用SCADA和IPCs把污染变成金子

流程自动化见解

• 一个氢₂S气酸处理系统去除H₂将天然硫转化为农业级单质硫，用于土壤修复、作物肥料和害虫防治。

• 测量和移除H₂S从天然气在新的化工过程中启用了SCADA软件控制系统，工业计算机，更少的带宽，自整定模糊逻辑控制系统，集成气象数据和云服务器数据分布。

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一种测量和去除硫化氢(H₂S)的天然气公司将传感器、用于边缘处理的工业计算机、基于云的应用程序、机器学习和监督控制和数据采集(SCADA)软件用于处理用于肥料和其他应用的农业级元素硫的工厂。自动化减少了75%的人工测量和总人工成本，使工厂具有成本效益。

测量，去除H₂来自天然气的S

H₂S是一种易燃无色气体，在各种应用中极大地影响着人类安全、法规遵从性和基础设施完整性。全球约40%至60%的天然气井和北美几乎每一口气井中都有这种有毒气体，具有臭鸡蛋的典型气味，既是刺激物又是化学窒息剂，从而影响中枢神经系统和呼吸。有毒气体必须从天然气流中去除₂虽然有化学物质可以直接去除H₂但是，它们的处理既昂贵又危险。这些化学品只有在处理低浓度的H时才具有成本效益₂当处理大量的H₂S，需要建造大型工厂来去除有毒化学物质。大多数气井只含有中间量的氢₂S -不足以保证建造一个5000万美元的设施，但也太多了，不能用每磅10美元的化学品来处理。在这两种选择之间，没有很多好的技术可以去除H₂有效地年代。

新型化学工艺，H₂年代删除

流线型创新显著改善了氧化还原过程，并创造了一个最有效的H₂S处理溶液在市场上。他们的女武神H₂S气体和酸性气体处理系统采用新的化学工艺和先进的控制系统去除H₂从单井到整个气田的规模范围内的天然气。表示H的阶跃变化₂S处理，该专利工艺去除100% H₂从天然气流中提取S，每磅H的成本最低₂与所有其他竞争对手相比，S的移除降低了租赁运营费用。最重要的是，女武神将H₂将S转化为农业级单质硫，有利于土壤修复、作物施肥和病虫害防治。

到目前为止，该公司在德克萨斯州和新墨西哥州的工厂已经生产了超过2000万磅硫磺，并正在向国际市场、沼气处理和炼油厂处理领域扩张。否则产生的硫就会变成SO₂它是酸雨的关键来源。

控制系统挑战还原，氧化过程

氧化还原需要进行两个精确的化学反应:还原和氧化。然而，要对这两个过程进行最优控制是非常困难的。它的挑战性在于H₂天然气中硫的浓度和流速各不相同。因此，在气体中添加相应数量的化学制剂需要不断调整。如果加入太多，化学过程就会停止。如果加入的太少，那么一些H₂S可能会进入管道。因此，旧的工艺需要该领域的专家每隔几分钟检查一次浓度和流速。不幸的是，专家不可能总是在天然气设施现场，甚至不可能经常前往现场，尤其是偏远井的小单元。streamlined Innovations的瓦尔基里流程用智能和严格的化学控制取代了“该领域的专家”，使化学过程在没有人为干预的情况下保持化学试剂的平衡。

起初，streamlined Innovations测试了一个写在标准PLC上的自动化平台，但它不能执行复杂的计算和基于模型的控制。他们还建立了一个定制的OPC服务器，与云服务器通信，但它没有身份验证和安全保护。为了探索并找到理想的解决方案，streamlined又花了半年的时间接触了几乎所有的品牌解决方案。他们找到了两家自动化公司，帮助促进控制和自动化过程、数据收集和远程控制，以解决氧化还原挑战，减少可变性并稳定化学过程。

SCADA软件，工业计算机，带宽少

streamlined Innovations使用运行在坚固的工业pc上的SCADA软件，这些pc通过消息队列遥测传输(MQTT)通信协议与服务器通信。MQTT允许在不消耗太多带宽的情况下传输相关数据，这意味着偏远地区的蜂窝数据通常足以进行操作。由于管理数据可能是一项挑战，因此在边缘和云之间进行智能分层计算。相比之下，复杂的计算，如模型预测控制，需要历史数据，因此可以在云侧完成。

