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Die Gasfackel: Was verbirgt sich hinter dem hellen Leuchten in der Nacht?

Steuerungssysteme von Rockwell Automation integrieren ECT-Algorithmen, mit denen sich umfassende Vorteile hinsichtlich der Kostenoptimierung und Rentabilität sowohl auf Naturflächen als auch Industriebrachen erzielen lassen

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Die Gasfackel: Was verbirgt sich hinter dem hellen Leuchten in der Nacht?
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Herausforderung

  • Ein Steuerungssystem für Turbomaschinen auf einer offenen Plattform, die das Gas-Recycling innerhalb des Verdichters ohne Abfackelung ermöglicht und damit Kosten und Gewinne optimiert, sowohl auf Naturflächen als auch Industriebrachen.

Solutions

Modernes Prozessleitsystem PlantPAx

  • Automatisierung von Turbomaschinen-Steuerungssystemen auf der Grundlage von integrierten konfigurierbaren Allen-Bradley ControlLogix-Algorithmen

Ergebnisse

  • Energieeinsparungen
  • Höhere Effizienz
  • Gesteigerte Rentabilität

Der Anblick der hellen Flamme am nächtlichen Himmel beim Passieren einer Raffinerie hat auf den ersten Blick etwas Faszinierendes. Doch hinter dieser Erscheinung verbirgt sich etwas Unheilvolles, denn wie jeder Verbrennungsvorgang verunreinigt dieses Phänomen die Atmosphäre. Die auf diese Weise vergeudete Energie könnte durchaus besser genutzt werden.

Da viele Unternehmen ihr Augenmerk zunehmend auf Effizienz und Reduzierung der Kosten für das Anlagenmanagement legen und sich die Sensibilität für eine Politik der ökologischen Nachhaltigkeit erhöht hat, dürfte es nach und nach zu einem Rückgang dieser Fackeln kommen.

Wie aber geht man gegen ein Phänomen vor, das der Allgemeinheit ernsthaften Schaden zufügt und dem Unternehmen die Möglichkeit vorenthält, seine Ressourcen optimal zu nutzen?

Wie so oft ist die Lösung des Problems gar nicht so kompliziert. Diese basiert auf einer Kosten-Nutzen-Analyse, die entschieden zu Gunsten des Nutzenfaktors ausfällt.

So ermöglicht ein Steuerungssystem für eine Turbomaschine das Recycling des vom Verdichter, der die Turbine antreibt, erzeugten Gases. Dies bedeutet in der Konsequenz, dass eine Energieressource wiederverwendet wird, die andernfalls als große Gasflamme verbrannt werden müsste. Somit liefert das System entscheidende Vorteile in Form eines geringeren Energieverbrauchs, einer verbesserten Produktivität und Anlagennutzung und nicht zuletzt einer geringeren Umweltbelastung.

Höhere Rentabilität durch chemische Verfahrenstechnik und Technologie

Energy Control Technologies, kurz ECT, wurde vor etwa zwölf Jahren in den USA gegründet und betreibt seit drei Jahren eine eigene Niederlassung in Europa. Der Tätigkeitsschwerpunkt des Unternehmens liegt auf der Steuerung von Turbomaschinen mit offener Plattform, wobei sich das Unternehmen auf Anwendungen, Know-how und Steuerungsalgorithmen für große Rotationskompressoren für Industrieanlagen, z. B. Axial-, Zentrifugal-, Dampfturbinen, Gasturbinen oder Turboexpander, spezialisiert hat.

Diese Nische spielt für industrielle Automatisierungsanwendungen eine Rolle. Ziel hierbei ist es, sehr komplexe Algorithmen zu schaffen, die unter Berücksichtigung der Thermodynamik des Gases im Inneren der Kompressoren die Gasverbrennung überflüssig machen und so die Energieeffizienz nicht nur des Kompressors, sondern der Maschine und des Systems als Ganzes gewährleisten. Solche Systeme erfordern aus Hardware-Sicht extrem hohe Prozessorabtastraten, etwa im Rhythmus von 30/40 Millisekunden. Idealerweise erfolgt ihre Integration in ein Kompressorsteuerungssystem.

Genau diese Voraussetzungen erfüllt Rockwell Automation, Partner von ETC, seit über zehn Jahren. ETC setzt auf die programmierbare Automatisierungssteuerung (PAC) Allen-Bradley® ControlLogix® als seine nachweislich bewährteste und zuverlässigste Hardware-Installation, die den zusätzlichen Nutzen der nahtlosen Integration in das Prozessleitsystem PlantPAx® bietet.

Proprietäre Plattformen vs. offene Plattformen

Da vor etwa 30 bis 40 Jahren, als diese Marktnische entstand, die auf dem Markt erhältlichen SPS nicht die erforderliche Leistung boten, entwickelte die Industrie für den Anti-Surge-Schutz proprietäre Hardware-Plattformen, auf denen die Software installiert wurde. Obwohl dies keine optimale Situation darstellt, weil dadurch eine enge Abhängigkeit zwischen dem Unternehmen und dem Entwickler der Black-Box-Lösung entsteht, ist diese Art von technologischer Landschaft immer noch recht häufig anzutreffen. Hintergrund zu einer solchen Entscheidung sind oftmals die Kosten und Servicezeiten im Falle eines Ausfalls oder auch der Umgang mit speziellen Ersatzteilen für bestimmte Einheiten.

ECT trägt durch die Bereitstellung konfigurierbarer, nicht programmierbarer Steuerungsalgorithmen für Turbomaschinen, die auf offenen Hardware-Plattformen installiert sind – vorzugsweise ControlLogix von Rockwell Automation – erfolgreich dazu bei, diese Praxis mit Blick auf die berichteten Vorteile für die Kunden abzustellen. Bei den konfigurierbaren, nicht programmierbaren Algorithmen ist der Kern des Algorithmus versiegelt und kann nicht verändert werden. Die 600 Konfigurationsparameter zur Ausführung des Basisalgorithmus für die Drucksteuerung an einer bestimmten Maschine oder Anlage erzeugen einen wiederholbaren Prozess. Dieser kann perfekt dokumentiert werden und ist daher absolut unabhängig von dem Anbieter, der ihn entwickelt hat. Da dieser auf denselben gut dokumentierten, von Projekt zu Projekt replizierbaren Bausteinen basiert, kann der Prozess langfristig gepflegt werden.

Ein Best-Practice-Projekt

Ein herausragendes Beispiel stellt das von ECT und Rockwell Automation durchgeführte Projekt für einen in der Tschechischen Republik ansässigen OEM dar, der einen Kompressor für ein slowakisches Öl- und Gasunternehmen baute. Es handelt sich um eine Anwendung für komprimiertes Ethylengas und hierbei insbesondere um eine Anlageneinheit für den Hauptraffinationsprozess. Obwohl diese Einheit für die Raffination nicht unbedingt erforderlich ist und ihre Abschaltung sich nicht auf den Anlagenbetrieb auswirkt, stellt sie eine Verbesserung dar, mit der die Produktivität der Raffinerie erheblich gesteigert wird. In einer wettbewerbsintensiven Branche wie der Raffinationsindustrie sind diese Satellitenanlagen, die durch Verwertung und Teilwiederverwertung von aus Prozessabfällen gewonnenem Material die Produktivität steigern, besonders wichtig, da sie einen erheblichen Einfluss auf die Rentabilität von Öl- und Gasunternehmen haben.

In diesem Projekt wurde ein Elektromotor mit einem zweistufigen Kompressor installiert, der durch Ventile gesteuert wird, deren Öffnungs-/Schließfunktion die Regulierung des Gasflusses sowie von Druck und Temperatur ermöglicht. Das Steuerungssystem basiert auf einer ControlLogix-PAC für die Anti-Surge-Regelung, wobei Ventile den Durchgang zu jeder Stufe steuern, um unkontrollierte Temperatur- und Gasdruckerhöhungen zu vermeiden, die den Kompressor beeinträchtigen und zum Schmelzen bringen könnten. Das System beinhaltet auch Regelkreise mit Keilreglern, die kaltes Gas in die Recyclingleitung einspritzen, um eine Überhitzung durch frühzeitige Ventilöffnung auf der Grundlage von Ethylenumwandlungskurven auszugleichen. All dies wurde durch Integration des Kompressorsteuerungssystems erreicht, das über das PlantPAx-Prozessleitsystem von Rockwell Automation verwaltet wird.

Das Besondere an diesem Projekt ist der Einsatz der ControlLogix-Multiprozessorarchitektur. Wenn bereits ein Kompressorsteuerungssystem mit Lösungen von Rockwell Automation vorhanden ist, erweist es sich als besonders nützlich, eine zusätzliche Zentraleinheit speziell für die ECT-Algorithmen zur Anti-Surge-Regelung zu integrieren. Auf diese Weise koexistieren die beiden Systeme perfekt voneinander getrennt mit jeweils eigener Zentraleinheit und E/A-Platine auf einer einzigen programmierbaren Automatisierungssteuerung (PAC) und schaffen eine vollständig integrierte Lösung für die Maschinensteuerung und das Anti-Surge-Management. Damit wird die Zweiteilung von hybriden Situationen überwunden, bei denen die Anti-Surge-Funktion durch vollständig vom Kompressorsteuerungssystem abgekoppelte Black-Box-Lösungen verwaltet wird.

Im Fall der slowakischen Öl- und Gasgesellschaft wurde das Projekt von Grund auf neu erstellt, aber eine solche Lösung lässt sich auch perfekt auf bestehende Anlagen übertragen, indem proprietäre Plattformen für den Anti-Surge-Schutz ersetzt und in eine einzige Steuerungsumgebung, repräsentiert durch das vorhandene PlantPAx-System, integriert werden. Durch die Integration wird der Zugriff auf alle nativen Analysefähigkeiten des Prozessleitsystems PlantPAx gewährleistet, um z. B. vorausschauende Wartungsstrategien zu verbessern und Ausfallzeiten zu minimieren.

Veröffentlicht 28. Dezember 2020

 
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