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Um die Druckräume mit offenen Durchgängen zu koppeln, kommen sogenannte d-d-Verbinder zum Einsatz.
Druckraum-Systemgehäuse sorgen für den Ex-Schutz der Steuerungstechnik einer Förderpumpe.
Die Systemlösung zur Steuerung einer Pumpe und eines Separatorantriebs ist funktional klar gegliedert.
Die auf mehreren Ebenen bestückbaren Ex-de-Gehäuse für eine Kransteuerung lassen sich mit passenden Ex-e-Anschlussräumen kombinieren.
Für Motorsteuerungen, Energieverteilungen oder Trafos lieferte das Unternehmen aufwendige aber kompakte Schaltschrankaufbauten.

Zu den typischen Offshore-Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie gehört die Hochdruckförderung von Mehrphasenmedien. Ein Gemisch aus Gas oder Öl, Wasser, Sand- und Schlammanteilen wird mit speziell ausgelegten Pumpensystemen gefördert. Die Steuerungen der Pumpen sind auf eine Ex-geschützte und dem maritimen Klima gegenüber unempfindliche Oberfläche angewiesen. Dies kann neben geeigneter Materialbeschaffenheit oft auch eine besondere Gehäusebeschichtung erfordern. In einer eigenen Pulverbeschichtungsanlage können die Gehäuse der Cubex-Serie von R. Stahl deswegen mit einer spezifisch auf den Einsatzort abgestimmten Oberfläche versehen werden. Mit dieser Baureihe lassen sich Ex-d-Gehäusekonfigurationen für die Gasgruppe IIB – bedarfsweise auch IIB + H2 – mit nahezu beliebigen geometrischen Formen und Abmessungen gestalten. Durch sogenannte d-d-Verbinder lassen sich die Druckräume der Gehäuse mit offenen Durchgängen koppeln. Dies erleichtert die Querverdrahtung der Einbauteile untereinander sowie die Verdrahtung der Zu- und Abgangskabeladern über mehrere Gehäuse hinweg. Durch die Montage von Ex-d-Bedien- und Meldegeräten direkt im Druckraumdeckel ist kein separater Ex-e-Raum mehr erforderlich. Auch Leistungsschalter und Sicherungsautomaten lassen sich so bedienen und wenn nötig zurücksetzen, ohne den Deckel der Steuerung öffnen zu müssen. Auf Wunsch stehen auch passende Ex-e-Anschlussraumgehäuse zur Verfügung. Zur einfachen Handhabung lassen sich alle Gehäuse mit Standtragrahmen ausstatten, die mit abnehmbaren Transportösen versehen sind.

Ex-geschützte Separatorsteuerung

Die geförderten Gemische aus Öl, Wasser und Feststoffen müssen sauber getrennt werden, um wertvolle Stoffe von unbrauchbaren Substanzen zu scheiden und um Umweltschutzanforderungen zu erfüllen. Dazu kommen je nach Medienmenge und -konsistenz Pumpen und Separatoren unterschiedlicher Leistungsstufen zum Einsatz. Eine Lösung für eine solche Anwendung ist eine Ex-de-Gehäusekombination ebenfalls für die Gasgruppe IIB, die unter anderem eine Betriebsstundenanzeige hinter einer Schauscheibe im Druckraum und ein kompaktes Bedienterminal enthält. Das System steuert eine Pumpe und einen Separatorantrieb. Die Druckraumgehäuse und angeflanschten Anschlussräume sind einheitlich aus Edelstahl gefertigt. Neben oder anstelle von Edelstahlgehäusen lassen sich auch pulverbeschichtete Cubex-Gehäuse einsetzen, da für die Fertigung eine nahezu kupferfreie Aluminiumlegierung verwendet wird. Um die Maschinensteuerung und -fahrweise an verschiedene Betriebsarten und Medienkonsistenzen anzupassen, ist ein HMI-Terminal verbaut. Das Terminal ermöglicht einen Direktzugriff auf alle wesentlichen Parameter. Außerdem sind per MPI-Schnittstelle Messwerte und qualitätsrelevante Daten einer S7-Steuerung vor Ort zugänglich.

Bei der Projektierung und Gestaltung dieser Ex-Lösung stand die funktionale Gliederung im Mittelpunkt. Die senkrechte Aufteilung setzt Haupt- und Steuerstromkreise, die Ebene der Bedien- und Beobachtungselemente und schließlich die Anschlussraumgehäuse voneinander ab. Auch in der Waagrechten ist das System klar strukturiert.