相比之下，电机振动数据会产生大量的亚秒级数据，这些数据在边缘处理，因为它的带宽太密集，无法全部发送到云端。找到合适的边缘处理技术是成功操作的关键。

自整定模糊逻辑控制系统集成气象数据

这种工业计算机还运行Python脚本，使streamlined Innovations能够执行复杂的计算，其中包括结合来自美国国家气象局的天气预报，以帮助确定最佳操作温度。这些计算仅靠PLC是不可能实现的。在Python上运行的机器学习(ML)和模糊逻辑算法提供了先进的控制效率和自调优系统，提高了操作效率。

“环境温度和湿度会对硫磺产量产生很大影响。ML可以帮助我们预测温度，并允许我们调整表面活性剂和pH值，以获得最佳性能。例如，如果温度在接下来的6小时内下降，即使环境温度正常，我们也会开始加热我们的设备，”Streamline Innovations的首席技术官Peter Photos博士解释道。

信息技术(IT)和运营技术(OT)的融合是“我们能够以更小的规模开发技术的主要原因之一，”Photos补充道。“如果你仔细想想，从it的角度来看，使用API进行天气预报是一个微不足道的计算。但是，就OT应用而言，在过去，油田中没有坚固可靠的设备来促进这样的过程。”

在云服务器分发之前，工业计算机收集、处理数据

现在，streamlined Innovations采用强大的工业计算机，使用直接的IT实践，将IT纳入OT世界。streamlined Innovations的架构包括I类，Div 2认证的坚固计算机，从PLC收集数据并将其转换为有用的关键性能指标(kpi)。KPI数据被传输到云，云服务器将数据分发给用户。当蜂窝调制解调器关闭时，工业计算机记录数据，然后在调制解调器恢复后立即将数据传输到云端，以确保OT设备的最大正常运行时间。

Photos表示，“这意味着系统在监视自己，这证明了连接的力量”。

此外，streamlined Innovations通过运行通过本地Wi-Fi网络部署的模块的完整版本，扩展了SCADA软件。这使得用户可以从机组附近的任何计算机访问机组，包括其完整的HMI和历史现场数据。这意味着，在卡车驶入现场后不久，操作人员就可以通过卡车上的笔记本电脑访问该设备。这实际上消除了对专用HMI的需求。此外，蜂窝通信模块允许用户从任何地方访问相同的HMI，这意味着中央控制室甚至操作员的手机都可以看到和控制，就像他们在现场一样。这在很大程度上消除了操作员进入现场的需要，例如，如果机组关闭或触发警报。他们可以在家里或办公室用手机远程重启设备。

无线通信取代了现场流量测量

通过Moxa的解决方案和Ignition, streamlined Innovations公司的人力成本降低了75%，因为他们不需要那么多的全职员工来管理这些单元。不再需要员工不断更新流速和化学添加量。工业计算机正在进行计算，并提供最长的正常运行时间。此外，在过去，streamlined Innovations无法解决几个变量，如温度和湿度变化，这可能会影响化学过程中的水量。现在，他们可以这样做了，因为在运行在工业pc上的SCADA脚本的帮助下，ML已被添加到模型预测控制中。“我称之为《荣耀边缘》。这就是数据革命。它帮助流线型揭开革命性的H₂S去除技术，”Photos补充道。

一个强大的数据收集系统可以提高运营绩效，数据的整合有利于公司的每个分支机构。这些数据用于维护计划、设计更高效的设备和全公司范围的商业模式计算。未来，完全集成的数据将有助于实现业务的自动化，使公司的各个层面都能做出数据驱动的决策。

改进后的Valkyrie系统采用了先进的自动化技术，为公司及其客户带来了诸多好处。好处包括节省安装成本、减少劳动力、提高正常运行时间和从系统中有效收集情报，以持续改进操作。streamlined Innovations计划利用其解决方案团队和经验，将Valkyrie技术的使用扩展到更多客户，以帮助解决工业市场面临的挑战。

Eddie Lee, Moxa公司全球行业营销总监内容经理大卫·米勒编辑，控制工程， CFE媒体与技术，dmiller@cfemedia.com．

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