Sicherheit mit Tiefgang

Sicherheitstechnik – Die Erdölförderung am Meeresboden erfordert spezielle Vorsichtsmaßnahmen. Eine neue Steuerung ermöglicht den sicherheitsgerichteten Einsatz nach SIL 3 jetzt auch in der Tiefsee.

12. November 2008

Ein wichtiger Zukunftstrend ist die Erschließung von Öl- und Gasvorkommen in der Tiefsee, die durch die allgemeine Energieknappheit wirtschaftlich immer interessanter wird. So können Öl und Gas aus Reservoirs in der Tiefsee, die aus wirtschaftlichen Gründen bislang uninteressant waren, heute mit modernster Technik kostendeckend und gewinnbringend gefördert werden. Dabei wird das Tiefsee-Öl bzw. -Gas durch unterseeische Steigleitungssysteme, Sammelstationen und Verteilungseinrichtungen von der Zapfstelle zur Oberfläche transportiert. Die Weiterverarbeitung erfolgt entweder in schwimmenden Produktions-, Lager- und Verladeeinrichtungen oder bei küstennaher Förderung direkt an Land.

Überwacht und gesteuert werden sämtliche Förderprozesse durch programmierbare Steuerungen. Entsprechend steigen jedoch auch die Anforderungen bezüglich des Umweltschutzes, da Fehlfunktionen in diesen Bereichen erhebliche Umweltschädigungen hervorrufen können, die sich zudem oftmals schlecht oder spät lokalisieren lassen. Deshalb besteht ein vitales Interesse an einer höchstmöglichen Sicherheit und Verfügbarkeit der eingesetzten Systeme. Für kritische Prozesse, die Menschen, Umwelt oder Investitionen im Fehlerfalle gefährden, sind daher sicherheitsgerichtete Steuerungen vorgeschrieben.

Hoch verfügbar unter Wasser

Eine der ersten sicherheitsgerichteten programmierbaren Steuerungen für den Einsatz in unterseeischen Anwendungen bis zur Sicherheitsklasse SIL 3 hat jetzt der Automatisierungstechnikspezialist Hima Paul Hildebrandt vorgestellt. Deren Steuerungslösung HIMatrix F35 subsea gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit der Anlagen und ermöglicht einen unterbrechungsfreien Betrieb. Um elektrische, elektronische und hydraulische Einrichtungen in der Tiefsee betreiben zu können, müssen solche Steuerungen in druckfesten Kapseln eingeschlossen werden. Eine der wichtigsten Vorgaben für die Konstruktion von Tiefseeeinrichtungen ist zudem, dass sie sich durch Tauchroboter warten oder austauschen lassen. Die HIMatrix-Steuerungen befinden sich deshalb in einem druck- und wasserfesten Zylinder, der in bis zu 4.000 Meter Wassertiefe einsetzbar ist.

Sicherheit mit Redundanz

Im Einsatz sind die Steuerungen zum Beispiel in einem HIPPS (High Integrity Pressure Protection System) für Tiefseeanwendungen gemäß Sicherheitsstufe SIL 3, das der Hersteller aus Brühl bei Mannheim gemeinsam mit der norwegischen Hima-Vertretung Bjørge Saas System AS entwickelt hat. Die Gesamtstruktur des Systems wurde redundant ausgelegt. Zum Einsatz kommen dabei neben zwei sicherheitsgerichteten Steuerungen HIMatrix F35 subsea auch zwei sicherheitsgerichtete dezentrale I/O-Module der Serie HIMatrix F3 AIO subsea. Untereinander vernetzt sind die Steuerungen über das Protokoll Safeethernet. Die Koppelung zum SEM (Subsea Electronic Module) wird über das Feldbussystem Modbus RTU realisiert.

Die modulare und redundante Sicherheitslösung ermöglicht sicherheitsrelevante Anwendungen in der Tiefsee bis zur Sicherheitsstufe SIL 3 in einem Temperaturbereich von –20 bis +60 Grad Celsius. Die direkte Montage ohne Hutschiene erlaubt hohe mechanische Belastungen. Das System erkennt selbstständig, wie viele Druckmessungen angeschlossen sind regelt eine mögliche Notabschaltung entsprechend.

Die sicherheitsrelevante Pulsansteuerung der HIPPS-Prozessventile gewährleistet die Steuerung durch eine kontinuierliche Überwachung der Ansteuerschleife des Ventils im nicht angesteuerten Zustand mithilfe von »Partial Stroke Tests« in festgelegten Testintervallen oder durch manuelle Anforderung. Das System entspricht den Normen IEC 61508 und ISO/DIS 13628-6 (»Steuerungssystem für die Unterwasser-Produktion «) und erfüllt unter anderem die Vorgaben der TÜV Produkt Service GmbH und der Unternehmensgruppe TÜV Süddeutschland in Mannheim. Eine mechanisch-funktionelle Prüfung auf einem Vibrationsprüfstand beim norwegischen Teknologisk Institut betätigt zudem die Robustheit der Steuerung und des I/O-Moduls gegen Stöße und Vibrationen mit Frequenzen zwischen 0 und 2.000 Hertz bei Beschleunigungen bis 6 g.

Karl-Heinz Kruse, Hima/bt

FAKTEN

- Die Hima Paul Hildebrandt GmbH + Co KG mit Sitz in Brühl bei Mannheim ist ein führender Hersteller von sicherheitsgerichteten Automatisierungslösungen.

- Das 1908 gegründete Unternehmen entwickelt Lösungen für nahezu jede sicherheitskritische Applikation in der Prozess-, Maschinen- und Gebäude-Automatisierung.

Erschienen in Ausgabe: 08/2008