“传感器到董事会”的整合是可行的

20世纪70年代，卡塔尔国——一个插入波斯湾的半岛小国——发现了专家认为是世界上最大的单一天然气储量，估计有500万亿立方英尺。尽管卡塔尔拥有丰富的天然气资源，但直到20世纪90年代初，天然气生产还仅限于国内使用。

通过Dave Harrold，控制工程 二一年十二月一日
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  • 过程和高级控制

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段塞流:处理气体管道中的液体
RasGas项目经验教训
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20世纪70年代，卡塔尔国——一个插入波斯湾的半岛小国——发现了专家认为是世界上最大的单一天然气储量，估计有500万亿立方英尺。

尽管卡塔尔拥有丰富的天然气资源，但直到20世纪90年代初，天然气生产还仅限于国内使用。1993年，卡塔尔通用石油公司与Kogas-Kepco(韩国京畿道)签订了一份为期25年的液化天然气(LNG)销售协议(SPA)，情况开始发生变化。

有了SPA，卡塔尔与埃克森美孚(ExxonMobil)建立了合作伙伴关系，建设和运营一个价值25亿美元的离岸和陆上天然气生产、传输和液化天然气设施，名为Ras Laffan液化天然气公司(RasGas)。如今，该综合设施是世界上最大的液化天然气工厂之一，拥有15,000个I/O点，19个服务器节点，200台个人电脑，90公里(56英里)的海底，光纤电缆和10公里的岸上光纤电缆组合形成了一个综合控制和信息管理系统(ICIMS)。

说明你需要什么

在1993年到1995年之间，RasGas项目团队进行了一个迭代过程，将初步设计转化为详细设计，到1995年年底，该项目已经准备好进行一次性、交钥匙(LSTK)竞争性招标。

传统上，这类项目倾向于最低限度地自动化过程，而不是关注过程和构造问题。当工厂移交给运营时，就会应用额外的自动化。这种两步自动化实践的结果经常会导致重复，特别是在制造执行和业务系统方面，通常会增加不必要的时间和成本，有时会产生令人失望的结果。

在RasGas项目中，由项目负责人Frank Farrell领导的埃克森美孚工程师们试图打破传统。

“从功能的角度来看，我们知道我们想要什么和需要什么，SAP R/3的可行性研究证实了该软件能够满足我们的综合控制和信息系统需求。我们所需要的只是有能力的集成商。

拉斯拉凡风险投资经理兼董事总经理鼓励团队加入ICIMS解决方案。此人之前收到过一个新工厂的收据，该工厂的纸质设计和测试文件、图纸、设备规格、维护记录等都是在运行的第一天用过期的三环活页夹交付的。

这意味着投标人不可能对这种规模和范围的LSTK进行“hip- hop -shooting”。获胜者必须了解所需内容的细节。

1996年初，Invensys-Foxboro (Foxboro, Mass.)被选中为这个价值4200万美元的解决方案提供硬件、服务和整体项目监督，包括分布式控制系统、安全关闭系统和一些现场仪器仪表。(参见“RasGas综合控制和信息系统架构”图。)

是时候让它发生了

到1996年5月，Foxboro已经配备了与RasGas ICIMS项目团队相对应的离岸和岸上ICIMS项目团队。

为了最大限度地加强交流，项目团队在物理上位于相同的世界地区。例如，离岸和岸上控制和安全系统项目团队位于Foxboro的新加坡办公室，靠近位于日本横滨的工程、采购和建设(EPC)公司。

Foxboro和Cap Gemini Ernst & Young的信息集成项目团队位于德克萨斯州的休斯顿，系统部署在Foxboro的休斯顿办公室进行。

随着信息集成团队朝着详细设计的方向努力，SAP的标准模块和RasGas的基本/初始操作需求之间出现了大约200个差距。Foxboro的整体项目负责人Don Kendall解释道:“我们对这200个缺口进行了效益或增加的能力、成本和进度影响的评估，最终确定为‘启动时必须具备的’或‘等到我们正式上线后再具备’。”

