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Die Wertschöpfungskette des grünen Wasserstoffs beginnt mit erneuerbarer Energie für die Wasserelektrolyse. Bereits hier ist die richtige Sensorik unabdingbar für Effizienz und Sicherheit der Anlagen. So helfen etwa Drehgeber und induktive Sensoren von Pepperl+Fuchs, die Rotoren von Windrädern optimal auszurichten und vor Überlast zu schützen. In solarthermischen Kraftwerken übernehmen sie ähnliche Aufgaben beim Nachführen der beweglichen Spiegel. Mit verschleißfreien Inertialmesssystemen wie dem Modell IMU360D-F99 lassen sich Lasten am Rotor und an der Gondel zuverlässig detektieren.
Mit der Elektrolyse beginnt die prozesstechnische Phase der H2-Wertschöpfungskette. Das Gas stellt zwar einige besondere Anforderungen, etwa an die verwendeten Materialien, verhält sich sonst aber wie andere Prozessgase. Für Transport und Handhabung wird also bewährte Prozesstechnik benötigt, darunter viele Ventile. In den räumlich ausgedehnten Anlagen der Chemie und Petrochemie finden sich an den langen Rohrleitungen zahlreiche manuell zu stellende Auf/Zu-Ventile. Allein bei BASF in Ludwigshafen sind bis zu 40 000 Stück im Einsatz, in der Regel für unkritische Prozesse wie den Transport von Wasser oder Wasserdampf. Dennoch kann eine falsche Ventilstellung zu erheblichen Verlusten führen.
Funkverbindung für Handventile
Solche manuellen Ventile wird es voraussichtlich auch in künftigen großen Wasserstoffanlagen geben. Ihre kontinuierliche Überwachung wäre prinzipiell sinnvoll, eine Verkabelung aber häufig zu teuer. Daher hat Pepperl+Fuchs einen Nachrüstsatz für die kabellose Ventilstellungsrückmeldung entwickelt. Er gehört zur Produktserie Wilsen und besteht aus einem induktiven Sensor mit LoRaWAN-Datenübertragungsmodul und batteriegestützter Stromversorgung. Hier können sowohl bewährte Doppelsensoren als auch zwei separate Namur-Sensoren verwendet werden, um die Stellung des Handhebels zu erkennen. Die Sensoren werden von der Wilsen-Batterie mit Strom versorgt; ein passendes Interface leitet die Ausgangssignale zum LoRaWAN-Funkmodul. Die Datenübertragung zur Leitwarte lässt sich an die Änderung der Ventilstellung koppeln: Der Sensor wird zyklisch abgefragt, doch erst wenn eine neue Stellung erkannt wird, findet die Funkübertragung statt. Die induktiven Sensoren bieten gegenüber Geräten mit anderen Messprinzipien eine Reihe von Vorteilen: Sie arbeiten berührungslos und verschleißfrei, benötigen nur elektrische Anschlüsse und lassen sich in völlig dichten Gehäusen unterbringen. Man kann sie zudem mit mobilen Bedämpfungselementen aus hochlegiertem Edelstahl kombinieren, sodass Schmutz, Staub, Öl, Feuchtigkeit und chemische Einflüsse ihre Funktion nicht beeinträchtigen. Für kritische Anlagenteile werden generell motorisierte Ventile mit direkt fernüberwachter Stellungsrückmeldung verwendet. Pepperl+Fuchs bietet passende induktive Sensoren für Stellventile sowie Auf/Zu-Ventile an.
Ethernet-APL
Zum Aufbau einer tiefgestaffelten Wasserstoff-infrastruktur gehört auch die Einrichtung der geeigneten Signalübertragungswege. Man kann davon ausgehen, dass Ethernet-APL als Übertragungsphysik für Netzwerke im Feld von Prozessanlagen eine zentrale Rolle spielen wird, da es bei der Nachrüstung wie bei der Neuinstallation eine neue Dimension der Flexibilität eröffnet. Die Technologie beruht auf der bekannten Zweidrahtleitung und erlaubt sehr lange Übertragungswege von bis zu 1000 m. Sie überträgt jedes Protokoll und liefert gleichzeitig den Betriebsstrom für die angeschlossenen Geräte, mit einer Leistung bis 96 W. „Viele Betreiber von Prozessanlagen sind der 4–20-mA-Technik treu geblieben, weil sie eine einfache Handhabung der Feldgeräte erlaubt“, sagt Andreas Hennecke, Experte für Übertragungstechnologie bei Pepperl+Fuchs. Der Ethernet-Übertragungsmodus bietet eine praktisch unbeschränkte Flexibilität in der Kommunikation und ermöglicht Multitasking: Geräte werden automatisch erkannt; die Konfiguration und Diagnose lassen sich auslesen und auswerten, die Dokumentation kann direkt hochgeladen werden, während gleichzeitig der aktuelle Messwert gesendet wird. Pepperl+Fuchs gehört zu den Pionieren dieser Technologie und zu den namhaften Automatisierungsunternehmen, die sie zu einem weltweit offenen und herstellerunabhängigen Standard entwickelt haben. „Hier fließt natürlich auch unsere langjährige Erfahrung im Explosionsschutz mit ein“, betont Andreas Hennecke. „Mit unseren FieldConnex Switches können wir Feldgeräte aus jeder Ex-Zone anbinden, bis hin zur Zone 0. Die Geräte-Ports mit Ethernet-APL sind mit der Schutzart Eigensicherheit ausgestattet. Ethernet bis in das Feld der Prozessanlage schafft einen durchgängigen und barrierefreien Signalweg über alle Hierarchieebenen hinweg.“
Spezifische Zündschutzarten
Beim elektronischen Explosionsschutz hat Pepperl+Fuchs ebenfalls eine Pionierrolle übernommen und in den 1950er-Jahren die ersten Trennbarrieren auf den Markt gebracht. Seitdem hat das Mannheimer Unternehmen seine Expertise in diesem Bereich sowie sein Portfolio verbindungstechnischer Komponenten für die sichere Signalübermittlung in Ex-Zonen immer weiter ausgebaut. Dazu gehören unter anderem Signaltrenner, Remote-I/O-Systeme sowie eigensichere Barrieren und Mobilgeräte. Sensoren stehen ebenfalls mit der Zündschutzart Eigensicherheit zur Verfügung. In der Kombination mit eigensicheren Trennbarrieren ermöglichen sie Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten an Ex-i-Kreisen mit deutlich verringertem Aufwand. Die Trennbarrieren können sowohl im Schaltschrank als auch – in einem geeigneten Gehäuse wie dem maßgeschneiderten Zone-2-Modul der
Serie GR.T – in der Ex-Zone 2 montiert werden. Als weitere Zündschutzart steht die Überdruckkapselung zur Verfügung. Sie wird zum Beispiel bei Gasanalysegeräten verwendet, die in der Regel nicht eigens für den Ex-Bereich zugelassen sind. Hier wird das Analysegerät in einem Gehäuse mit Überdruckkapselungssystem wie dem vollautomatischen System Bebco EPS Serie 6000 untergebracht. Darüber hinaus bietet Pepperl+Fuchs anwendungsspezifisches Engineering einschließlich vollständiger Zertifizierung und dem Bau von Gehäuselösungen nach Atex-, IECEx- und NEC-Richtlinien an.
Pepperl+Fuchs SE, Mannheim
Autor: Wolfgang Weber
Global Industry Manager,
Pepperl+Fuchs
