Fachbeitrag - HIMA Paul Hildebrandt GmbH
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Fachbeitrag Sicherheit mit Tiefgang HIMA entwickelt eine der ersten sicherheitsgerichteten SIL 3-Steuerungen für den Tiefsee-Einsatz (Brühl, September 2008) Die Erschließung von Öl- und Gasvorkommen in der Tiefsee wird durch die allgemeine Energieknappheit wirtschaftlich immer interessanter. Damit einher gehen erhöhte Anforderungen bezüglich des Umweltschutzes. HIMA hat für diesen Wachstumsmarkt mit der HIMatrix F35 subsea eine der ersten sicherheitsgerichteten programmierbaren Steuerungen für den Einsatz bis SIL 3 entwickelt. Das HIMatrix-Subsea-System sorgt für eine hohe Verfügbarkeit und ermöglicht einen unterbrechungsfreien Anlagenbetrieb. Das System entspricht den Normen ISO/DIS 13628-6 („Steuerungssystem für die UnterwasserProduktion“) und IEC 61508. Der Zulassung des HIMA-Systems für den Einsatz in Tiefseeapplikationen gingen aufwändige Prüfungen, u. a. durch die TÜV Produkt Service GmbH, Unternehmensgruppe TÜV Süddeutschland, Mannheim und das norwegische Teknologisk Institutt, voraus. Infolge des wachsenden weltweiten Energiebedarfs und knapper werdender Öl-Ressourcen steigen die Investitionen für die Erkundung und Erschließung von Öl- und Gasvorkommen. Öl und Gas aus Reservoirs in der Tiefsee, die aus wirtschaftlichen Gründen bislang uninteressant waren, können heute mit modernster Technik kostendeckend und gewinnbringend gefördert werden. Solche Tiefseeanwendungen unterliegen zugleich erhöhten Anforderungen bezüglich des Umweltschutzes, da Fehlfunktionen in diesen Bereichen -1- erhebliche Zerstörungen hervorrufen können, die oftmals schlecht oder spät lokalisierbar sind. Es besteht daher ein vitales Interesse an einer höchstmöglichen Sicherheit und Verfügbarkeit der eingesetzten Systeme. Subsea-Systeme - Einsatz in bis zu 4.000 m Tiefe Durch Subsea-Einrichtungen wie Steigleitungssysteme, Sammelstationen und Verteilungseinrichtungen wird das Tiefsee-Öl bzw. -Gas von der Zapfstelle zur Oberfläche transportiert. Dort kann es durch schwimmende Produktions-, Lager- und Verladeeinrichtungen (FPSO = Floating Production Storage and Offloading Vessels, ebenfalls ausrüstbar mit HIMA-Steuerungen, die von Bureau Veritas für maritime Anwendungen zertifiziert wurden) weiterverarbeitet werden oder es wird bei küstennaher Förderung direkt an die OnshoreWeiterverarbeitungseinrichtungen weitergeleitet. Programmierbare Steuerungen steuern und überwachen die Förderprozesse. Für kritische Prozesse, die Menschen, Umwelt oder Investitionen im Fehlerfalle gefährden, werden sicherheitsgerichtete Steuerungen vorgeschrieben. Um elektrische, elektronische und hydraulische Einrichtungen in der Tiefsee betreiben zu können, müssen die Steuerungen in druckfesten Kapseln eingeschlossen werden. Eine der wichtigsten Vorgaben für die Konstruktion von Tiefseeeinrichtungen ist, sie für Tauchroboter wartbar bzw. austauschbar aufzubauen. Der Einsatz der HIMatrix-Steuerungen erfolgt in einem druck- und wasserfesten Zylinder. Der Behälter kann Drücken von bis zu 400 bar standhalten und ist in Tauchtiefen bis 4.000 m einsetzbar, was der Durchschnittstiefe der Weltmeere entspricht. Hohe Anforderungen für Tiefseeanwendung HIMA Paul Hildebrandt GmbH + Co KG entwickelte gemeinsam mit der norwegischen HIMA-Vertretung Bjørge Saas System AS ein HIPPS (High Integrity Pressure Protection System) für Tiefseeanwendungen gemäß IEC 61508/SIL 3 und ISO/DIS 13628-6. Zum Einsatz kommen zwei sicherheitsgerichtete Steuerungen „HIMatrix F35 subsea“ und zwei sicherheitsgerichtete dezentrale I/O-Module „HIMatrix F3 AIO subsea“. -2- Die Gesamtstruktur des subsea-Systems wurde redundant ausgelegt. Die sicherheitsgerichteten HIMatrix-Steuerungen sind untereinander über safeethernet vernetzt. Die Kopplung zum SEM (Subsea Electronic Module) wird über MODBUS RTU realisiert. Die HIMatrix F35 subsea erfüllt folgende wesentliche Anforderungen für Tiefseeanwendung: Modulare und redundante Gesamtstruktur Geringe Leistungsaufnahme Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen bis SIL 3 Erweiterter Temperaturbereich von –20 °C bis 60 °C Hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit Mechanische Befestigung auf Montageträger ohne DIN-Hutschiene Standhalten erhöhter mechanischer Belastungen (Vibrationsprüfung im spektralen Bereich zwischen 0 und 2.000 Hz/6 G) Selbstständiges Erkennen der Anwender-Logik, ob fünf, vier, drei oder zwei Druckmessungen