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Hohe Prozesssicherheit

Drahtlose Überwachung einer Gas-Fackelanlage
Hohe Prozesssicherheit

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Werden in ausgedehnten Anlagen eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren verbaut, sorgen robuste und sichere industrielle Funkverbindungen für erhebliche Installationsvorteile. Im Werk des französischen Chemiekonzerns Novapex in Roussillon wurde durch die Funktionsüberwachung einer Gas-Fackelanlage per Funk eine fünffache Kostenersparnis gegenüber einer konventionellen drahtgebundenen Lösung erzielt. Insbesondere wenn es um die Systemerweiterung und die Integration weiterer Funktionen geht, kommen die zuverlässigen Funklösungen den Anforderungen nach hoher Flexibilität entgegen.

Marc Potelon, Dipl.-Ing. Stephanie Chaintoutis

Novapex ist ein Teil der im Jahr 2003 gegründeten Novacap-Gruppe mit Sitz in Frankreich. Die Gesellschaft unterhält drei chemisch-industrielle Geschäftsbereiche: Novapex (Phenol), Novacid (Chlorwasserstoffsäure) und Novacarb (Natronkarbonat). Als Hauptaktionär fungiert der Investmentfonds Bain Capital. Die Fabrikanlage von Novapex in Roussillon hat sich auf die Produktion von Phenol und Azeton spezialisiert, wobei das Unternehmen – auch aufgrund seiner über hundertjährigen Erfahrung – der viertgrößte Anbieter in diesem Marktsegment ist. Als Ausgangsstoff für die Herstellung von Phenol wird Cumol verwendet, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, der aus der chemischen Reaktion von Benzol und Propen gewonnen wird. Phenol fließt hauptsächlich in die Produktion polycarbonater Harze ein, die beispielsweise bei der Herstellung von CDs, Elektrohaushaltsgeräten oder Verpackungsmaterial Anwendung finden. Ferner dient Phenol als Grundlage für Medikamente oder von Nylon. Azeton wiederum ist ein Lösemittel, das unter anderem für die Produktion von Plexiglas genutzt wird.
Kontrollierte Verbrennung
Eine typische Einrichtung von prozesstechnischen Industriebetrieben wie Novapex sind die sogenannten Fackelsysteme. Sie sind Bestandteil wichtiger sicherheitstechnischer Anlagen, die es ermöglichen, die während der chemischen Reaktion entstehenden brennbaren und überwiegend gasförmigen Abfallstoffe nicht direkt in die Umwelt zu entlassen, sondern geregelt zu verbrennen. Wird ein zulässiger Druck im Reaktor oder in einer der Leitungen überschritten, kann er über Sicherheitsventile abgebaut und das überschüssige Gas an der Fackel kontrolliert verbrannt werden. Die hierbei entstehende Flamme ist oft kilometerweit zu sehen.
Die Hochfackelanlage von Novapex befindet sich in einem Sicherheitsabstand von rund 250 m zur Cumol-Anlage. Einer der beiden redundant aufgebauten Zündbrenner stellt permanent sicher, dass eine kleine Flamme unterhalten wird, um die Verbrennung des aus den Ventilen ausströmenden Reaktorgases anzustoßen. Ferner ist die Anlage mit einem Rückschlagventil ausgestattet, das im Fall einer Verpuffung dafür sorgt, dass die Flammen nicht in das Rohrleitungsnetz des Reaktors zurückschlagen. Ein kontinuierlicher Stickstofffluss trägt zur Neutralisierung der Atmosphäre am Fackelkopf bei.
Einfache Handhabung
Die ständige Funktionsüberwachung der sicherheitstechnischen Komponenten ist für die Prozesssicherheit unerlässlich. Hierzu wurden in der Anlage Messgeräte montiert, die unter anderem die Temperatur der Zündbrenner erfassen. Auf der Suche nach einem wirtschaftlichen Konzept, um die Sensorsignale der 250 m entfernt gelegenen Fackelanlage in das zentrale Leitsystem einzubinden, entschieden sich die Verantwortlichen für eine Funklösung von Phoenix Contact. „Ausschlaggebend war für uns, dass sich die kostengünstigen RAD-Line IO-Module einfach installieren und in Betrieb nehmen lassen“, erklärt der Novapex-Projektleiter Eric Michon.
Die bidirektionalen, also in beide Richtungen sendenden Funkmodule müssen weder programmiert noch parametriert werden. Da sie modular aufgebaut sind, lässt sich das System schnell gemäß den applikationsspezifischen Anforderungen erweitern. Bis zu acht Erweiterungsbausteine können über den integrierten Busfuß an das Funkmodul, das als Grundsystem zwei digitale und ein analoges Signal überträgt, angereiht werden. In der maximalen Ausbaustufe lassen sich so 33 analoge oder 66 digitale Signale drahtlos übermitteln. Die Integration weiterer prozessrelevanter E/A-Daten, die beispielsweise von Durchflussmess- oder Niveauüberwachungsgeräten geliefert werden, sowie ihre Weiterleitung an den Leitstand ist also problemlos möglich.
Übersichtliche Diagnose
Vor Ort trug die umfassende technische Unterstützung durch die Phoenix Contact-Mitarbeiter dazu bei, dass anfängliche Bedenken hinsichtlich der Funktion und Zuverlässigkeit der Industrial-Wireless-Technik sofort aus dem Weg geräumt wurden. „Die zahlreichen metallischen Hindernisse, die die Funkwellen überwinden müssen, haben uns anfangs skeptisch gestimmt. Umso begeisterter waren wir, dass die Funkkommunikation gleich zuverlässig funktioniert hat“, schwärmt Eric Michon. Seit der Inbetriebnahme ist kein einziger Signalausfall festgestellt worden.
Die übersichtlich und einfach gestaltete Systemdiagnose bietet zusätzliche Sicherheit. Vor Ort können „Power“ und „Status“ über zwei LEDs abgelesen werden. Ein potenzialfreier RF-Link-Kontakt (Radio Frequency) und das analoge Empfangsstärke-Signal (RSSI) erlauben sogar eine Ferndiagnose der Funkverbindung, sodass bei Verschlechterung oder Ausfall der Kommunikation ein Alarm abgesetzt werden kann.
Wichtige Voraussetzung für die Nutzung einer drahtlosen Kommunikationslösung in der prozesstechnischen Umgebung ist, dass sie die anfallenden Daten auch unter rauen Bedingungen robust und zuverlässig überträgt. Dazu bedienen sich die RAD-Line IO-Module der speziell für industrielle Zwecke optimierten Trusted-Wireless-Funktechnologie, die im lizenzfreien 2,4 GHz-ISM-Band (Industrial Scientific Medical) arbeitet. Aufgrund des effizienten Protokolls ist Trusted Wireless schmalbandig, sodass innerhalb des 83 MHz breiten 2,4 GHz-Bandes mehrere hundert Kanäle zur Verfügung stehen, von denen jeweils einige ausgewählt und kontinuierlich durch das Frequenzsprungverfahren (FHSS) gewechselt werden.
Da in Prozessanlagen zumeist analoge und digitale Signale anfallen, sind umfangreiche Protokolle und hohe Datenraten nicht unbedingt notwendig. Die zu überbrückende Distanz von 250 m ist für die Module der RAD-Line-Familie einfach umsetzbar. Dies erklärt sich durch die Kombination aus niedriger Datenmenge und applikationsorientierter Übertragungszeit, die eine geringe Übertragungsrate von wenigen kBit pro Sekunde bedingt. Dadurch erzielt die Funktechnologie trotz reglementierter Sendeleistung eine hohe Energie je zu übertragendem Bit, was zu einer im Vergleich zu anderen Funkstandards höheren Reichweite von bis zu 3 km führt.
Fazit
Um die Wirtschaftlichkeit einer funkbasierten Lösung beurteilen zu können, holte Novapex auch ein Angebot über eine kabelgebundene Alternative ein. Die Offerte beinhaltete das Verlegen eines mehradrigen Kabels über die Entfernung von 250 m in einem einfachen galvanisierten Rohr. Dabei war nicht nur die Beschränkung der Signalmenge auf sechs Signale das ausschlaggebende Kriterium, das für den Einsatz der Funklösung sprach. Die veranschlagten Kosten überstiegen die der Wireless-Lösung von Phoenix Contact um das Fünffache. Dies zeigt, dass sich Funktechnologien sowohl technisch als auch wirtschaftlich immer dann anbieten, wenn neue Prozess- und Infrastrukturanlagen errichtet oder bestehende Lösungen erweitert werden sollen.
Hannover Messe: Halle 9, Stand F40
Achema: Halle 10.2, Stand B9
Online-Info www.cav.de/0409407

