Pipelines zuverlässig geregelt

Elektrische Stellantriebe für Armaturen in entlegenen Gegenden mit Solarstrom betreiben

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07.06.2019 Elektrische Stellantriebe mit Solarstrom zu betreiben, ist im Prinzip kein Problem – wenn es keine Probleme gibt. Aber was, wenn die Versorgungsspannung einmal abfällt? Dann wäre es sicherlich sehr zweckmäßig, dass dabei die grafische Schnittstelle, die Fernanzeige und der Datenlogger des Stellantriebs funktionieren und zugänglich sind.

Entscheider-Facts für Anlagenbauer und -betreiber

  • Die heutige Solar- und Batterietechnik erlaubt es, zuverlässig funktionierende, autarke Absperr- und Durchfluss-Regelstationen aus Armatur und elektrischem Antrieb für eine Pipeline zu bauen.
  • Der intelligente, elektrische Stellantrieb IQ3 bietet mit seinem patentierten Absolut-Encoder die Sicherheit, die Antriebsstellung jederzeit zurückverfolgen zu können.
  • Auch bei einem Spannungsabfall bleiben die grafische Schnittstelle, die Fernanzeige und der Datenlogger des IQ3-Stellantriebs funktionsfähig und zugänglich.

Rotork_Bild 1_Kugelhahn mit Stellantrieb IQ3 und Solarstromversorgung

Kugelhahn mit IQ3-Stellantrieb für das Pipeline-Projekt in den Vereinigten Staaten. Ein Solarpanel lädt die Batterie auf, die den Strom für den elektrischen Antrieb liefert. Bilder: Rotork

Ein weiterer Sicherheitsapekt wäre, einen Stellantrieb mit einem Absolut-Encoder zu haben, der jederzeit eine Nachverfolgung der letzten Position der Armatur ermöglicht. Genau das können die IQ3-Stellantriebe von Rotork leisten.

Aus diesem und weiteren Gründen fiel bei einem Pipeline-Projekt in den USA die Wahl auf die Armaturen-Stellantriebe des weltweit agierenden, britischen Herstellers. Bei diesem Projekt werden die Antriebe der Armaturen, die in den Rohrleitungen verbaut sind, mit Strom aus kleinen Solarpanels gespeist.

Das Pipeline-Projekt

Ein großes Wassermanagement-Unternehmen für Erdöllagerstätten in den USA wollte das Lagerstättenwasser aus der Schieferöl-Produktion im Westen von Texas und New Mexico sammeln und deshalb das Pipelinenetz für das Wasser ausbauen. Bei den meisten Schieferölanlagen wird das Lagerstättenwasser über Rohrleitungen zur vorübergehenden Speicherung entweder zu einer Versenkbohrung oder zu einer zentralen Wasseraufbereitungsanlage transportiert.

Um den Betrieb der Wassersammlung zu verbessern, hatte das Wassermanagement-Unternehmen den Automatisierungsdienstleister Wolseley Industrial Group beauftragt, Regelstationen mit geeigneten automatisierten Armaturen zur Flussregelung in den Hochdruckleitungen zu ermitteln. Dabei gab es spezifische Anforderungen an die Armaturensysteme, beispielsweise den Systemdruck zu und von den Bohrstellen zu regeln, die Leitungen im Falle von Undichtigkeiten oder anderen Fehlern zu sperren. Für den Betrieb der Armaturen durfte es keinen hohen Wartungsaufwand geben; daher kamen beispielsweise Luftkompressoren (für pneumatische Antriebe) oder andere rotatorisch angetriebene Betriebsmittel nicht in Frage.

Keine Energieversorgung vor Ort

Rotork_Bild 2_optional_Kugelhahn mit Stellantrieb IQ3

Die Solarpanels versorgen die Leitstände beziehungsweise Regelstationen effizient und wirtschaftlich mit Energie. Das Verlegen von Stromkabeln wäre bei diesem Pipeline-Projekt erheblich teurer – und nicht umweltfreundlich – gewesen.

In den entlegenen Gegenden, in denen diese Armaturen/Stellantriebe zu betreiben sind, gibt es weder Strom noch Gas. Deshalb wurde eine Regelung der Leitungsflüsse mit Strom aus Solaranlagen als die beste Alternative gesehen. Außerdem wurde dabei schnell klar, dass der benötigte Strom an jeder Kontrollstation entlang der Wassersammlungsleitungen erzeugt werden musste.

Der Auftraggeber wünschte, dass in Gegenden, die außerhalb des Versorgungsnetzes liegen, alle 5 Meilen Regelstationen installiert werden. Rotork kam dazu mit der Aufgabe, die elektrischen Drehantriebe mit Solarstationen zu deren Betrieb zu liefern. Daher konzipierte Wolseley eine entsprechende Lösung mit Solarpanels, Leitständen und IQ3-Drehantrieben von Rotork. Jeder Leitstand besteht aus einem dieser Stellantriebe und steuert entweder einen 12-Zoll- oder einen 16-Zoll-Kugelhahn. Jede Einheit ist mit einem Solarpanel ausgestattet und mit einem Elektromotor, der mit 24, 48 oder 120 V Gleichstrom betrieben wird.

Die Solarstationen versorgen die Leitstände effizient und wirtschaftlich mit Energie. Die Installationskosten sind verhältnismäßig gering im Vergleich zu Versorgungskabeln, bei denen man den Boden hätte kilometerweise aufgraben müssen; das wäre zudem nicht umweltfreundlich gewesen. Rotork Site Service unterstützte beim Aufbau der Solarpanels und bei der Installation und Konfiguration des Systems auf der Baustelle.

Jede Regelstation wird mit einem eigenen Solarsystem versorgt, das die Regel- und Absperrarmaturen und die 24-V-DC-Steuerungen (PLC) betreibt. Zudem wurde ein Leitstand für den Betrieb von Spannungsreglern zur Überwachung der Batteriespannung eingesetzt. Die Batterien werden nur dann geladen, wenn die Spannung unter einen definierten Stand fällt, um eine verminderte Batterielebensdauer durch Überladung zu verhindern.

Die Rotork-Techniker testeten auch, dass die Armaturen auch nach zwei Tagen ohne Sonnenlicht funktionieren. Dazu wurden Schutzdächer gegen die Sonneneinstrahlung über den Solarpanels gebaut. Nach der Entfernung der Schutzdächer begann sofort die Aufladung der Batterien; nach zwei bis drei Stunden war ihre volle Ladekapazität erreicht. Mit dem Batteriestrom wurden die Armaturen in einer Dreitagesperiode täglich fünfmal komplett auf- und zugefahren.

Heftausgabe: Juni/2019

Über den Autor

Armin Nagel, Geschäftsführer von Rotork
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