Oil&gas i sektor chemiczny Automatyka i pomiary w branżach procesowych

Ważnymi obiektami w branży ropy naftowej i gazu są morskie platformy wiertnicze i wydobywcze. Stanowią one skrajnie nieprzyjazne środowisko pracy z wysokim ryzykiem wystąpienia wypadków. Choć te zdarzają się rzadko, gdy już do nich dojdzie, skutki dla załogi i otoczenia są katastrofalne. Wynika to ze specyfiki tego typu obiektów przemysłowych.

Zagrożeniem są łatwopalne surowce na nich wydobywane, niebezpieczne urządzenia i narzędzia stanowiące ich wyposażenie. Bezpieczeństwu pracy nie sprzyjają też: ograniczona przestrzeń, wpływająca na swobodę poruszania się i operowania sprzętem i fakt, że platformy znajdują się z dala od lądu, w rejonach świata, gdzie panują ekstremalne warunki pogodowe. Ponieważ większość zadań wykonuje się na zewnątrz, pracownicy narażeni są na skrajne temperatury, silny wiatr, opady atmosferyczne, oblodzenie. Fale, prądy morskie, sztormy wpływają na stabilność tych konstrukcji.

Ze względu na te zagrożenia zabezpieczenia i procedury postępowania na platformach są na wysokim poziomie. Czynnik, którego niestety nie można wyeliminować, to błąd ludzki. Dlatego w tego typu obiektach dąży się do ograniczania obecności ludzi dzięki automatyzacji.

Automatyka na platformach

Potencjał w tym zakresie jest spory. Przykład to zadania "brudne" i wymagające siły, jak łączenie rur podczas ich wymiany. W tym przypadku ludzi zastępują automatyczne zaciskarki z regulowaną średnicą otworu i kluczem do dokręcania o momencie obrotowym nawet kilkuset kNm. Dostępne są roboty podnoszące i mocujące rury w odwiercie i roboty wiertnicze, automatyzujące wszystkie operacje związane z rurami i narzędziami. Opracowywane są platformy automatyzacji i digitalizacji odwiertów. Oferowane są narzędzia, które usprawniają zarządzanie kompleksowo całym sprzętem wiertniczym i dedykowane do konkretnych operacji.

Przykład ostatnich to przełączanie między trybami wiercenia, które jest wykonywane, by zmienić trajektorię odwiertu albo skorygować jej odchyłkę. Inną funkcją tego typu aplikacji jest zapobieganie efektowi poślizgu spowodowanego drganiami, który może powodować uszkodzenie wiertła. Jeżeli opcja ta zostanie aktywowana, kontroler napędu dostosuje prędkość obrotową wiertła tak, żeby energia ruchów skrętnych przenoszona na powierzchnię była pochłaniana. To po kilku cyklach skutkuje wytłumieniem wibracji.

Pojazdy ROV i AUV

W branży naftowej wykorzystuje się też zdalnie sterowane pojazdy ROV (Remotely Operated Vehicles) i autonomiczne pojazdy podwodne AUV (Autonomous Underwater Vehicles), głównie w inspekcji i rozpoznaniu.

Są to pojazdy podwodne eksplorujące zbiorniki wodne bez człowieka na pokładzie. Występują między nimi różnice. Pierwsze są zdalnie sterowane przez operatorów przebywających na pokładzie łodzi lub statku, z którym ROV jest połączony kablem. Jego długość określa maksymalną głębokość zanurzenia pojazdu i jego dystans od statku. Poza tymi parametrami modele ROV różnią się rozmiarami i prędkością. Kabel łączący pojazd ze statkiem służy do dwukierunkowej transmisji danych i zasilania ROV, choć niektóre modele są zasilane z akumulatorów.

W tracie użytkowania zwykle jedna osoba steruje ROV, a druga nadzoruje kabel. Kontrola uwięzi polega na utrzymaniu jej optymalnej długości, dzięki czemu ROV przemieszcza się w założonym przedziale głębokości i odległości od statku, a zarazem zapobiega jego zaplątaniu w za długi kabel. Brak nadzoru nad kablem utrudnia też sterowanie ROV i manewrowanie statkiem.

AUV nie wymagają ingerencji ani kontroli w czasie rzeczywistym ze strony ludzi. Zamiast tego są wstępnie programowane, a potem działają autonomicznie, na przykład zmieniając kurs albo kończąc swoją misję wcześniej, niż oczekiwano na podstawie zebranych w jej trakcie informacji.

ROV i AUV wyposaża się w liczne czujniki, chwytaki, próbniki, manipulatory, w zależności od ich zastosowania, na przykład: inspekcji, zbierania próbek, lokalizowania, konserwacji, rozpoznawania terenu. W niektórych zadaniach pierwszy typ pojazdów sprawdza się lepiej niż drugi. Zaleta ROV to głównie pełna kontrola nad pojazdem, dzięki połączeniu ze statkiem, co ułatwia ich eksploatację w rejonach o dużym natężeniu ruchu statków i innych pojazdów podwodnych, które mogą wpłynąć na zmianę kursu AUV, jak również w razie narażenia na silne prądy morskie lub wzburzone fale. Zalety AUV to natomiast: możliwość penetracji rejonów akwenów zbyt płytkich, żeby mógł w nie wpłynąć statek nadzorujący ROV, ich swobodniejsza praca, nieograniczona długością kabla, odciążanie personelu.

Roboty na platformach

Na platformach wykorzystuje się też roboty czworonożne. Dzięki wyposażeniu w nogi dobrze radzą sobie one z poruszaniem się po obiektach zaprojektowanych dla ludzi, pełnych sprzętów, rur, stopni, schodów, innych przeszkód i w ciasnych przestrzeniach. Są w stanie wchodzić i schodzić ze schodów i pochyłości, pokonywać przeszkody, jak progi i szczeliny, czołgać się. Potrafią też wrócić do równowagi w razie jej utraty. Dzięki odpowiedniemu stopniowi ochrony IP mogą pracować wewnątrz i na zewnątrz budynków, w deszczu, strumieniu wody, przy zapyleniu, nasłonecznieniu, w ciemnościach.

Są to zwykle roboty autonomiczne, rozpoznające otoczenie, planujące optymalne ścieżki ruchu i uczące się powtarzalnych procedur. Pozwala na to implementacja w ich sterownikach algorytmów sztucznej inteligencji analizujących dane z czujników: kamer, kamer termowizyjnych, mikrofonów rejestrujących sygnały akustyczne, słyszalne i ultradźwięki. Roboty te mogą łączyć się z centralą za pośrednictwem Wi-Fi 4G/LTE, ale większość analiz wykonuje ich komputer pokładowy.

Dzięki temu potrafią na przykład odczytywać wskazania analogowych przyrządów pomiarowych i sprawdzać stan zaworów, wykrywać: gorące punkty instalacji, wibracje i przecieki, a wyposażone w czujnik gazu – wycieki trujących gazów. W razie potrzeby operator może przejąć nad nimi zdalnie pełną kontrolę. Roboty te w przyszłości przyczynią się do upowszechnienia się bezzałogowych platform wiertniczych i wydobywczych.