Schutzschalter im Einsatz bei der Verflüssigung von Erdgas

Prozessoptimierung im Fokus

von Erich Fischer

Elektronische Schutzschalter von E-T-A werden in Anlagen zur Erdgasverflüssigung eingesetzt und sorgen dort für Sicherheit und Prozessoptimierung.

Um den Erdgastransport zu optimieren, wird die Technik des Verflüssigens genutzt. Dieser Prozess verwandelt Erdgas in flüssiges Erdgas, indem es auf -162 °C heruntergekühlt wird. Erdgas enthält komplexe Verunreinigungen wie CO₂, H₂S, CO und andere giftige Gase, die den Verflüssigungsprozess behindern können. Es gibt auf dem Markt eine ganze Reihe von Prozessen zur Entfernung von CO₂ aus Erdgas. Diese beinhalten chemische Lösungsmittel, physikalische Lösungsmittel und Absorptionsprozesse ebenso wie gemischte Lösungsmittel bzw. die physikalische Trennung. In den bestehenden Anlagen zur Erdgasverflüssigung wurden bisher diese chemischen und physikalischen Lösungsmittel bzw. eine Mischung aus beiden sehr intensiv genutzt.

Wichtig: ausgefeilte Prozesssteuerung

Alle Prozesse zur Gasaufbereitung haben ­eine Gemeinsamkeit: Sie benötigen ein sehr ausgefeiltes System zur Automatisierung und Prozesssteuerung. Die meisten dieser Systeme sind mit einer redundant ausgelegten, sehr komplexen Prozesssteuerung ausgestattet. Diese nutzt industrielle Kommunikationsnetzwerke und Feldbus-Systeme, um Hunderte von analogen und digitalen Ein- und Ausgängen für die Messtechnik und Stellantriebe zu verdrahten, die den gesamten Prozess überwachen und steuern. Diese Anwendungen befinden sich im Normalfall in einer für ein elektronisches Steuerungs­equipment sehr gefährlichen Umgebung. Vor allem deshalb, weil bei der Verflüssigung und Rückvergasung und der gleichzeitigen Lichtbogenbildung von Schalt­geräten innerhalb des Schaltschrankes eine hohe Explosionsgefahr besteht. Diesen Umgebungsbereich bezeichnet man als „Class 1, Division 2, Hazardous Location“.

Realisierung des Ex-Schutzes

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um ­Automatisierungssteuerungssysteme in ­explosionsgefährdeten Umgebungen zu ­errichten. In der Vergangenheit wurden vor allem NEMA 7 Ex-sichere Gehäuse verwendet, um darin die Steuerungstechnik zu installieren. Diese Gehäuse sind so konstruiert, dass sie jegliche Lichtbogen- oder Flammenbildung durch Fehler einzelner Komponenten innerhalb des Schaltschrankes an die Prozessumgebung verhindern. Heutzutage ist ein NEMA 4/4X-Schaltschrank in den meisten Fällen mit einem Luftreinigungssystem ausgestattet. Dieses System tauscht die Luft innerhalb des Schaltschrankes im Zuge des Reinigungsvorganges durch Frischluft aus und sorgt so für eine möglichst niedrige Konzentration der gefährlichen Gase im Schaltschrank. Damit wird verhindert, dass z.B. ein elektrisches Relais, ein Schalter, eine Sicherung oder ein Schutzschalter durch einen Lichtbogen eine Explosion auslösen könnten.

Neue Technologie macht es möglich

Als Ersatz für die oben beschriebenen Möglichkeiten bietet E-T-A eine gesamte Produktlinie elektronischer Schutzschalter an, die für die Anwendungen für „Class 1, Division 2, gefährliche Umgebung“ prädestiniert sind. Diese neue Halbleitertechnologie ist eine sehr interessante Alternative, um DC 24 V-Komponenten in gefährlichen Umgebungen zu schützen. Denn solange alle elektronischen Steuereinheiten eine Zulassung nach Class 1, Division 2 haben, sind die NEMA 7 Gehäuse bzw. das Reinigungssystem nicht mehr notwendig.

