Überblick
Seit über 100 Jahren wird Ammoniak in Lebensmittel- und Fleischverarbeitungsbetrieben als primäre Kühlmethode in den Prozess- und Produktionsbereichen eingesetzt. Obwohl allgemein als sicher angesehen, kommt es dennoch zu Ausfällen und ungeplanten Freisetzungen. Die inhärenten Risiken müssen bei der Gestaltung dieser Systeme verstanden werden und Endbenutzer müssen bei der Überwachung und Wartung sorgfältig vorgehen. Auch bei richtiger Pflege passieren Unfälle. Die Sicherheit von Arbeitern und Ersthelfern muss berücksichtigt werden, und sekundäre Erkennungs- und Alarmsysteme können eine wirksame Lösung sein, um Zonensichtbarkeit zu gewährleisten und bei der richtigen Reaktion zu helfen.
Große, komplexe Produktionsanlagen nutzen in vielen Bereichen Kühlung, und die schnelle Lokalisierung und Beurteilung der Entladungsmenge ist der Schlüssel für eine schnelle und sichere Reaktion auf jeden Vorfall. Während OEMs und Endanwender Leckerkennungs- und Abschaltsysteme zur primären Überwachung in den Hauswirtschaftsräumen eingebaut haben, kann es in vielen großen verteilten Produktionsbereichen und abgelegenen Kühllagern zu Lücken kommen. Umsichtige Organisationen haben nach eigenständigen Überwachungs- und Alarmsystemen gesucht, um eine bessere Sichtbarkeit zu gewährleisten und Gefahreneinsatzteams dabei zu helfen, den genauen Ort und die Schwere der Entladung von außerhalb des betroffenen Gebiets zu ermitteln.
Projektumfang
UNTERNEHMEN: EIN GROßES LEBENSMITTELHERSTELLENDES UNTERNEHMEN
UNSERE AUFGABE: ENTWICKLUNG EINER STANDARDLÖSUNG FÜR DIE ÜBERWACHUNG, MELDUNG UND KONTROLLE VON SPUREN AMMONIAK UND DER ERKENNUNG katastrophaler Lecks
Ein großer Kunde aus der Lebensmittelherstellung wandte sich an Spiroflow Automation Solutions, um gemeinsam eine Standardlösung für die Überwachung, Meldung und Steuerung der Erkennung von Ammoniakspuren sowie der Erkennung katastrophaler Lecks zu entwickeln. Das System würde externe Anzeige- und Alarmfunktionen im Sicherheitsbüro bereitstellen und Ersthelfern und Gefahrenabwehrteams einen klaren Hinweis darauf geben, wo der Systemausfall aufgetreten ist. Aufgrund des zweistufigen Instrumentierungsdesigns ermöglicht das System die Beurteilung der Situation als geringfügige Entladung oder als schwerwiegendere Systemstörung mit großer Ammoniakfreisetzung.
Das von Spiroflow Automation entwickelte System ist ein sekundäres Überwachungs- und Alarmsystem – ein eigenständiges System zur OEM-Kompressorsteuerung und den OEM-SCADA-Systemen. Dieses System wurde als Reaktion auf Lücken entwickelt, die von EH&S- und Kältetechnikteams des Unternehmens aufgedeckt wurden, und funktioniert seit über sechs Jahren zuverlässig an Standorten in ganz Nordamerika.
Design-Kriterien
Der Kunde entwickelte zusammen mit den Ingenieuren von Spiroflow Automation die Systemspezifikationen für Designkriterien und nutzte außerdem die technischen Standards des Unternehmens als Richtlinie für die endgültige Lösung. Sie suchten nach einem offenen Systemdesign, um Schulung, Support und Wartungsersatzteile für die Werksteams zu minimieren. Spiroflow begegnete dieser Herausforderung mit einem umfassenden Ansatz. Als anerkannter Systemintegrator von Rockwell Automation war Spiroflow mit den Hardware- und Softwarevorteilen dieser Plattform vertraut und empfahl dem Kunden den Einsatz.
Insgesamt wurden vom Team folgende Designkriterien identifiziert:
1. Hardwareplattform: Rockwell Automation war der Standard für die Anlagenautomatisierung und dieses System würde die RA ControlLogix-SPS und zugehörige E/A-Systeme nutzen.
2. Verteilte E/A: Da sich die Überwachungs- und Kontrollpunkte in Produktionsbereichen befinden sollten, mussten die Remote-I/O- und Sensorschnittstellen die vorhandenen Ethernet-basierten Netzwerke der Fertigung nutzen.
3. Sensoren: Spiroflow nutzte Ammoniak-Erkennungssensoren von Draeger, Inc. Analogausgänge wurden verwendet, um dem CLX-Prozessor Echtzeit-Füllstandsinformationen für Überwachungs-, Protokollierungs- und Anzeigefunktionen bereitzustellen. Die Sensoren wurden von den Kühl- und Ingenieurteams des Kunden auf der Grundlage ihrer Kenntnisse über die Ausrüstung und den Anlagenprozess lokalisiert und installiert.
4. Alarmzustände: Das System musste mehrere Zustände überwachen und Alarme auslösen. Zunächst würde ein Sensor zur Erkennung kleiner Lecks verwendet, um das Vorhandensein von Ammoniak zu überwachen, das unter den OSHA-Grenzwerten liegt. Die Alarmanzeige wird ausgelöst und auf den PanelView-Bildschirmen angezeigt. Wenn ein größeres Leck auftritt, das durch einen Geräte- oder Leitungsausfall verursacht wurde, sind weitere Maßnahmen erforderlich und das System reagiert automatisch mit visuellen und akustischen Alarmen. Darüber hinaus erfolgt eine automatische Steuerung zum Auslösen von Verriegelungen und zur Steuerung der Lüftungsventilatoren in den betroffenen Zonen.