ICIMS定义了目标

当将ICIMS与其他信息集成体系结构进行比较时，例如“Zachman企业体系结构框架”和“Purdue企业参考体系结构(PERA)”，相似之处是惊人的。每个都标识层及其关系，每个都定义数据响应、分辨率、可靠性和可修复性需求。

ICIMS体系结构定义了四层，但主要关注以下三层:

  • 业务信息管理系统;

  • 技术信息管理系统(TIMS);而且

  • 工厂控制信息管理系统(PCIMS)。(参见“ICIMS体系结构”图。)RasGas项目bim层揭示了一套集成的业务解决方案，旨在解决:

  • 财务，采购和供应链管理使用SAP (Walldorf，德国)模块;

  • 人力资源活动整合SAP模块与Logica(伦敦，英国)MAPS(移动和人事系统)提供人员在船上(POB)跟踪活动，如核实医疗和培训记录的状况，以及管理泊位和救生艇分配;

  • 环境、健康和安全要求包括跟踪危险材料的处理和运输、安全设备维护活动以及事故/事件记录，所有这些都使用SAP模块实现;

  • 维护管理包括条形码阅读器，以协助管理备件的接收，库存，分发和重新订购;工作订单处理;以及预防性维护和周转物流计划，并使用已演变为SAP计算机化维护管理系统(CMMS)模块的模块来实现。

TIMS层的唯一目标是提供“真相的单一版本”。

所有供应商提供的文档，包括规格、设计数据、计算、图纸以及安装和维护手册，都以电子格式提供，并成为TIMS解决方案的一部分。这解决了文件修订的差异，并确保操作和维护活动是根据最新信息进行的。

RasGas项目TIMS解决方案包括:

  • 使用Intergraph过程和构建解决方案的电子文档管理(麦迪逊，阿拉巴马州)资产和信息管理(AIM)和工厂设计系统(PDS)软件;

  • 计算机辅助绘图(CAD)和计算机辅助工程(CAE)，作为鹰图解决方案的一部分提供;而且

  • 操作员培训模拟，由霍尼韦尔Hi-Spec解决方案(凤凰城，亚利桑那州)开发，使用为每个主要工厂设备开发的动态模拟，并连接到Foxboro I/A控制器数据库。当操作人员坐在Foxboro I/A操作站前时，他们会体验到一个非常接近陆上和海上操作的模拟环境，其中包括教练引起的流程中断和意外设备故障。

ICIMS架构的RasGas PCIMS层包括:

  • 实时流程信息趋势、归档、分析和报告建立在为TIMS层建立的“单一版本的真相”哲学之上。OSI软件公司的PI系统为实时流程信息(RTIS-PI)提供了单一版本的真相存储库。所有岸上和岸上控制系统过程数据都被收集、处理和汇总到PI数据库中，供其他应用程序使用;

  • 分析信息从在线现场和传统实验室分析仪获得。分析结果收集在RTIS-PI数据库中，使用Baytek 's (Corpus Christi, Tex.)Bliss实验室信息管理软件对传统实验室结果进行管理，并通过Foxboro I/A控制系统对现场分析仪进行在线控制;而且

  • 通过复杂的动态管道管理系统(PMS)实现了对潜在段塞流的监测，该系统利用RTIS-PI数据库中的岸上和岸上现场测量数据，以及管道几何形状、内部管壁粗糙度数据和其他因素来预测段塞流的形成。利用PMS预测，陆上和陆上作业者可以调整作业参数，以避免段塞形成和段塞捕集器容量过载。(参见“段塞流:处理气体管道中的液体”侧栏。)

风险管理

每个控制工程师都知道HAZOP(危害分析和可操作性研究)，其中对每个容器、管道部分和设备进行了彻底的分析。这些评估确保了风险，如流量过大或过小、温度、压力等，并开发、测试和记录缓解措施。

在RasGas项目中，传统的HAZOP研究主要针对陆上和海上的控制和安全系统。PCIMS、TIMS和BIMS层的风险管理是通过设计规范实现的，该设计规范要求“现成的”硬件和软件解决方案以及测试、测试和更多的测试。

当每个系统在其各自的EPC位置组装时，在硬件和软件上执行正式和非正式的工厂验收测试(fat)。

由于RTIS-PI数据库代表整个信息系统的单一版本，因此该服务器成为每个系统集成测试的一部分是至关重要的。因此，当服务器测试在休斯顿完成后，它被运往新加坡，作为岸上和岸上控制和关闭系统测试的一部分。当所有的系统抵达卡塔尔时，唯一未知的是光纤网络通信电缆。

证明在使用中

当整个陆上和海上ICIMS解决方案运抵卡塔尔时，该工厂距离投产还有近一年的时间。这些额外的几个月已设计到整个项目时间表中，以便:

  • 安装系统组件;

  • 进行现场验收测试;

  • 便利操作人员和最终用户培训;而且

  • 收集操作数据。

在系统运行的几个月前，它的日常使用培养了用户的接受度、熟悉度和信心。

当ICIMS第一次到达时，拉斯拉凡工厂管理大楼还没有建成，因此BIMS服务器临时安装在附近的首都多哈，并通过租用线路连接到现场的TIMS和PCIMS服务器。

虽然租用线路的性能比预期要好，但后来在行政大楼安装bim服务器并连接到工厂光纤网络时，所有人都感到满意。

很多成功案例

总的来说，RasGas项目在许多方面都是卡塔尔人民的民族自豪感的来源。首先，这是中东有史以来最大的液化天然气建设项目。此外，该项目还产生了:

  • 世界上最大的液化天然气储罐;3个140,000立方米(183,113码3)的储罐;

  • 在波斯湾首次安装商业/工业海底光纤电缆;

  • 世界上第一家获得ISO 9002认证的综合离岸和陆上液化天然气公司;而且

  • 埃克森美孚首次使用ICIMS交付完全集成的设施。此外，生产提前两个月开始，使首批货物提前两个月离开Ras Laffan船舶码头;RasGas的投资者尤其赞赏这一举措。

传感器与董事会的整合是可行的，但成功需要:

  • 所有项目利益相关者，特别是运营公司的高级管理层，坚定的共同愿景和承诺;

  • 尽早采用并充分使用开发良好的集成体系结构，例如ICIMS;而且

  • 经验丰富的项目管理团队，预测，识别，沟通和避免进度影响问题。

要了解更多关于RasGas的信息，请访问www.rasgas.com。

段塞流:处理气体管道中的液体

卡塔尔的North Field天然气储量位于海平面9500英尺以下，通过15口井进行开采，并通过32英寸的管道输送90公里(56英里)。(80厘米)的管道连接到Ras Laffan液化天然气工厂。

从地球内部提取天然气并不总是只收集天然气。通常，液体也会被抽出，并在管道中收集足够数量的液体，形成所谓的段塞。

段塞流是指这些跨越管道内径的液体袋的存在和运动。

段塞的运动速度往往是气体速度的一小部分，并间歇性地出现(渗流或打嗝)，造成显著的压力和流量波动。

如果允许液体进入液化天然气工厂的热交换器(冷箱)，液体可能会破坏生产。

为了防止液体段塞到达LNG热交换器，被称为段塞捕集器的气/水分离器位于工厂的给料管道上。然而，段塞捕集器设计用于处理一定体积的液体。当段塞发生得太频繁时，它们会使段塞捕集器过载，并允许一些液体进入工厂，大大降低了工厂液化天然气的能力。

准确预测段塞流量，从而防止段塞捕集器过载，对工厂的生产效率至关重要。

RasGas项目经验教训

每个项目事后分析都会产生一个项目团队认为对下一个项目重要的活动和任务列表。以下是来自RasGas icims相关项目活动的主要建议。

获得运营公司高级管理层的坚定承诺;

具有分布式实体的项目，如陆上和海上设施，需要项目团队之间的持续沟通，以确保一致的实施理念;

要求每个应用领域的运营公司代表尽早并持续参与;

将整个bim层集成团队定位在终端用户附近;

让行业和应用专家参与进来，特别是在BIMS实施领域;

详细设计处理器(PC，服务器等)和应用软件分配，跟踪和维护测试期间和启动后的处理器加载;而且

培训操作人员和维修人员接近启动。

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要阅读与ICIMS体系结构和哲学相关的文章，请参阅:CE, 01年1月，第47页。2001年1月，第26页。浏览档案网址:

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