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Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik
CAE in der Prozessautomatisierung
Prozessleittechnische Planung I- Instrumentierung -
WS 2010/11, 16.11.2010Prof. Dr.-Ing. L. UrbasDipl.-Ing. F. Doherr
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 2
• Instrumentierung Überführung der funktionalen Anforderungen aus der
Verfahrenstechnik (Mess-, Regel-, Stellfunktion) in gerätetechnische Anforderungen (Spezifikation, Auslegung) mit Hilfe und unter Berücksichtigung von:
Prozess- und Stoffdaten
sicherheitstechnischen Anforderungen (SIL)
Explosionsschutzanforderungen (Ex-Bereich)
konstruktiven Randbedingungen
…
bestellfertige Auswahl der Mess- und Stellgeräte
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• Instrumentierung allgemeine Regel:
Sicherheit Nutzung der richtigen Materialen zur Verhinderungen von Lecks und Zerstörungen
Wiederholbarkeit bzw. Nachvollziehbarkeit Nutzung bereits vorhandener Erkenntnisse bzw. Austauschbarkeit von Bearbeitern
Genauigkeit Feldgeräte so genau wie möglich, aber nur so genau wie nötig auslegen
Verfügbarkeit und Wartbarkeit mit Berücksichtigung auf Kosten
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• NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten) erste Vorauswahl mit ersten Mengengerüst für eine erste
Kostenschätzung
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• NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten) detaillierte Auslegung und Anfrage für detaillierte Kostenschätzung
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Verfahrenstechnik- Stoff- und Prozessdaten- Ex-Bereiche (Sicherheit)- Sicherheitsrelevante Mess-u. Stellfunktionen
Instrumentierung- Analyse, Auslegung, Berechnung
- Gerätespezifikation- Vorauswahl
Hersteller (Katalog)- Analyse, Auswahl- Nachrechnung- Angebotserstellung
Prozessanlage
Anfrage, später evtl. Bestellung
Angebot, später evtl. Lieferung
Montage, InbetriebnahmeProzessführung
Anforderungen
Anpassungen (z.B. Nennweite)
iterativer Prozess
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Daten von der Verfahrenstechnik
• Stoff- und Prozessdaten Designdaten – Betriebsbedienungen, die das Gerät ohne
Zerstörung aushalten muss (max./min. Druck und Temperatur)
Name und Eigenschaften des Prozessmediums bzw. –gemisches Aggregatzustand verschmutzt bzw. Feststoffanteil korrosiv, ätzend, toxisch, …
prozessrelevante Daten – Angabe von mehreren Fahrfällen (meist Min/Norm/Max) Druck, Temperatur, Dichte, Viskosität, Massenstrom,
Volumenstrom
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Daten von der Verfahrenstechnik
• konstruktive Informationen Rohrleitungsinformationen (Nenndurchmesser, Druckstufe,
Material, Begleitheizung, Isoliermaterial) meist in Rohrleitungsklassen zusammengefasst
Anschlussdaten – wie sind Mess- und Stellgeräte in die Anlage zu integrieren Beispiel: Stutzencode
Rohrleitung
Stutzen mitFlanschanschluss
z.B. T10C – Stutzen für Temperaturmessungen in 2‘‘ Class 300 Ausführung
passender Anschluss (Flansch) der
Temperaturmessung
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Instrumentierung – Auswahl der Mess- und Stellgeräte
fortlaufender und iterativer Planungsprozess mit ersten Verfahrensdaten lassen sich erste
Kostenschätzungen auf Grundlage von Erfahrungswerten machen
mit steigender Qualität („Reife“, verlässliche Meilensteine bzw. Quality Gates) der R&I-Fließbildern findet eine immer detailierte Auslegung der Geräte statt
Nutzung verschiedener Informationsquellen für Gerätespezifizierung Erfahrungen (eigene, firmenintern), Hersteller, Literatur, CAE-
Systeme für die Auslegung
Anfrage an verschiedene Hersteller Angebot ; oder eigenes Katalogengineering
FI124
H
L
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Vergleich der Herstellerangebot Auswahl eines Herstellers für eine Gerätegruppe (bspw. Temperaturmessungen (Endress+Hauser), Druckmessgeräte für L,F,P und PD (Siemens), Kugelhähne (Samson),…)
Klärung aller Detailfragen mit Hersteller (technisch, kommerziell, Zertifikate, Materialzeugnisse, Kalibrierungsprotokolle, Abnahmeverfahren)
Abnahme der Geräte beim Hersteller FAT - Factory Acceptance Test
Überwachung der Montage Anbindung an Leit- und Sicherheitssysteme SAT – Site Acceptance Test Inbetriebnahme
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Dokumentation
• wichtiges und zentrales Dokument der Instrumentierung EMSR-Stellenblatt (PLT-Stellenblatt, Spezifikationsblatt)
jede Gerätegruppe hat eigenes Formblatt, da eigene spezifische Informationen dargestellt werden müssen
Darstellung mittels oft firmen- bzw. projektspezifischen Stellenblätter (Norm: ISA–20–1981 [9])
Zusammenfassung aller wichtigen Informationen und Daten einer EMSR-Stelle „Lastenheft“ für die Detailplanung
Inhalt: Organisatorische Randbedingungen Sicherheitsanforderungen Grenzwerte (Alarme/Schaltpunkte) Arbeitsprinzip der eingesetzten Feldgeräte Konstruktive und verfahrenstechnische Eigenschaften des
Meß- und Stellortes
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NAMUR-Variante:• Kopfteil PLT-
Stellennummer,
Bezeichnung, R&I-Fließbild
• Meßstoff Name,
Arbeitstemperatur, Druck,
Durchfluss, Viskosität,
Dichte,…
• Geräteanforderungen
Messbereich,
Ausgabesignal,…
• Revision mit Unterschriften
(Bildquelle [1])
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• Andere Struktur
• Ähnliche Info.