5. Steuerverriegelung: Die Anforderungen bestanden darin, eine spezifische Verriegelung und Steuerung der Ammoniakversorgung bei Zonenausfällen auf der Grundlage eines definierten Plans für jede Anlage bereitzustellen. In Zusammenarbeit mit den OEMs der Kühl-, Anlagentechnik- und Ausrüstungsunternehmen modifizierte Spiroflow Automation Steuerungsprogramme von Drittanbietern, um Systeme zu verriegeln.
6. Skalierbarkeit: Da jede Anlage einzigartig ist, müsste das Systemdesign modular sein und sich leicht skalieren lassen, um jeder Anlageninstallation gerecht zu werden. Die Anwendung musste gemeinsame Programmier- und Steuerungsarchitekturen nutzen, damit sie je nach Größe der Anlage und Überwachungspunkten kosteneffizient skaliert werden konnte. Es wurden ControlLogix-E/A von Rockwell Automation sowie strukturierte Programmiertechniken verwendet, um die Entwurfs-, Implementierungs- und Inbetriebnahmezeit zu minimieren. Aufgrund des verwendeten Standardansatzes wurden Schulungs- und laufende Supportkosten minimiert.
ANFORDERUNGEN AN SYSTEMÜBERWACHUNG UND STEUERUNG
Folgende Überwachungs-, Alarm- und Steuerungsfunktionen wurden in das Design integriert:
1. Kontinuierliche Überwachung aller Sensoren: Remote-Ammoniaksensoren wurden kontinuierlich vom CLX-Prozessor gescannt und es wird eine zweistufige automatische Alarmstrategie verwendet.
2. Stufe 2: Eine erkannte größere Leckage löst einen kritischen Alarm aus und Systemverriegelungsfunktionen werden ausgeführt.
STEUERFUNKTIONEN
Das System bietet sowohl automatisierte als auch manuelle Steuerungsfunktionen.
MANUELLE KONTROLLE
Shunt Trip: Das Remote-Panel bietet die Möglichkeit, die Stromversorgung in Produktionsbereichen über Shunt-Trip-Relais zu steuern. Da Ammoniak in seiner Konzentration eine brennbare Gefahr darstellen kann, besteht die Möglichkeit, Strom in einen betroffenen Bereich zu leiten.
Test/Automatische Steuerung: Jedes Shunt-Relais kann einem Test unterzogen werden, um eine Systemwartung zu ermöglichen, ohne dass das Relais auslöst.
AUTOMATISCHE KONTROLLE
Das Ammoniak-Überwachungssystem ist für die Kommunikation mit diskreten Geräten und Steuerventilen in der gesamten Anlage konzipiert. Im Alarmfall stellt der überwachende CLX eine Sperre mit Fernversorgungsventilen ein, um den Ammoniakfluss in die alarmierten Systeme zu stoppen.
KOMPRESSOR-RAUMLÜFTERSTEUERUNG
Der Ammoniakkompressorraum und andere ausgewiesene Standorte erfordern den Einsatz von Zu- und Abluftventilatoren, die in Notsituationen zur Evakuierung der Luft dienen. Das System überwacht Zu- und Abluftventilatoren und übersteuert Systeme im Falle eines Dampfalarms.
Visuelle und akustische Alarme
Das System bietet die Möglichkeit, visuelle und akustische Alarme in Produktions-, Wartungs- und Sicherheitsbereichen zu lokalisieren
Automatisierte Lösung
Die technische Lösung erfüllte alle Designkriterien und ist seit 2006 in Betrieb. Spiroflow Automation lieferte die UL/NEMA-Panels sowohl für die zentrale Steuerung als auch für die Überwachung im Wachschuppen. Darüber hinaus wurden in der gesamten Anlage Remote-Panels installiert, die eine einfache Verbindung zu den Sensoren ermöglichten.
Beim Programmdesign wurden gängige Routinen und Programmdateien verwendet, die einfach zu entwerfen und bereitzustellen waren. Das Design war außerdem leicht zu beheben und zu modifizieren, wenn Änderungen an der Produktionsausrüstung und am Prozess vorgenommen wurden – was für das Werk besonders wichtig war.
Es wurde ein grafisches Display vom Typ Rockwell PanelView 1250 verwendet. Spiroflow Automation hat sich dafür entschieden, da es die Integration von Anlagenlayouts mit grafischen und textbasierten Alarmen ermöglicht. Da es sich um ein dediziertes System handelt und kein PC erforderlich ist, ermöglicht es eine höhere Betriebszeit und vernachlässigbare Unterstützung durch die Wartungs- und IT-Teams des Kunden.
Zusammenfassung
Spiroflow Automation bot dem Kunden einen Mehrwert durch die Nutzung der ControlLogix-Plattform von Rockwell Automation und die Entwicklung einer modularen Designstrategie zur Reduzierung der Engineering- und Installationskosten. Da die Kernlogik im Rahmen der ersten Systembereitstellung validiert wurde, war die Migration zu neuen Standorten mit unterschiedlichen Konfigurationen einfach und unkompliziert. Gängige System-Upgrades wurden problemlos unterstützt und die Logik im gesamten Unternehmen standardisiert.
Da die Anlageningenieure darüber hinaus Erfahrung mit der RA CLX-Hardware und -Programmierung hatten, können bei Bedarf Änderungen am System von anderen vorgenommen werden. Der Gesamtvorteil besteht darin, dass der Kunde über ein System verfügt, das zuverlässig und kostengünstig ist und über viele Jahre hinweg unterstützt wird.
