Automatisierungssanierung manueller Absperrschieber an Erdgasübergabestationen

Die Effizienz- und Sicherheitsrisiken des manuellen Betriebs

Die große Erdgastransportstation in Texas, USA, ist für die Druckregulierung und Verteilung des Durchflusses im regionalen Pipelinenetz verantwortlich. Einige der wichtigsten manuellen Keilschieberventile an den Rohrleitungen innerhalb der Station sind für die Notabsperrung zuständig. Während des tatsächlichen Betriebs wurden zwei Hauptschmerzpunkte identifiziert:

1. Die manuellen Ventile haben eine langsame Reaktionsgeschwindigkeit. Wenn eine Leckage oder ein abnormaler Systemdruck vermutet wird, müssen die Bediener vor Ort sein, um die manuellen Ventile zu betätigen. Vom Auslösen des Alarms bis zur vollständigen Schließung kann es mehr als 10 Minuten dauern, was den Sicherheitsanforderungen für eine schnelle Isolierung bei weitem nicht entspricht und das Risiko einer Unfalleskalation erhöht.
2. Die Ventilgrößen liegen meist zwischen 10 Zoll (DN250) und 16 Zoll (DN400). Das Betriebsdrehmoment ist groß. In Hochdruck- oder Notfallsituationen stellt die manuelle Bedienung eine körperliche Belastung und potenzielle Sicherheitsrisiken für das Personal dar. Gleichzeitig nehmen regelmäßige Öffnungs- und Schließtests auch viele Arbeitsstunden in Anspruch.

Technische Lösung: Übergang von der manuellen zur pneumatischen Automatisierungsauswahl

Das Projektteam hat einen Automatisierungstransformationsplan formuliert, dessen Kern darin besteht, die manuellen Absperrschieber durch zu ersetzenpneumatisch betätigter Absperrschieber.

1. Der Auslegungsdruck der Rohrleitung beträgt 720 psi (ca. 4,96 MPa), was der Druckstufe 300 entspricht. Das Medium ist trockenes Erdgas. Unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen in Texas und der Möglichkeit saurer Gase wird jedoch das Material des Ventilkörpers als ASTM A216 WCB (Kohlenstoffstahl) ausgewählt.
2. Um eine ausfallsichere Abschaltung zu erreichen, wurde ein einfachwirkender pneumatischer Antrieb mit Federrückstellung gewählt. Das Federausgangsdrehmoment wurde genau berechnet, um einen stabilen Betrieb unter einer Standard-Instrumentenluftquelle von 6–8 bar und einen zuverlässigen Verschluss bei Luftverlust zu gewährleisten.
3. Jedes Pneumatikventil ist mit einem elektromagnetischen Fünfwegeventil mit zwei Positionen und einem Endschalter (Positionsanzeige) ausgestattet. Die Signale werden an das bestehende Leitsystem innerhalb der Station angeschlossen. Dies ermöglicht es dem Bediener, das Ventil mit einem einzigen Klick vom Kontrollraum aus fernzuschalten und Echtzeit-Feedback über die Ventilposition zu erhalten.

Der Kerneffekt nach der Implementierung

• Reaktionszeit: Die vollständige Schließzeit des Ventils wurde von über 10 Minuten auf etwa 8–10 Sekunden reduziert und erfüllt damit vollständig die Reaktionsanforderungen des Sicherheitsinstrumentensystems.
• Betriebsmodus: Es wurde eine Ein-Klick-Fernsteuerung vom zentralen Kontrollraum aus erreicht, wodurch die Risiken und die körperliche Erschöpfung, die mit dem Betrieb des Personals vor Ort einhergehen, vollständig eliminiert werden.
• Sicherheitskonformität: Das System verfügt über die Fähigkeit zur automatischen fehlersicheren Abschaltung, wodurch das allgemeine Sicherheitsintegritätsniveau der Förderstation verbessert wird.
• Wartung und Tests: Regelmäßige Funktionstests können über DCS aus der Ferne initiiert werden, was die Komplexität und Kosten von Betrieb und Wartung erheblich reduziert.

Im Notabsperrsystem ist der pneumatische Absperrschieber keineswegs nur ein einfaches Schaltgerät; Vielmehr handelt es sich um eine speziell entwickelte sicherheitskritische Komponente.