Pohokura donne le ton en matière d'opération à distance et de durabilité.

Contexte

Le gaz naturel est une ressource très précieuse. Par rapport aux autres combustibles fossiles, c'est un carburant propre et non néfaste pour l'environnement. Le gaz naturel est plus efficace : 90 % de la production atteint le point de consommation. L'efficacité s'améliore constamment grâce aux avancées technologiques dans les techniques d'extraction, de transport et de stockage. Pour le gaz naturel, le système de transport consiste en un réseau complexe de pipelines, conçus pour transporter rapidement et efficacement le gaz naturel de son point d'extraction jusqu'aux zones à demande élevée.

Le champ de Pohokura, au large de Taranaki, est la plus grande ressource en gaz naturel du pays. Il appartient à une joint-venture entre Shell, Todd Pohokura et OMV New Zealand. La station de production est exploitée par Shell Exploration NZ, qui utilise les services de Shell Todd Oil Services. Le gaz naturel du site de Pohokura est intégré dans le réseau national. Le premier gaz commercial venait de trois puits de forage terrestres à « portée étendue » de la partie sud du site, en septembre 2006. En mars 2007, du gaz et des condensats ont commencé à s'écouler par le premier des cinq puits offshore via un pipeline sous-marin, jusqu'à une station de production terrestre à Motu Nui.

Défi

Le développement d'un site sans présence humaine, où les opérations sont surveillées depuis une salle de commande à New Plymouth, exigeait les compétences associées d'ingénieurs, de consultants et d'intégrateurs système. Le responsable de la conception de Pohokura, Transfield Worley, a choisi Engineering Control Limited (ECL), un partenaire intégrateur système de longue date. Pour l'exploitation à distance, l'une des exigences était que les centres de commande de moteur soient intégrés au système de commande principal de l'usine, sur un réseau intelligent, afin que les informations de la station de gaz soient retransmises à la salle de commande. Transfield Worley a fondé le nouveau système sur le réseau DeviceNet avec la plate-forme ControlLogix® Allen-Bradley de Rockwell Automation.

Autre exigence : l'état de l'appareillage d'alimentation aux centres de commande de moteurs 400 V et du panneau de distribution principal 11 kV de l'usine devait être disponible dans la salle de commande, et cet appareillage devait également être exploitable depuis celle-ci. Cette exigence a été respectée grâce au câblage de l'appareillage à une E/S TOR dans ControlLogix. Le fait de pouvoir exploiter l'appareillage à distance est également apprécié du point de vue de la sécurité : l'exploitation locale est inutile et les opérateurs ne courent donc aucun risque de blessure, notamment si un dysfonctionnement ou une défaillance de l'appareillage pendant l'utilisation provoquent un arc électrique.

Mise en place d'une opération à distance

Pohokura produit plus de 45 % du gaz naturel de Nouvelle-Zélande, qui est acheminé dans l'Île du Nord pour la consommation industrielle et domestique. « Grâce à l'expertise technique de Shell, nous avons pu livrer une station de production de gaz sans présence humaine hautement fiable, avec une faible empreinte environnementale », commente Paul Brown, ingénieur des opérations de Pohokura. « Pour nous, l'une des priorités était de livrer le projet à temps, en respectant le budget, l'environnement et les habitants de la région, et en évitant que le personnel ne soit blessé. »

La philosophie opérationnelle de l'établissement de production de Pohokura consistait à établir un site sans présence humaine avec une présence nulle en exploitation normale (ZNOP, zero normal operating presence) ; les opérations de l'usine devant être effectuées hors site et à distance via un système de contrôle-commande, depuis une salle de commande située à New Plymouth. L'exploitation à distance est le moyen idéal d'assurer la sécurité du personnel et de le tenir à distance des équipements potentiellement dangereux, mais sa réussite opérationnelle dépend de l'excellence des fonctionnalités de réseau, de diagnostic des pannes et de commande. « DeviceNet a fourni une solution réseau offrant une communication fiable et également dotée de la fonction de Remplacement Automatique de Dispositif (ADR). Grâce au téléchargement automatique des paramètres de l'appareil, les temps d'arrêt ont pu être réduits », explique Prasad Nory, responsable de secteur chez Rockwell Automation. Le Remplacement Automatique de Dispositif assure la configuration et la récupération d'adresse automatique, ce qui diminue réellement les exigences en maintenance. Fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, Pohokura prévoit un jour de maintenance proactive chaque mois pour identifier et traiter les problèmes potentiels.

