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Terminplanung - Vorlesung Termin Nr Thema 03.04 1 Einführung, PLT-Projekte, Vorgehensmodelle

10.04 2 Verfahrenstechnische Planung I – Prozessschritte Planungsdokumente (R&I-Fließbild) 17.04 3 Verfahrenstechnische Planung II - EMSR-Anforderungen 24.04 Exkursion - Hannover Messe 01.05 Maifeiertag 08.05 4 Gewerke, Sichten, Kennzeichnungssysteme, CA-Systeme 15.05 5 prozessleittechnische Planung I, Instrumentierung 1 (Auslegung) 22.05 6 prozessleittechnische Planung III, Funktionsplanung 29.05 Pfingsten – VDE/IfA Exkursion 05.06 7 Datenintegration (Engineeringdaten im Lebenszyklus, CAEX, ….) 12.06 8 prozessleittechnische Planung II, Kommunikation 19.06 9 Forschungsthemen: CBR im Engineering 26.06 10 Forschungsthemen: Automatisierung der Automatisierung 03.07 11 Industrievortrag - Engineering aus Sicht eines Anlagenbauers 10.07 12/1 Einsatz von Planungsdaten für Inbetriebnahme & Instandhaltung 10.07 12/2 Prüfungsvorbereitung, Feedback

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik

CAE in der Prozessautomatisierung Prozessleittechnische Planung I - Instrumentierung -

SS 2012, 15.05.2012 Dipl.-Ing. F. Doherr

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• 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, Inbetriebnahme

Prozessführung

Anforderungen

Anpassungen (z.B. Nennweite)

iterative Prozesse

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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 mit Flanschanschluss

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

FI 124

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])

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• Report aus COMOS • Individ. Gestaltung,

hier z.B. PLT@TUD • wächst mit! • integriert versch.

Datenquellen • Stoffdaten werden

z.B. über Prozess- anschluss aus den Stromdaten „ausge- lesen“

• ISA - Form

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(Bildquelle [9])

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Datenintegration

• Datenintegration: VT-Daten Instrumentierung (Stellenblatt)

Datenbanken, Listen, Ausdrucke

Zwischendokument: Prozessdatenblatt (SmartPlant Instrumentation; VT arbeitet im System der PLT)

VT und PLT arbeiten auf und in einer Datenbasis (Comos)

automatische Datenintegration bei unterschiedlichen Datenbasen (Austauschformat)

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Auslegung von Equipment ist Teil des Instrumentierungsprojekts!

• Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck)

(Bildquelle [3]) (Bildquelle [10])

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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)

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• 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

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• Beispiel - Stellventil

Stellventil Schieber

Kugelhahn Stellklappe

Auslegung mit Hilfe VDI/VDE 2173 - Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung

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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 [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 [10] www.siemens.com

http://www.ilkdresden.de/iso5167/index.html�

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