Mittlerweile konnte E-T-A diese elektronischen Schutzschalter zusammen mit einem führenden Systemanbieter von Erdgasverflüssigungssystemen sehr erfolgreich in einer entsprechenden Anwendung einsetzen. Durch die Nutzung von fernsteuerbaren, elektronischen Überstromschutzgeräten hat dieser Anbieter von Erdgasverflüssigungssystemen eine sehr zuverlässige Absicherung gewählt. Vor allem im Zusammenhang mit DC 24 V-Schaltnetzteilen, denn die elektronischen Schutzschalter sind in der Lage, innerhalb von 200 ms eine Überlast und auch einen Kurzschluss zu erkennen. Und da die Komponente auch über eine Strombegrenzungsfunktion verfügt, begrenzt sie den Strom auf das 1,8-fache des Nennstroms und schaltet nach 3s zuverlässig den Strom zwischen Netzteil und Last ab. Im Falle von Überlast und Kurzschluss sorgt das Gerät durch einen Schalter auf der ­Vorderseite für eine selektive Abschaltung des Lastkreises. Weitere Modelle verfügen über eine Fernsteuerung, mit deren Hilfe eine SPS den Stromkreis abschalten oder rücksetzen kann. Durch eine derartige selektive Absicherung lässt sich das Ein­brechen der DC 24V-Ausgangsspannung des Netzteiles und damit ein kompletter Anlagenstillstand aufgrund einer einzigen defekten Komponente wirkungsvoll verhindern.

Der ESX10-T hat eine Zulassung nach UL 1604, Class1, Division 2 (C1D2), die den Einsatz in einer Anwendung mit einem C1D2 Schaltnetzteil, Ein- und Ausgangsmodulen, Terminalblocks und Schaltelementen erlaubt. Da alle diese Komponenten nach C1D2 zugelassen sind, benötigt diese Anwendung kein Reinigungssystem mehr. Weil das System in einem Standard NEMA 4X Doppeltürschaltschrank untergebracht werden konnte, waren deutliche Zeit- und Kosteneinsparungen möglich. Diese betrafen den gesamten Produktzyklus von der Designphase bis zur elektrischen Abnahme durch den Kunden. Zudem braucht der Endkunde kein Reinigungssystem zu warten und die dazugehörigen Ausgangs­alarme in der SPS nicht mehr überwachen.

Das Basisgerät des ESX10-T ist mit einer Rot-Grün-LED auf der Vorderseite ausgestattet, um eine sofortige optische Zustandsanzeige des Lastkreises zu bekommen. Dies erleichtert eine Fehlersuche bei Hunderten von Feldgeräten immens. Andere Modelle verfügen zudem über verschiedene Meldeausgänge für die SPS oder für die Warnlampe direkt auf dem Schaltschrank. Dies hilft, Fehler deutlich früher zu erkennen und abzustellen und so Produktionsausfälle zu vermeiden. Schließlich erlaubt die Statusanzeige auf dem Gerät eine sehr schnelle Fehlererkennung und reduziert damit die notwendige Zeit, um fehlerhafte Feldgeräte im Steuerungssystem zu erkennen.

Schnell realisierbar und kostengünstig

Das beschriebene Konzept machte es dem Kunden möglich, alle Anforderungen des Class 1, Division 2 -Schutzes und der individuellen Absicherung aller Messumformer und Ventile zu gewährleisten. Die Anwendung von E-T-A Produkten sorgte dafür, dass kein Luftreinigungssystem benötigt wurde, und senkte damit die gesamten Ausrüstungs- und Arbeitskosten dieses ­Projektes. Das komplette System konnte schneller realisiert werden und der Hersteller der Gasverflüssigungsanlage lieferte seine Anlage inklusive der neuen E-T-A elektronischen Schutzschalter tatsächlich vor dem ­geplanten Liefertermin an den Kunden aus.