Alle Komponenten in einem Gehäuse vereint

Der Autor: Marcus Grödl Leitung Geschäftsfeld Automatisierte Armaturen, Hoerbiger

Automatisierte Armaturen sind die Herzstücke jeder Prozessanlage. Sie steuern unter Druck stehende flüssige oder gasförmige Stoffströme und sorgen dafür, dass die Chemikalien und Gase zur richtigen Zeit an den richtigen Ort gelangen. Die Armaturen müssen über Jahre hinweg in Produktionsumgebungen mit teilweise extremen Bedingungen bei Temperatur, Verschmutzung und Materialbelastung sicher arbeiten. Um einen effizienten Betrieb der Anlagen zu gewährleisten, steht daher die Zuverlässigkeit im Vordergrund. Bei dem von Hoerbiger Automatisierungstechnik entwickelten elektrohydraulischen Armaturenantrieb Trivax befinden sich alle Komponenten kompakt und geschützt in einem Gehäuse. Das „Tri“ steht für die drei miteinander verbundenen Technologien Mechanik, Elektrik und Hydraulik; „vax“ ist das Kürzel für Valve Actuator.

Das elektrohydraulische Design hat im Gegensatz zu einem reinen Elektroantrieb dank der integrierten Hydraulik hohe Kraft- und Drehmomentreserven, ist leistungsstark und langlebig – bei einer vergleichsweise geringen elektrischen Anschlussleistung. Diese Langlebigkeit führt zu einem minimierten Wartungsbedarf gegenüber konventionellen hydraulischen Armaturenantrieben. Für einen effizienten und sicheren Betrieb der Prozessanlage ist der Trivax mit intelligenter Elektronik ausgestattet und verfügt über zahlreiche Diagnose- und Sonderfunktionen, die den Betreiber unterstützen.

Gleichzeitig vermeidet seine kompakte, geschlossene Bauweise die bekannten Schwächen von hydraulischen Antrieben wie Leckagen und durch Verschmutzung verursachte Ausfälle. Der rohrleitungsfreie Aufbau sorgt für diese Zuverlässigkeit, da Leckagen systematisch ausgeschlossen werden. Die kompakte, integrierte Bauweise führt schließlich zu einem verlängerten Wartungsintervall des Antriebs auf fünf Jahre. Das patentierte, druckfest gekapselte Gehäuse besitzt für den sicheren Einsatz in extremen und explosionsgefährdeten Umgebungen die Zulassung nach Atex II2GB Ex d IIB T4. Besonders die hermetische Kapselung macht einen bislang üblichen, gesonderten Explosionsschutz der Einzel- komponenten überflüssig. Bei der Antriebsauswahl in der Prozessindustrie sind zudem ausgewählte Sicherheitsfunktionen wie der sogenannte Schnellschluss oder Emergency Shutdown entscheidend. Dadurch lassen sich Armaturen binnen Bruchteilen von Sekunden komplett schließen. Der Trivax-Armaturenantrieb verfügt über dieses Feature, wobei sich die Stellzeit bis auf unter eine Sekunde einstellen lässt.

Die integrierte Elektronik des Trivax ermöglicht die Vor-Ort-Steuerung des Antriebs über die grafische Benutzeroberfläche. Eine Fernansteuerung mit analogen oder digitalen Steuersignalen mit programmierbaren Rückmeldeoptionen über eine Leitwarte ist ebenfalls möglich. Schnittstellen zu Standard-Feldbussystemen gestatten die Anbindung in neue und bestehende Automatisierungskonzepte.

Die elektronische Benutzeroberfläche informiert über die Antriebsstellung, den Zustand des Stellglieds und bietet eine intuitive Kommunikation sowie die Steuerung des Antriebs. Die aufruf- und steuerbaren Funktionen werden mit Klartextmeldungen in verschiedenen Sprachen unterstützt und ermöglichen die einfache Steuerung und Programmierung des Antriebs, ohne dass Gehäuse geöffnet oder Abdeckungen entfernt werden müssen.