• Zusätzl. Daten
(Bildquelle [1])
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 14
• Report aus COMOS• Individ. Gestaltung,
hier z.B. PLT@TUD• wächst mit!• integriert versch.
Datenquellen• Stoffdaten werden
z.B. über Prozess-anschluss aus denStromdaten „ausge-lesen“
• ISA - Form
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(Bildquelle [9])
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 16
Datenintegration
• Datenintegration: VT-Daten Instrumentierung (Stellenblatt)
Datenbanken, Listen, Ausdrucke
Zwischendokument: Prozessdatenblatt(SmartPlant Instrumentation; VT arbeitetim System der PLT)
VT und PLT arbeiten auf und in einerDatenbasis (Comos)
automatische Datenintegrationbei unterschiedlichen Datenbasen(Austauschformat)
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Auslegung von Equipment ist Teil des Instrumentierungsprojekts!
• Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck)
(Bildquelle [3])
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0,20
0,70
Minusdruckentnahme Plusdruckentnahme
Durchfluss - Qm;Qv
Blendendurchmesser
Rohrdurchmesser
Messdruck)Wirkdruck(Δp
Dichte1ρ
chnitt)(RohrquersD
A
erschnitt)(Blendenqud
A2β
rhältnisÖffnungsve2β
erschnittÖffnungsqud
AzahlExpansionsε
tkoeffizienDurchflussC
hflussMassendurcm
q
Δp1
2ρ2β1d
A ε C
mq
−
−
=
−
−
−−
−
−=
• Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck)
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 19
• Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck) Daten der Verfahrenstechnik:
Durchfluss (Masse,Volumen), maximal erlaubter Druckverlust
Rohrdurchmesser, Dichte, dyn. Visosität, Strömungsgeschwindigkeit gehen über Reynoldszahl ReD und geometrische Verhältnisse der Blende in den Durchflusskoeffizienten C ein
je nach gegebenen Daten bzw. benötigten Informationen lassen sich Blendendurchmesser, Durchfluss oder messbare Druckdifferenz (Wirkdruck) errechnen
Auswahl einer Blende und eines Differenzdruckmessgerätes
Demo – Conval
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 20
• Beispiel - Stellventil
Stellventil Schieber
Kugelhahn Stellklappe
Auslegung mit Hilfe VDI/VDE 2173 - Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung
Urbas/Doherr © 2010 CAE@PA Folie 21
Literatur[1] Strohrmann,G.: Automatisierung verfahrenstechnischer
Prozesse, 2002.[2] EN ISO 5167-1: Durchflussmessung von Fluiden mit
Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 1: Allgemeine Grundlagen und Anforderungen (2003).
[3] http://www.ilkdresden.de/iso5167/index.html (10.11.09).[4] Früh,K.F.;u.a.: Handbuch der Prozessautomatisierung (2009).[5] VDI/VDE 2173: Strömungstechnische Kenngrößen von
Stellventilen und deren Bestimmung.[6] Namur NA35: Abwicklung von PLT-Projekten (2003).[7] ASME/ANSI B16 Standards of Pipes and Fittings. Blätter 1,3,4,5,
9,10,11,12,14, ..., 49.[8] EN 13480 Metallische industrielle Rohrleitungen[9] ISA–20–1981: Specification Forms for Process Measurement and
Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves