ETH Zürich – Automatisierung einer Reindampfanlage mit Sicherheitslevel SIL 3 am Standort Basel

Einzigartig in der Schweiz

Die ETH Zürich investiert mit dem Neubau des Labor-​ und Forschungsgebäude für Biosysteme in Basel in eine moderne Infrastruktur, welche optimale Voraussetzungen bietet, die Zusammenarbeit der naturwissenschaftlichen und medizinischen Fächer zu verbessern.

Zur Gebäudeinfrastruktur gehört auch eine Reindampferzeugungsanlage welche im Wesentlichen zwei Reindampferzeuger, ein Speisewassergefäss und eine Wärmerückgewinnung umfasst. Letztere verwendet das zurückgeführte Kondensat, um die Wärme mittels Rohrbündelwärmetauscher weiter zu nutzen.

Die Firma STEBATEC wurde von der Firma Colin Swiss AG beauftragt, die EMSR (Elektrische Mess-, Steuer- und Regelungstechnik) der neuen Anlage zu liefern. Generalunternehmer des anspruchsvollen Projekts ist die Klima AG in Basel, eine Niederlassung der Hälg & Co. AG.

In einem ersten Schritt wurde in Zusammenarbeit mit dem Swiss Safety Center, ein Teil des SVTI (Schweizerischer Verein für technische Inspektionen), eine Risikoanalyse verfasst. Die sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit der Anlage wird durch sogenannte Safety Integrity Level (SIL) beschrieben, welche unter anderem die Wahrscheinlichkeit eines gefahrenbringenden Ausfalls pro Betriebsstunde quantifizieren.

Sicherheits-SPS und SIL 3 für die Reindampfanlage im 3. UG

Das Kesselinspektorat des SVTI ist dafür zuständig, dass stationäre Druckgeräte und Anlagen die sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllen und so Störungen, Unfälle und Schäden im Betrieb verhüten.

Die Risikobewertung, unter den gegebenen Umständen einer Aufstellung im dritten Untergeschoss ohne Druckentlastung ins Freie, ergab den SIL Level 3. Dadurch wird ein Bersten der Kessel und damit verbunden eine erhebliche Gefahr für Menschen und die Infrastruktur sicher verhindert.

Nach erfolgreicher Erstellung der nötigen Dokumente konnten die Steuerschränke geplant und erstellt werden. Eine Sicherheits-SPS wird gemäss dem SIL Level projektiert und entsprechend ausgeführt.

Die Anlage wird über das Speisewassergefäss mit Reinwasser versorgt. Das Wasser wird der Anlage bereits aufbereitet zugeführt. Um kein Wasser unnötig in die Kanalisation zu leiten, werden die Leitungskondensate und die überschüssige Wassermenge von den Reindampferzeugern ebenfalls wieder in das Gefäss zurückgeleitet.

2 x 369kW elektrische Heizleistung

Jeder Reindampferzeuger ist mit fünf elektrischen Heizelementen ausgerüstet, welche stufenweise zu- und abgeschaltet werden können. Durch Erhöhung der Temperatur entsteht der gewünschte Reindampf, welcher schliesslich über den Dampfverteiler zu den Verbrauchern gelangt.

Durch die Verdampfung entstehen jedoch auch Salze, welche den Leitwert im Kessel steigen lassen. Durch eine Absalzregelung, welche über die Leitwertmessung gesteuert wird und einer zeitgesteuerten Abschlammung wird sichergestellt, dass die Qualität des Reindampfes jederzeit gewährleistet ist.

Das Kesselwasser aus Abschlammung und Absalzung wird dem Kondensatsammler zur Wärmerückgewinnung zugeführt. Die Wärmeenergie aus dem Kondensatsammler wird über zwei Rohrbündelwärmetauscher weiter genutzt. Dies zur Vorwärmung des Ergänzungswasser ins Speisewassergefäss und in der Gebäudeheizung, bzw. der Warmwasseraufbereitung. Dem Sammelbehälter ist ein Mischkühler nachgeschalten, welcher bei Bedarf die Temperatur des Wassers herunter kühlt, so dass kein zu heisses Wasser in die Kanalisation geleitet wird.