Die einfache Installation, wie sie heute von elektrischen Armaturenantrieben bekannt ist, wird durch die konsequente Reduktion der Schnittstellen ermöglicht. Der Trivax verfügt nur noch über eine mechanische Schnittstelle zur Armatur und eine elektrische zur Prozessleittechnik. Die für herkömmliche Hydrauliksysteme notwendigen zentralen Hydraulikaggregate mit großen Tankbehältern, Speicherelementen und Rohrleitungen entfallen komplett. Dadurch bietet sich der elektrohydraulische Armaturenantrieb besonders für die Automatisierung von entfernt liegenden Armaturen an.

Die verrohrungsfreie Bauweise schließt Leckagen an Rohrleitungsverbindungen aus. Der zuverlässige Betrieb wird durch die direkt aufeinander montierten Baugruppen inklusive des Antriebs innerhalb eines Gehäuses gewährleistet. Außerdem schützt die gekapselte, geschlossene Konstruktion die Komponenten im Innern gegen Umwelteinflüsse aller Art, wie beispielsweise Korrosion. Das für hydraulische Stellglieder typische Problem interner und externer Leckagen stellt sich somit nicht mehr und auch die Energie im Hydraulikspeicher geht nicht mit der Zeit verloren. Dadurch ist gewährleistet, dass die Armatur ihre Position im Betrieb konstant hält. Durch das dezentrale Konzept wird die hydraulische Energie nur nach Bedarf erzeugt. Die Laufzeiten lassen sich so erheblich reduzieren und das Hydrauliköl ist bedeutend weniger belastet. Diese geringe Belastung ermöglicht den wartungsfreien Betrieb und dadurch werden die Wartungskosten deutlich gesenkt. Die Armaturenantriebe sind für Anwendungen mit Drehmomenten von bis zu 64 kNm bei Schwenkantrieben oder bis zu 360 kN Kraft bei linearen Antrieben konzipiert. Die Abmessungen von 840 x 320 x 600 mm für einen doppeltwirkenden Linearantrieb mit einer Kraft von max. 70 kN und 220 mm Hub sind kleiner als die elektrischer Stellglieder für vergleichbare Kräfte.

Chemieparks, in denen mehrere Unternehmen an einem Standort konzentriert sind, verfügen oftmals über eigene Kraftwerksanlagen. Diese Kraftwerke sind aus Kostengründen oft als Gas- und Dampfkraftwerke mit höchstmöglichen Wirkungsgraden ausgelegt. Es liegt auf der Hand, dass sich die Anlagenbetreiber innerhalb eines Chemieparks auf eine leistungsfähige und ständig verfügbare Energieversorgung verlassen. Ein wichtiges Detail zur Versorgungssicherheit deckt Hoerbiger mit der elektrohydraulischen Armaturensteuerung Trivax in Chemieparks in Deutschland und Skandinavien ab. Die Kraftwerke gewinnen die benötigte Energie aus Hochleistungsgasturbinen, die mit vorgewärmtem Erdgas betrieben werden. Ein Wasser-Erdgas-Wärmetauscher speichert Wärmeenergie und gibt diese zur Vorwärmung an das Erdgas ab. Dieses so erwärmte Erdgas sorgt für optimale Bedingungen bei der Erdgasverbrennung. Um die empfindlichen Komponenten bei einer plötzlichen Betriebsunterbrechung zu schützen, befindet sich im Wasserkreislauf eine Schnellschlussarmatur. Diese muss bei der Überschreitung einer definierten Solltemperatur des Wassers mit Reaktionszeiten von weniger als 1 s schließen.

Die Installation der Schnellschlussarmatur war bislang aufwendig und konnte nicht in der unmittelbaren Nähe des Wärmetauschers erfolgen. Aufgrund fehlenden Explosionsschutzes ließ sich die Armatur nur außerhalb der mit Erdgas beaufschlagten Bereiche des Wärmetauschers installieren, was eine zusätzli-che Verrohrung für die Hydraulik erforderte. Schließlich war zu berücksichtigen, dass der Armaturenantrieb durch die Außenlage wetterfest eingehaust werden musste, um Schäden durch Korrosion zu vermeiden. Mit den elektrohydraulischen Armaturenantrieben konnten alle Anforderungen erfüllt werden. Der rein elektrisch angesteuerte Hydraulikantrieb ist so konstruiert und montiert, dass der Nutzer über einen hermetisch abgeschlossenen und explosionsgesicherten Armaturenantrieb mit allen Atex-Zertifizierungen verfügt.

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