Erdgasverteilung mit eigensicherer Druckregelung

• Ein städtisches Gasnetz war mit Druckschwankungen konfrontiert, die von manuellen Reglern nicht sicher beherrscht werden konnten.

• Die gefährlichen Bedingungen der Zone 0 erschwerten die konventionelle elektronische Automatisierung und bargen das Risiko einer Methanentweichung.

• Ein eigensicherer IS-Pro™-Controller ermöglicht eine geschlossene, ferngesteuerte Druckregelung ohne Schutzgehäuse.

• Das automatisierte System lieferte einen stabilen Nachdruck, verbesserte die Sicherheit und reduzierte die Notwendigkeit von Anpassungen vor Ort.

Die Erdgasverteilungsnetze sind entscheidend für die zuverlässige Versorgung von Haushalten und Unternehmen in städtischen Gebieten mit Erdgas. Saisonale Nachfrageschwankungen, Wartungsarbeiten in den Raffinerien und geopolitische Ereignisse können jedoch die Versorgung stören und zu Preisschwankungen und Lieferverzögerungen führen. Um eine pünktliche und stabile Versorgung zu gewährleisten, müssen die Gasverteilungszentren ein komplexes Netz von Druckleitungen präzise steuern.

Herausforderung

Ein ostasiatisches Energieunternehmen, das eine Bypass-Leitung zum Hauptnetz betreibt, musste einen stabilen Druck in der nachgeschalteten Leitung aufrechterhalten und gleichzeitig die Anforderungen der Zone 0 erfüllen. Das System musste die Einspeisung in ein städtisches Verteilernetz regeln und gleichzeitig den Ausgangsdruck stabil halten und das routinemäßige Entweichen von Methan bei Sollwertänderungen verhindern.

In der bestehenden Anlage reduzierte ein Druckregler den hohen Eingangsdruck auf einen stabilen niedrigeren Druck für die nachgeschaltete Versorgung. Das System verwendete einen traditionellen zweistufigen Ansatz, bei dem der Domdruck des Hauptreglers durch eine mechanische Pilotvorrichtung gesteuert wurde, die ihr Sollwertsignal vom Druck in der Zuleitung erhielt. Um den Sollwert zu ändern, mussten die Bediener die Pilotschraube manuell verstellen oder gelegentlich eine elektromotorische Verstellung verwenden. Dies hatte zur Folge, dass die Druckregelung von häufigen menschlichen Eingriffen abhing und die Gefahr bestand, dass während der Einstellungen Gas entweichen konnte.

Da die Anlage in einem explosionsgefährdeten Bereich der Zone 0 installiert wurde, musste jedes an die Gasleitung angeschlossene Gerät für die Zone 0 zertifiziert werden. Da die Installation im Freien erfolgte, wurden größere Lösungen wie Spülschränke oder explosionssichere Gehäuse als unpraktisch erachtet. Um eine vollautomatische Regelung mit geschlossenem Regelkreis zu erreichen, die eine manuelle Einstellung überflüssig macht und eine Ferneinstellung der Sollwerte ermöglicht, benötigte der Betreiber eine neue Regelstrategie.

Optionen

Mechanische und pneumatische Steuerung

Mechanische Domdruckregler waren in der Lage, den Ausgangsdruck aufrechtzuerhalten, mussten aber vor Ort eingestellt werden. Der Einsatz von pneumatischen Piloten verbesserte die Reaktionszeit und Stabilität, erforderte aber immer noch eine manuelle Einstellung des Sollwerts und bot keine echte Fernrückmeldung. In beiden Fällen bedeutete die Änderung des Sollwerts, dass Personal in einen gefährlichen Bereich geschickt werden musste, und manchmal musste während der Einstellung Gas abgelassen werden. Diese Methoden konnten nicht ohne unerwünschte Entlüftung implementiert werden und unterstützten keine Echtzeitüberwachung und -steuerung durch die SPS.