Die Funkmodule der RAD-Line-Familie von Phoenix Contact basieren auf der robusten und zuverlässigen Trusted-Wireless-Technologie, die speziell für Anwendungen im rauen Industrieumfeld entwickelt wurde. Die RAD-Line IO-Module können digitale Schaltsignale sowie analoge Sensorsignale aufnehmen und übertragen. Eine IP 65-Outdoor-Gehäusevariante ermöglicht die Einrichtung einer unidirektionalen Funkstrecke direkt im Feld. Projektieren lassen sich sowohl uni- und bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (auch mit Repeater-Zwischenstation) als auch unidirektionale Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen.
Mit der RAD-Line-Serial-Produktfamilie können E/A-Signale sowie serielle Daten über die RS232-, RS422- oder RS485-Schnittstelle übertragen werden. Die Geräte erlauben den Aufbau sicherer, „Meshnetzwerk“-ähnlicher Strukturen mit bis zu 254 Teilnehmern. Drahtlos vernetzte E/A-Stationen werden über ein Profibus-Gateway direkt in das Feldbussystem eingebunden. Alle Systemkomponenten zeichnen sich durch eine hohe Modularität und einfache Diagnosemöglichkeiten aus und sind gemäß den Richtlinien 94/9/EG (Atex) sowie IECEx zertifiziert.
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