L'empreinte de Pohokura

La conception électrique de Transfield Worley a été la base d'une solution entièrement intégrée qui nécessitait les capacités de fabricants de carte leaders, Switchbuild Ltd. La solution Pohokura s'est articulée autour du développement de deux centres de commande de moteurs basse tension. Deux transformateurs de 2,5 MVA ont été intégrés dans le premier centre de commande de moteur basse tension via des disjoncteurs pneumatiques 4 000 A. L'alimentation du premier centre de commande de moteur est ensuite acheminée via le deuxième centre de commande de moteur basse tension. La conception intelligente du centre de commande de moteur a utilisé le réseau DeviceNet, en communiquant avec les démarreurs de moteur DOL pour la commande et la surveillance. L'E3 et les surcharges intelligentes ont assuré une protection de moteurs correspondant très étroitement aux caractéristiques de fonctionnement du moteur, avec des fonctionnalités de protection améliorées telles que le défaut de mise à la terre, la thermistance et la perte de charge, qui sont généralement fournies par des relais de protection de moteur beaucoup plus chers.

Un automate ControlLogix Allen-Bradley assure la surveillance et la commande complètes des centres de commande de moteurs et renvoie les informations au système de contrôle-commande. « La solution Allen-Bradley fournit une protection avancée de la charge. Le client peut analyser les performances de ses moteurs et afficher les pannes, le tout dans une unité intégrale visible depuis le système de contrôle-commande », a indiqué Donald Liddell, responsable de Switchbuild.

Pour éviter les temps d'arrêt coûteux à Pohokura, ECL a développé et intégré des commandes de mise en route dans l'automate, en cas de perte de courant de l'un des deux nouveaux systèmes 11 kV. Selon Peter Huitema, ingénieur chez ECL : « Généralement, lorsque des alimentations s'éteignent, le courant se coupe, même pour quelques millisecondes, et les moteurs s'arrêtent. Pour éviter cela, nous avons déterminé le nombre de secondes pendant lequel le moteur pouvait rester non alimenté sans que cela ne cause de dégâts. Nous avons utilisé l'inertie pour garder les moteurs en marche pendant un maximum d'1,5 seconde, afin de laisser le temps à l'autre alimentation de prendre le relais. En programmant ces informations dans le système de commande, nous avons pu éviter des arrêts coûteux. »

Excellence environnementale

L'exécution d'une ingénierie à la pointe de la technologie a permis l'exploitation à distance de l'usine Pohokura. « La sécurité du personnel et de l'environnement revêt une priorité encore plus élevée dans l'exploitation à distance ; l'usine et les composants doivent donc fonctionner de manière fiable avec un minimum de maintenance. Tous les composants choisis pour le projet Pohokura devaient présenter une fiabilité éprouvée », explique Paul Brown, ingénieur des opérations de Pohokura.

Pour atteindre l'excellence environnementale, des modifications ont été apportées à la conception originale du site. La technologie de forage directionnel horizontal utilisée a rendu inutile l'installation d'un pipeline de la station de production terrestre à la plate-forme offshore, qui serait passé devant la falaise et sur l'estran. Au lieu de cela, et c'est une première en Nouvelle-Zélande, un pipeline a été inséré sous l'avant de la falaise et sous l'estran, de façon à éviter toute intrusion visible ou physique, et l'environnement côtier local a été préservé.

Les zones de traitement de l'usine sont enserrées de murs de béton. Avant que l'eau ne soit évacuée vers les systèmes de traitement des eaux pluviales, un récupérateur absorbant retire les hydrocarbures flottants résiduels. Les eaux pluviales sont ensuite traitées dans une « zone humide » spécialement conçue, dans laquelle des plantes jouent le rôle de biofiltre naturel. La filtration via les zones humides permet d'éliminer tous les hydrocarbures résiduels. Ces caractéristiques environnementales ont permis à Shell Pohokura de se voir décerner un prix de l'innovation technique et du développement durable par le Conseil régional de Taranaki en 2010.

La solution de commande d'intégration de l'automatisation de Rockwell Automation a été favorablement accueillie. « Nous n'avons pas rencontré aucun problème avec les automates de Rockwell Automation pendant les cinq années d'exploitation de Pohokura ; nos objectifs ont été entièrement atteints en termes de budget, de délais, de sécurité du personnel et de développement durable pour l'environnement », conclut M. Brown. L'exploitation via un système de commande à distance chez Pohokura a eu les bons résultats escomptés. Un programme d'expansion vise actuellement à créer un autre site utilisant la même solution facilement extensible, fournie par le système Integrated Architecture Rockwell Automation.