Automatyka systemu sterowania dla Holborn Europa Raffinerie GmbH

Przegląd

Automatyka łączeniowa i automatyka silników oraz systemy sterowania siecią wysokiego i średniego napięcia

Bezpieczeństwo dostaw jest tematem obecnym we wszystkich zakładach petrochemicznych, ponieważ rzutuje na jakość końcowego produktu. Dlatego modernizacje tych obiektów wymagają wyszukanych koncepcji z dziedziny automatyki – a to zajęcie dla ekspertów.

Rafineria Holborn w Hamburgu jest jednym z największych zakładów petrochemicznych w północnych Niemczech. 

Aby utrzymać najwyższą jakość końcowych produktów, gazu, paliwa i oleju opałowego, potrzebna była kompletna koncepcja dotycząca bezpieczeństwa dostaw zasilania. Głównym powodem było duże zagrożenie eksplozją z powodu awarii sieci, spowodowaną niewydolnością wymiennika ciepła w wyniku przerwy w zasilaniu.

Dodatkowo, długotrwałe awarie powodują, że ponowne uruchomienie procesu petrochemicznego wymaga znacznego wysiłku i niesie za sobą straty produkcyjne.

Przebudowa tego zakładu rozpoczęła się w 1999 roku i wymagała wdrożenia krok po kroku koncepcji automatyki, która zakładała jak najmniejsze jednoczesne zmiany w procesie produkcji.

Ostatecznie to właśnie oferty firmy Sprecher Automation (Linz, Austria) i kilku oddziałów firmy Alstom spotkały się z uznaniem klienta, jako te, które najlepiej spełniają wymogi specyfikacji.

W lipcu 2003 roku oddano do użytku ostatnią część zakładu. Przestarzały system sterowania zastąpiono nowym systemem ESC (system sterowania rozdzielnicą)/IMOS.

Oprócz funkcji dynamicznej alokacji danych, rejestracji zdarzeń i przesyłania komend, w aplikacji użyto także funkcji procesów najistotniejszych czasowo, takie jak na przykład wykrywanie spadków napięcia w ciągu kilku milisekund.

Szczegóły

Poprzedni system sterowania z modułami tranzystorowymi i nowy system sterowania i monitoringu

Automatyka łączeniowa i automatyka silników oraz systemy sterowania siecią wysokiego i średniego napięcia

Zasilanie

Aby, w sposób najbardziej efektywny, uniknąć czarnego scenariusza – awarii całego zasilania, wdrożone systemy wyposażono w wielopoziomowe zabezpieczenia dotyczące tego obszaru.

Głównym warunkiem tej nowej koncepcji było zastosowanie dwóch niezależnych, głównych odpływów (110kV), które zwymiarowano tak, by zapewnić pełne zasilanie rafinerii z jednego odpływu.

W związku z powyższym strategiczne obszary zakładu wyposażono w kilka źródeł zasilania (6kV).

Zasilanie jest dostarczane przez rozdzielnice SN, ulokowane wokół terenu rafinerii.

Koncepcje samowystarczalności

Każdy budynek rozdzielni z rozdzielnicą SN i WN stanowi jednostkę samowystarczalną. W celu uzyskania poprawnej komunikacji między tymi budynkami rozdzielni, istniejąca technologia automatyki musiała zostać zintegrowana z nową.

Informacje o istniejących komorach rozdzielnic  SN były bezpośrednio przekazywane do centralnego komputera stacji. Każda komora składa się ze specyficznych modułów wejść/wyjść,  aby zminimalizować efekty ewentualnej awarii.

Monitorowanie odbywa się poprzez interfejs HMI. Na monitorze wyświetlane są wszystkie dane dotyczące systemu, jak wskazywanie pozycji rozłączników, uziemników, wyłączników oraz wartości mierzone, jak obciążenie, napięcie, moc pozorna, czynna i bierna. Dodatkowo dane te są przesyłane światłowodami do komputera nadrzędnego, który  następnie przekazuje je do nastawni.

Nowy odbiornik komunikacyjny (2x3 szt.)

Nie przeszkadzać

Aby spełnić wymaganie klienta – żadnych zaburzeń w produkcji podczas rekonstrukcji systemu – Sprecher Automation i Alstom musiały usunąć ważną przeszkodę. Pomimo prowadzonej krok po kroku przebudowy budynków rozdzielni, rozbudowany system automatyki musiał funkcjonować i być jednocześnie adaptowany do nowych warunków. 

Podstawowe dane przesyłane były między rozdzielniami SN sygnałami o częstotliwości 2,4 kHz. Spełnienie tego warunku wymagało wprowadzenia pewnych ulepszeń. Ze względu na fakt, że testy nie mogły być przeprowadzane na stacji pod napięciem, wszystkie funkcje sprawdzano w laboratorium. Aby symulacja była przeprowadzona w rzeczywistych warunkach, skonfigurowano i podłączono do przetworników wszystkie komponenty sterujące stacji SN. Precyzyjnie zasymulowano także rzeczywiste warunki zasilania systemu. 

Precyzyjnie sprawdzone

Istotnymi elementami rozdzielnicy SN są dwa niezależne systemy szyn zbiorczych. Obie szyny zbiorcze są zasilane z różnych odpływów. Rozdzielnice średniego napięcia, które zasilają w energię elektryczną silniki i podsystemy, są połączone tym systemem szyn. Dlatego też szyny mogą być połączone sprzęgłem wzdłużnym.

W normalnym trybie oba odpływy są aktywne, a przełącznik sprzęgła jest wyłączony. System automatycznego przełączania wykrywa spadki napięcia powyżej 250 ms i natychmiast włącza procedury zabezpieczeniowe. Innymi słowy: automatycznie przełącza na drugą szynę w przypadku spadku napięcia.

Wcześniej, objęte awarią silniki muszą być wyłączone z systemu. Po przełączeniu muszą być ponownie, jeden po drugim, włączane. Elastyczność systemu gwarantuje równocześnie, że w przypadku awarii obu odpływów uruchamiany jest odpływ rezerwowy. Procedura ponownego załączania silników jest przeprowadzana zgodnie ze zdefiniowaną wcześniej listą priorytetów. W razie potrzeby lista priorytetów może być zmieniona bez dodatkowych działań konfiguracyjnych. Takie stopniowe załączanie jest konieczne w razie ewentualnych potrzeb i w przypadku prądu rozruchowego o wyższym napięciu. Jednoczesne podłączenie wszystkich silników mogłoby uaktywnić i włączyć funkcje zabezpieczeń.

W przypadku gdy jeden z głównych odpływów jest aktualnie unieruchomiony, wszystkie stacje SN przełączają się na „zdrowy” odpływ. Zasadniczo, wszystkie przełączenia muszą być koordynowane pomiędzy rozdzielnicami SN, ponieważ w takich okolicznościach napięcie prądu rozruchowego jest bardzo wysokie. Na przykład w momencie ponownego załączenia najsilniejszego silnika (5,5 MW) na innych stacjach SN nie może dojść do żadnych innych przełączeń.

Wszystkie istotne i dotyczące zdarzenia dane są następnie przesyłane niezależną linią komunikacyjną (sygnały o częstotliwości 2,4 kHz).

Wizualizacja systemu 110/6kV
bgContainerEnde