Auch im Alltag genutzte Produkte benötigen für ihre Herstellung Kalziumkarbid, auch Karbid genannt. Karbid wird aber vor allem zum Entschwefeln von Eisen und Stahl benötigt sowie für die großtechnische Herstellung von Acetylengas, das wiederum zum Schweißen und Brennschneiden verwendet wird. Kalziumkarbid wird in elektrischen Schmelz-Reduktionsöfen aus gebranntem Kalk und Koks gewonnen. Die dafür erforderlichen hohen Temperaturen von über 2500 °C erzeugt ein Lichtbogen.
Der Großteil der Wertschöpfung wird im Werk Landeck selbst erbracht. So wird der angelieferte Kalkstein im Kalkofen am Standort gebrannt. Hierfür wird der Koks in einem Drehrohrofen vorgetrocknet. Diesen feuert Donau Chemie mit Kohlenmonoxid, das bei der Schmelzreduktion im Lichtbogenofen als Prozessgas entsteht. Obwohl das Werk bereits seit 1902 Kalziumkarbid produziert, hält Donau Chemie die Produktionsanlage ständig auf dem neuesten Stand. Nach der Generalsanierung des Karbidofens und der Modernisierung des Kraftwerks Wiesberg musste die Gasversorgung des Kokstrocknungsofens an die aktuellen Sicherheitsvorschriften angepasst werden.
Sicherheitstechnische Aufrüstung
„Unter anderem mussten wir ein doppeltes statt früher einfaches Absperrorgan installieren und mit einer Dichtheitskontrolle versehen“, berichtet Mathias Senn, Verfahrenstechniker und Produktionsleiter im Werk Landeck der Donau Chemie AG. „Darüber hinaus waren an mehreren Stellen Sensoren für die Überwachung des Gasdrucks, der Brennerluftzufuhr oder der Zündflamme anzubringen.“ Den Verfahrenstechnik-Spezialisten in Landeck war klar, dass diese sicherheitstechnische Aufrüstung auch den Aufbau einer komplett neuen Infrastruktur für die Sicherheitssteuerung erforderlich macht. „Alle Ventile und Sensoren wurden bis dahin von einer einzigen SPS überwacht, die auch den Prozess steuert“, erklärt Dominik Achenrainer, Leiter der Elektrowerkstatt im Werk Landeck der Donau Chemie AG. „Um heutigen Normen und Vorschriften zu genügen, braucht es jedoch eine separate Lösung für die sichere Überwachung und Steuerung der Brenneranlage.“
Komplettlösung gesucht
Für die sicherheitsrelevanten Aufgaben rund um den Brenner zur Kokstrocknung suchten die Betriebstechniker der Donau Chemie eine Komplettlösung. Diese sollte nicht nur die Hardware beinhalten, sondern auch die sicherheitsgerichtete Software und deren Konfiguration, dazu den Anschluss der werksseitig gelieferten Sensoren und Aktoren bis hin zu einer Abnahme der Anlage. Die Aufgabe der Sicherheitssteuerung ist dabei nicht trivial, denn sie muss im Problemfall nicht nur das Verlöschen der Flamme überwachen und notfalls die Zufuhr des Gases unterbrechen, sondern auch zahlreiche weitere komplexe Schritte der Prozesskette zum Herunterfahren der Anlage sicher abarbeiten. „Ein plötzliches Abschalten aller Systeme wäre oft mindestens ebenso gefährlich wie das Fortbestehen des Problems“, erläutert Mathias Senn.
Integriertes Brennermanagement
Nachdem Donau Chemie sich zunächst bei mehreren bekannten Herstellern von Sicherheitsschaltungen und -steuerungen informiert hatte, hat sich das Chemieunternehmen dann sehr schnell für das sichere Brennermanagementsystem Pnozmulti 2 Burner von Pilz entschieden.
Das Brennermanagementsystem der sicheren Kleinsteuerung Pnozmulti 2 Burner überwacht als Brennersteuerung einerseits die Funktion der Brenner selbst als auch die Sicherheitsventile und -sensoren. Die modular aufgebaute Hardware ist bis SIL 3 und PL e TÜV-zertifiziert, ebenso der Brennerbaustein im konfigurierbaren Softwaretool Pnozmulti Configurator. Beides erfüllt weltweit sämtliche für den Brennerbetrieb relevanten Normen und Vorschriften, vor allem EN 267, EN 298, EN 676 und EN 50156. Dazu kommen die EU-Gasgeräteverordnung 2016/426 und internationale, relevante Zulassungen nach UL, AGA (Australian Gas Association) und die US-Vorschriften der NFPA (National Fire Protection Association).
