудников эксплуатирующей компании по оптимальной работе с PlantWeb. Первая нефть поступила на комплекс в конце июня, её отгрузки начались в июле 2007 г.
Будущие перспективы
Компании BW Offshore и Lmersoii обсуждают возможности дальнейшего развития партнёрства для реализации перспективных совместных проектов. При этом партнёры стремятся учесть полученные в работах над FPSO Юум Как Нааб знания и навыки. Образование постоянного альянса позволит компаниям предлагать заказчикам наиболее комплексные услуги по проектированию, строительству, автоматизации и эксплуатации широкого ряда морских и береговых сооружений для нефтяной и газовой промышленности.
Вим Ван Лун,
менеджер проекта компании Emerson Process Management,
Нидерланды,
Ханс-Якоб Фромрайде,
ведущий инженер по контрольно-измерительным приборам
компании BW Offshore,
Норвегия