Fazit

Nach der Schlussabnahme mit dem TÜV (Technischer Überwachungsverein) konnte das Projekt zur vollen Zufriedenheit aller Beteiligten abgeschlossen werden. Die Klima AG wurde über die ganze Projektdauer durch die Firma STEBATEC betreut und beraten, so dass gemeinsam eine Reindampferzeugungsanlage entstanden ist, welche viele Jahre für Forschungsprojekte zur Verfügung stehen wird.

Aufgabenstellung

  • Lieferung der Elektrischen Mess-, Steuer- und Regelungstechnik für die neue Anlage
  • Erstellen einer Risikoanalyse
  • Planung und Erstellung der Steuerschränke – Für die Kondensatsteuerung mit der Wärmerückgewinnung wurde ein eigener Schrank aufgebaut. Zusätzlich musste pro Reindampfeinheit je eine weitere Schrankeinheit gefertigt werden, welche mit sämtlichen steuerungstechnischen Elementen ausgerüstet wurden.
  • Sicherheits SPS – Die Sicherheits-SPS stellt das Kernstück der ganzen Steuerung dar.
  • Parametrierbares Touchpanel – Für die Bedien- und Kontrollfunktionen sind die Schaltschränke mit einem Touchpanel ausgerüstet. Auf diesem können Parametrierungen vorgenommen und Systemmeldungen verarbeitet werden. Die intuitive Menüführung ist so aufgebaut, dass sich der Bediener sehr schnell zurechtfindet.

Spezialitäten

  • Reindampfanlage im 3. UG
  • Durch die parallele Abarbeitung des Anwenderprogramms und der ständigen Überwachung der Ein- / und Ausgänge, sowie weiteren Besonderheiten wurden für dieses Projekt die höchsten Sicherheitsanforderungen erfüllt. Sollte die Steuerung irgendeine Abweichung in den Sicherheitsprozessen feststellen, dann wird die Anlage mit einem kontrollierten Vorgang in eine gefahrenlose Grundstellung gebracht. Die komplette Entwicklung der Steuerungssoftware und des HMI’s wurde durch die Firma STEBATEC an ihrem Sitz in Brügg realisiert.
  • Das gesamte Sicherheitspaket der STEBATEC AG wurde mit einer Sicherheitsschulung des Betreibers abgerundet. So weiss der Anwender in jeder Betriebssituation was zu tun ist und kann die Anlage steht’s entspannt und mit dem angeeigneten Fachwissen betreiben.

Eingesetzte Produkte

Planung, Realisierung, Betriebsunterstützung und Sicherheitstests
Automation von Dampfkessel und Heisswasserkessel. Ob bei der Milchverarbeitung, in der Lebensmittelproduktion, in der Papierindustrie oder auch im Wäscherei- und Fleischereibetrieb ist die Erzeugung von Dampf und Heisswasser wichtiger Bestandteil. Umso stärker und strenger wird auf die Sicherheit bei Automationsanlagen in diesem Bereich geachtet, damit der tägliche Betrieb reibungslos und sicher funktioniert.
Cloud-Prozessleitsystem für Energieversorger mit grossen Ansprüchen an Sicherheit, Funktion und Komfort
Branchen wie Wärmeversorgung, Dampf- und Heisswassererzeuger, sowie Betreiber von Wasserkraftanlagen setzen auf das Prozessleitsystem REbella, das sich durch seinen skalierbaren, modularen und prozessorientierten Aufbau auszeichnet.
Individuelle Automatisierung für sichere und effiziente Prozesse.
Wir unterstützen Sie mit Risikoanalysen, Elektro-, Steuerungs- und Energiekonzepten und individuellen SPS-Programmierungen im Betrieb und bei der Realisierung von Automatisierungsprojekten.
Beständige Elektrotechnik in nasser, korrosiver, explosiver und aggressiver Umgebung
Als konzessionierte Elektro-Installationsfirma bieten wir höchste Installationsqualität mit Spezialprodukten und Ausrüstung für langlebige und störungsfreie Anlagen.
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