Modularer Aufbau
Zentrales Element ist das Basisgerät Pnoz m B1 Burner. Es steuert und überwacht die Sicherheitsketten, den Verbrennungsluftdruck, die Zündung und Flammenbildung. Daneben kontrolliert es die Dichtheit der Zuleitungen und steuert Sicherheits-, Zünd- und Entlüftungsventile sowie den Verbrennungsluftventilator. Dafür ist der „Burner“ in der Anlage über mehrere Module mit insgesamt 40 sicheren digitalen und 4 analogen Eingängen sowie 12 digitalen Ausgängen mit den verbauten sicheren Ventilen, Sensoren und Aktoren verbunden. Ein Feldbusmodul stellt über das Kommunikationsprotokoll Profibus die Verbindung zur übergeordneten Standardsteuerung der Anlage her. Damit ist sichergestellt, dass autonome sicherheitsgerichtete Aktionen auch in der Betriebssteuerung mit umgesetzt werden.
Die österreichische Pilz-Tochter führte die Hardwareplanung durch und lieferte die gesamte Schaltanlage inklusive eines fix vorinstallierten und aufgebauten Schaltschranks. Dieser befindet sich in einem Technikraum in unmittelbarer Nähe des Brenners und ist mit einem Diagnose- und Bedienpanel PMI v707e der Produktfamilie PMIvisu von Pilz ausgestattet. Die Visualisierung der Softwarekonfiguration zeigt auf einem 7“-Touchscreen-Monitor den Instandhaltern auf einen Blick den Status jeder einzelnen Sicherheitskette bzw. aktuell vorliegende Fehlermeldungen an, auch der Brennerablauf kann damit zuverlässig kontrolliert und das Fehlerprotokoll eingesehen werden.
Zuverlässiger Betrieb
Für die Experten von Pilz bestand die Herausforderung beim Implementieren der autonomen Sicherheitssteuerungslösung samt Software in erster Linie darin, die Programme der zuvor genutzten Steuerung in der Konfiguration der Sicherheitssoftware abzubilden. Die Auswahl und Einbindung der externen Komponenten, in erster Linie der Sicherheitsventile für die Gaszufuhr, war eine weitere. Beides, Installation und Inbetriebnahme, sowie die anschließende Validierung der Anlage vor Ort erfolgten während des einmal jährlich im ersten Quartal geplanten Wartungsstillstands. „Für uns bestand die Unsicherheit darin, ob der Wiederanlauf der Anlage nach den umfangreichen Änderungen ohne Probleme funktioniert“, schildert Achenrainer. „Die Inbetriebnahme gestaltete sich aber dann sehr kurz und unkompliziert, sie war in etwas mehr als einem Tag erledigt. Seither ist die Anlage störungsfrei in Betrieb.“
Ein kurzer Wiederanlauf der Anlage ist auch eine Grundvoraussetzung für einen kontinuierlich laufenden Betrieb der Anlage, der nur für die jährliche Wartungspause unterbrochen wird. „Die modulare, flexibel konfigurierbare Pilz-Sicherheitssteuerung integriert alle sicherheitsrelevanten Signalquellen und bietet durch ihre Visualisierung hervorragende Diagnosemöglichkeiten“, freut sich Senn. „Ihr nach allen für uns relevanten Normen und Vorschriften TÜV-zertifiziertes Brennermanagement nimmt uns einen wesentlichen Teil des Risikos und der Zulassungsarbeit ab.“
Pilz GmbH & Co. KG, Ostfildern
Halle 9, Stand D17
Podcast-Reihe „For Your Safety – Sichere Automation zum Hören“
Safety all-inclusive im Burner Management
Inhalt:
Burner-Management-Systeme zur sicheren Steuerung und Überwachung von Feuerungsanlagen kommen in den unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz.
Mittels sicherer Steuerungstechnik wird die Funktionalität eines flexibel konfigurierbaren elektronischen Feuerungsautomaten nachbildet. Damit kann eine Vielzahl von Brenneranwendungen einfach konfiguriert werden.
„Leckere Waffeln in aller Welt sicher backen!“ bei Haas Waffelbackautomaten
Autor: Ronald Kahr
Regional Sales Manager,
Pilz Österreich
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