Konventionelle elektronische Druckregelung

Elektronische Standard-Druckregler könnten eine höhere Präzision, Datentransparenz und eine geschlossene Regelung des Kuppeldrucks bieten. Die meisten handelsüblichen Geräte sind jedoch nicht geeignet für direkter Einbau in Zone 0, und die begrenzte Auswahl an Geräten der Zone 0 machten diesen Weg schwierig. Um herkömmliche Steuerungen in einer solchen Umgebung zu verwenden, müsste der Betreiber in der Regel gespülte oder explosionssichere Gehäuse verwenden oder die Elektronik außerhalb des Gefahrenbereichs unterbringen und längere Impulsleitungen und Signalkabel verlegen. All diese Optionen führen zu zusätzlichen Kosten, größerem Platzbedarf und höherem Wartungsaufwand und lösen die Probleme der Entlüftung nicht von vornherein.

Aufgrund dieser Einschränkungen suchte der Betreiber nach einer Technologie, mit der die Steuerung der Kuppel automatisiert werden konnte, ohne die Sicherheit der Zone 0 zu beeinträchtigen.

Auswahl

Um die Automatisierung ohne Abstriche bei der Zuverlässigkeit zu integrieren, entschied sich der Betreiber, die herkömmliche mechanische Steuerung parallel zur ISPC zu betreiben. Der Standort hatte sich lange Zeit auf die Pilotmethode verlassen, und die Beibehaltung dieser Methode stellte sicher, dass die Druckregelung auch bei einem Ausfall eines der beiden Systeme ohne Unterbrechung weiterlaufen würde. Im Normalbetrieb liefert die ISPC einen elektronisch modulierten Lastdruck an den Dom, der eine präzise Regulierung der nachgeschalteten Anlage ermöglicht. Bei einem Stromausfall oder einer Störung des ISPC bleibt der mechanische Pilot in Position und kann die Steuerung des Doms übernehmen. Umgekehrt kann der ISPC unabhängig arbeiten, wenn der Pilot zu Wartungszwecken außer Betrieb genommen wird. Diese zweigleisige Architektur bot die benötigte Automatisierung und bewahrte gleichzeitig die Robustheit einer vertrauten, praxiserprobten Methode.

Vorregler reduzierten den Versorgungsdruck für beide Vorsteuerstufen, während die Vorsteuerventile den Druck auf der Abströmseite erfassten. Der ISPC modulierte dann den Domdruck, um den gewünschten Sollwert zu halten, verglich kontinuierlich den gemessenen Druck hinter dem Ventil mit dem digitalen Zielwert und passte den Steuerdruck an, um den Ausgang zu stabilisieren.

Über eine RS-485-Verbindung kommunizierte der ISPC mit der SPS vor Ort und ermöglichte so die Fernüberwachung und Sollwertsteuerung. Seine eigensichere Konstruktion ermöglichte die Installation direkt in der Gefahrenzone ohne Spülsysteme oder explosionsgeschützte Gehäuse.

Ergebnisse

Die Fernsteuerung durch die SPS ermöglichte es den Bedienern, die Druckziele anzupassen und die Daten während der gesamten Lebensdauer des Systems zu protokollieren, wodurch sie die Wartung vorhersehen und plötzliche Änderungen schnell analysieren konnten. Die kompakte, eigensichere Konfiguration vereinfachte die Installation und die Einhaltung der Vorschriften, da weniger Schutzgehäuse und Spülinfrastruktur erforderlich sind.

Das Ergebnis war eine digital automatisierte, effiziente Druckregelung, die eine zuverlässige Netzleistung unter wechselnden Lastbedingungen gewährleistet und gleichzeitig die höchsten Standards für den Betrieb in Gefahrenbereichen erfüllt.

• Um eine elektronische Steuerung mit ihrem manuellen, vorsteuerungsbasierten Reglersystem zu erreichen, benötigten die Betreiber ein Instrument, das sich in eine gefährliche, direkt an der Leitung montierte Umgebung integrieren lässt und gleichzeitig eine präzise, automatische Domdrucksteuerung ermöglicht.
• Die Vorschriften für die Zone 0 machten die Anforderungen an das Gerät extrem streng und schränkten die Möglichkeiten auf Geräte ein, die ohne Spülsysteme, explosionssichere Gehäuse oder Entlüftung von Methan während der Einstellungen sicher arbeiten konnten.
• Durch die Installation eines eigensicheren IS-Pro™-Reglers erhielt das System eine geschlossene Fernregelung mit paralleler mechanischer Sicherung, die für mehr Sicherheit, konstante Druckstabilität und eine belastbare redundante Steuerung sorgt.