angeschlossen sind und entsprechende Durchführung der Not-Abschaltung in 2aus5-, 2aus4-, 2aus3- oder 1aus2-Auswahl “Partial Stroke Tests” und „Pulse-to-Trip“-Ausgang Eine weitere Forderung an die HIMatrix F35 subsea ist die Pulsansteuerung von Prozessventilen, ebenfalls als sicherheitsrelevante Funktion. Eine generelle Vorgabe an dieser Stelle ist die kontinuierliche Überwachung der Ansteuerschleife des Prozessventils im nicht-angesteuerten Zustand. Durch „Partial Stroke Tests“ können die HIPPS-Ventile in festgelegten Testintervallen oder durch manuelle Anforderung auf Funktion geprüft werden. Saas entwickelte unter Berücksichtigung der Vorgaben von HIMA eine Elektronikplatine (AEM=Advanced Electronic Module), die die notwendigen Widerstandsmatrixen für die Anpassung der unterschiedlichen Feldsignale enthält. -3- Umfangreiche Vibrations- und Schocktests Das HIMA-System bestand die Schwing- und Schockprüfung und erfüllt alle Vorgaben aus der ISO/DIS 13628-6 für die Qualitätsstufen Q1 und Q2, was die TÜV Produkt Service GmbH bestätigte. Die HIMatrix F35 subsea wurde des Weiteren einer abschließenden Schockund Vibrationsprüfung beim norwegischen Teknologisk Institutt, einer autorisierten technischen Prüfstelle, unterzogen. Das HIMatrix-System erfüllt die erhöhten mechanischen Anforderungen wie die Vibrationsprüfung im spektralen Bereich zwischen 0 und 2.000 Hz/6 G und den Betriebstemperaturbereich von -20 °C bis 60 °C. Für die Prüfung durch TI wurden die HIMatrix F35 subsea und das dezentrale A/E-Modul HIMatrix F3 AIO Subsea auf einem Vibrationsprüfstand aufgebaut. Für die funktionelle Prüfung wurde eine HIMatrix F60 als Prozesssimulation eingesetzt. Der elektrotechnische Aufbau war identisch mit dem Aufbau für die Schock- und Vibrationsprüfungen bei der TÜV Produkt Service GmbH. Die dem Test zugrunde liegenden Parameter entsprachen den geprüften Werten des TÜV und stammten aus der ISO/DIS 13628-6 für Qualitätsstufe Q2 (höchste Anforderungsstufe). Die HIMA-Geräte bestanden die Schock- und Vibrationsprüfung. Die Resonanzverstärkungen an den Prüflingen entsprachen den Anforderung der ISO/DIS 13628-6. Erste Projekte für Subsea-Anwendungen wurden erfolgreich realisiert. -4- Über Bjørge Saas System AS Saas mit Sitz in Porsgrunn (Norwegen) ist ein Systemlieferant von sicherheitsund umwelttechnischen Lösungen für den Öl- und Gassektor und die chemische Industrie. Saas ist die HIMA-Vertretung in Norwegen. Über HIMA HIMA Paul Hildebrandt GmbH + Co KG – sicherheitsgerichtete Automatisierungslösungen für die Prozess-, Anlagen- und Gebäudesicherheit HIMA-Lösungen werden weltweit für sicherheitskritische Applikationen in der Prozess-Industrie, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der GebäudeAutomatisierung eingesetzt und schützen damit Menschen, Sachwerte und die Umwelt in mehr als 80 Ländern. Was HIMA-Lösungen auszeichnet, ist die Kombination aus maximaler Sicherheit und maximaler Verfügbarkeit. Denn nur durch einen sicheren und unterbrechungsfreien Betrieb können HIMA-Kunden ihre wirtschaftlichen Ziele erreichen. HIMA-Lösungen basieren auf praxisorientiertem Safety Consulting, breiter Applikationserfahrung, einem umfassenden Produkt-Spektrum und der Fähigkeit, Sicherheits-Lösungen in nahezu jedes Automatisierungsumfeld integrieren zu können. Alle HIMA-Systeme und -Lösungen entsprechen den höchsten Sicherheitsanforderungen und aktuellen Standards wie SIL 3 und sogar SIL 4 nach IEC 61508/IEC 61511, Kat. 4 nach EN 954 sowie PL e nach EN ISO 13849. Weitere Informationen zu HIMA im Internet unter www.hima.de. -5- Autor: Karl-Heinz Kruse Application Manager BMS bei HIMA Paul Hildebrandt GmbH + Co KG Pressekontakt: HIMA Paul Hildebrandt GmbH + Co KG Nicole Pringal Albert-Bassermann-Strasse 28 68782 Brühl Tel.: ++49 6202 709-405 Fax: ++49 6202 709-123 E-Mail: [email protected] Internet: www.hima.de Bilder Bild 1: Bild: FMC Technologies, Inc. Subsea Produkt- und Steuerleitungssystem -6- Bild 2: Bild: FMC Technologies, Inc. Subsea Ventilantriebseinrichtung Bild 3: Die HIMatrix F35 subsea sorgt für eine hohe Verfügbarkeit und ermöglicht einen unterbrechungsfreien Anlagenbetrieb. -7- Bild 4: Die Gesamtstruktur des subsea-Systems wurde redundant ausgelegt. Bild 5: Die sicherheitsgerichteten HIMatrix-Steuerungen werden über safeethernet vernetzt. Alle Bilder stehen auf unserer Homepage zum Download bereit oder werden auf Wunsch per E-Mail zugesandt. Link: http://www.hima.de/Presse/default.php -8-
