Komplexe Verdichtersteuerung aus einer Hand realisiert

Bei modernen Verdichtern ist jede Menge Automatisierungstechnik im Spiel

  • Integrierte Turboverdichter-/Dampfturbineneinheit in Einwellenausführung. (Bild: Siemens Turbomachinery Equipment GmbH)Integrierte Turboverdichter-/Dampfturbineneinheit in Einwellenausführung. (Bild: Siemens Turbomachinery Equipment GmbH)
  • Integrierte Turboverdichter-/Dampfturbineneinheit in Einwellenausführung. (Bild: Siemens Turbomachinery Equipment GmbH)
  • Uwe Reinhardt, Senior Project Manager, Rösberg Engineering Center, Ludwigshafen,
  • Jürgen Ackermann, Projektleiter EMSR-Technik, Siemens Turbomachinery Equipment GmbH, Frankenthal

Der weltweite Bedarf an Metallen, Brennstoffen und Kohlenwasserstoffprodukten, knappe Ressourcen und größeres Umweltbewusstsein machen Produkte, Lösungen und Services für einen effizienteren Anlagenbetrieb in der Prozesstechnik und eine hohe Verfügbarkeit notwendig. Verdichterstränge als das Herzstück nahezu jedes Prozessbetriebes spielen hier eine Schlüsselrolle und müssen hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit, Effizienz und Lebensdauer erfüllen.

Die für einen reibungslosen Betrieb der Verdichter verantwortliche Mess-, Steuer- und Regelungstechnik sowie eine praxisgerechte Visualisierung tragen dazu maßgeblich bei. Bei Planung, Ausführung und Inbetriebnahme dieser Automatisierungstechnik auf kompetente Unterstützung zu setzen, kann deshalb sinnvoll sein.

Die Siemens Turbomachinery Equipment in Frankenthal bietet ein breites Spektrum an Turboverdichtern für unterschiedliche Bereiche an, angefangen von der metallurgischen Industrie bis hin zu Chemie und Petrochemie. Einstufige Verdichter und Vorverdichter mit separatem oder integriertem Getriebe können mit verschiedenen Antrieben – Dampfturbine oder elektrisch – kombiniert werden, um so eine bestmögliche Lösung für die unterschiedlichen Anforderungen zu finden.

Für Evonik Shanghai beispielsweise wurden ein Recycle-Gas-Kompressor STC-GO mit einer Antriebsleistung von 2,6 MW sowie ein Luftkompressor STC-STO mit einer 5,5-MW-Turbine entsprechend der Kundenvorgaben gebaut, als einbaufertige Komplettlösung verschifft und nach Shanghai geliefert, wo sie heute in einer Produktionsanlage für Edelmetallkatalysatoren zuverlässig ihre Dienste verrichten. Das Turboverdichterpackage STC-STO ist eine integrierte Turboverdichter-/Dampfturbineneinheit in Einwellenausführung. Ihr kompaktes Design – Laufrad und Turbinenrad – montiert auf einer gemeinsamen Welle, garantiert sehr geringen Dampfverbrauch und einen hohen Wirkungsgrad.

Nichts geht ohne Automatisierungstechnik

Nun ist bei solchen modernen Verdichtern jede Menge Automatisierungstechnik im Spiel.

Dabei gilt es, die einzelnen Komponenten passend auszuwählen und sowohl aufeinander als auch auf die Applikationserfordernisse abzustimmen. Eine solche recht komplexe Aufgabe innerhalb kurzer Zeit umzusetzen, erfordert spezielles Know-how. Um sich auf die eigene Kernkompetenz konzentrieren und kurze Lieferfristen bieten zu können, setzt Siemens Turbomachinery Equipment bei der Realisierung der Verdichtersteuerungen auf externe Partner. Bei den für Shanghai bestimmten Verdichtern, einem Projekt mit einem Gesamtvolumen im dreistelligen Millionen-Euro-Bereich, holte man sich Rösberg Engineering ins Boot.

Gründe dafür waren die gute Zusammenarbeit bei früheren Projekten sowie die langjährige Erfahrung der Engineering-Dienstleister bei den unterschiedlichsten, meist ebenfalls sehr anspruchsvollen Automatisierungs- und Steuerungsprojekten. Als Grundlage für das Verdichter-Projekt erhielt Rösberg eine Vorlage-Software sowie umfangreiche Informationen für die elektrischen Schaltpläne. Neben der Spezifikation des Verdichters wurden die für den Auslandseinsatz gültigen Normen und Richtlinien zur Verfügung gestellt sowie die werksinternen Festlegungen und Ausführungsvorschriften, angefangen von der Projektierung und dem Schaltschrankaufbau über die Visualisierung bis hin zur Verpackung.

Steuern, kommunizieren und bedienen

Steuerungstechnisches Herz der Verdichter ist jeweils eine Simatic CPU S7 315-2 DP, die mit dem dezentralen, modular aufgebauten Peripheriesystem ET200 kombiniert wurde. Hier sind die jeweils ca. 90 für die Prozessleittechnik relevanten analogen Messstellen, z.B. für Temperatur und Druck, angeschlossen; außerdem etwa 200 binäre Ein-/Ausgänge und je nach Verdichterausführung zwei bzw. sechs Antriebe. Auch für die Steuerungssoftware übernahm Rösberg die Verantwortung. In diesem Zusammenhang wurde auch gleich noch die Pumpgrenzregelung als Bestandteil der Vorlagesoftware parametiert. Damit lässt sich ein Verdichterbetrieb im instabilen Kennfeldbereich vermeiden, was über die Zeit zu Schäden an Lagern und Laufrädern führen könnte.

Die Verdichtersteuerung kommuniziert mit der übergeordneten Prozessleittechnik der Shanghaier Produktionsanlage über Modbus. Die Hardware wurde so ausgelegt, dass sie je nach Verdichterausführung in ein bzw. zwei kompakten Steuerschränken Platz fand. Diese Schränke wurden ebenfalls von den Automatisierungsspezialisten geplant, gebaut, bestückt, verdrahtet und dokumentiert.

Zur Vor-Ort-Bedienung wurde ein Bedienpanel direkt am Verdichter vorgesehen. Die eingesetzte Visualisierungssoftware WinCCflexible ist für den prozessnahen flexiblen Einsatz geradezu prädestiniert. Auch hier kann man sich jederzeit alle wichtigen physikalischen und technischen Parameter wie z.B. Druck, Temperatur, Leistung, Anzahl der Betriebsstunden, Betriebsart und Zustandsmeldungen anzeigen lassen. Ein Passwortschutz verhindert, dass Personen ohne ausreichende Berechtigung auf wichtige Parameter zugreifen.

Erfolgreicher FAT

Schon vor der Inbetriebnahme wurde die komplette Verdichtersteuerung auf Herz und Nieren geprüft. Um bei der Inbetriebnahme in Übersee unliebsame Überraschungen soweit wie möglich auszuschließen, wurden die kompletten Steuerungssysteme einschließlich Visualisierung bei der Siemens Turbomachinery Equipment funktionsfähig zusammengestellt, in Betrieb genommen und getestet. Außerdem wurde in diesem Zusammenhang auch gleich die Dokumentation auf Vollständigkeit kontrolliert.

Nach dem erfolgreichen Systemtest und der Werksabnahme (FAT, Factory Acceptance Test) wurden die Komponenten dann verschifft und in der Anlage in Shanghai installiert. Inbetriebnahmeunterstützung vor Ort leistete Rösberg China. Dank der guten Arbeit der Kollegen in Deutschland ging die Inbetriebnahme durch die Siemens Turbomachinery Equipment zügig vonstatten und die beiden Verdichter aus der Pfalz konnten binnen kürzester Zeit ihre Arbeit in der Produktionsanlage aufnehmen.

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