Offshore-Kran in Wind und Wetter

Viele Bohrplattformen sind mit einem Offshore-Lastkran ausgestattet, der zum Beispiel beim Be- und Entladen von Versorgungsschiffen zum Einsatz kommt. Diese Aufbauten, samt der zugehörigen direkt integrierten oder in der Nähe installierten Elektrotechnik, sind noch stärker der Witterung ausgesetzt als viele andere technische Ausrüstung im Offshore-Umfeld. Gerade hier ist deshalb der Schutz vor widrigen Umgebungsbedingungen – von der salzhaltigen Luft bis hin zu sehr hohen oder tiefen Temperaturen – besonders wichtig. Fahr- und Hubwege erfordern leistungsfähige und präzise Steuerungen sowie weitere Automatisierungstechnik. Als explosionsgeschützte Systemlösung eignet sich zum Beispiel eine Ex-de-Gehäusekombination mit Wandrahmen und Zulassung für den erweiterten Umgebungstemperaturbereich. Sie lässt sich auf mehreren Ebenen bestücken; jedes einzelne Druckgehäuse lässt sich dadurch bestmöglich nutzen. Passende Ex-e-Anschlussräume bieten die Möglichkeit, die Zu- und Abgangskabel auf entsprechend zugelassene Klemmen aufzulegen. Dies bietet Komfort bei Anschluss und Inbetriebnahme der Steuerung am Einsatzort. Standardmäßig besteht die Möglichkeit, die Gehäusetür der Druckräume als zusätzliche Montageebene zu nutzen. Hier eignen sich vor allem flach aufbauende Industriebausteine wie Leitungsschutzschalter und ähnliche Komponenten. Im Gehäusekörper geht so kaum Platz für die wesentliche Steuerungstechnik verloren. Mit speziellen Aderleitungsdurchführungen lassen sich außerdem mechanische Funktionen nach außen koppeln. Der Hersteller bietet zudem geeignete Automatisierungsbausteine wie Sicherheitsbarrieren und Trennstufen an, die passende Schnittstellen zum jeweils nachgeschalteten Ex-i-Stromkreis schaffen können. Nahezu jeder eigensicher ausgeführte Sensor oder Aktor lässt sich so an eine Steuerung anbinden.

Energieverteilung für Rohrbegleitheizung

Um für den reibungslosen Transport von Öl und Gas über eine Pipeline zu sorgen, ist in vielen Fällen eine Begleitheizung erforderlich, um im Rohr eine günstige Temperatur zu halten oder herzustellen. Um solche Heizungen zu versorgen, werden Transformatoren an einer Ringleitung betrieben, die an fast jeder Stelle in der Anlage hohe Kurzschlussströme liefern. Genau diese bringen für den Explosionsschutz der Energieverteilungen besondere Anforderungen mit sich, da sich die Systeme bei diesen hohen Belastungen stark erwärmen. Eine Kombination aus Gehäusen in den Schutzarten Ex e und Ex d kommt hier zum Einsatz. Stromwandler in einem druckfesten Gehäuse messen die Eingangsströme. Über Schalter wird der Messstromkreis nur eines Wandlers auf einem Strommesser angezeigt. Die Schalterfunktion muss dabei auf die Anforderungen der Stromwandler angepasst sein. Jeder Wandler muss

kurzgeschlossen betrieben werden, da er andernfalls durch hohe auftretende Spannungen zerstört werden könnte. Die Spannungsmessung der Außenleiter und des Neutralleiters erfolgt über einen weiteren Schalter, der über entsprechende Vorsicherungen direkt verbunden wird. Auch hierzu sind die Messgeräte in Ex-e-Technik ausgeführt. Eine eingebaute und geregelte Gehäuseheizung sorgt dafür, dass sich trotz hoher Luftfeuchtigkeit bis 100 % kein Kondensat bilden kann. Werden druckfeste Gehäuse verwendet, kann die Heizung aus Komponenten für handelsübliche Schaltschrank-Heizungen zusammengestellt werden. Für die Gehäuse der ‚Erhöhten Sicherheit‘ wird ein selbstregelndes entsprechend zugelassenes Heizband eingebaut.

Ex-Schaltschranksysteme für Plattform-Anleger

Ähnlich wie beim Offshore-Lastkran bedingt auch bei einem Soft Yoke Mooring System (SYMS) – dem Anlegersystem für eine schwimmende Produktions- und Verladeplattform – der exponierte Installationsort im Norden Chinas anspruchsvolle Anforderungen an die Auslegung Ex-geschützter Schaltschranksysteme. In der Bohai-Bucht im Gelben Meer macht eine der weltweit größten FPSO-Plattformen (Floating Production, Storage and Offloading) mit Speicherplatz für 1,8 Millionen Barrel Öl an einem im Meeresgrund verankerten Anlegerturm fest.

Der unbemannte Turm, die FPSO-Insel und die Soft Yoke, das heißt der Verbindungsbügel zwischen beiden, sind mit einer Reihe elektrischer Komponenten und Systeme ausgestattet. Zu diesen zählen vor allem Motorsteuerungen, Energieverteilungen und Transformatoren. Eine geeignete Lösung zu deren explosionsgeschützter Unterbringung realisierte die R. Stahl-Tochtergesellschaft Electromach für den chinesischen Öl-Riesen CNOOC mit Schranksystemen auf Basis modularer Gehäuse der Cubex-Baureihe. Begehbare Kabinette mit großem Platzbedarf waren nicht nötig – alle erforderliche Steuerungs-, Versorgungs- und Sicherheitstechnik ließ sich in jeweils einem Schaltschrank für jeden der drei Installationsplätze integrieren. Vor allem für den Schrank auf dem Anlegerturm waren die kompakten Abmessungen wichtig. Zum Schutz vor der aggressiven Umgebungsatmosphäre ist der Außenschrank komplett aus Edelstahl gefertigt. Dies sorgt für eine lange mechanische Standzeit des Systems. Im Inneren befindet sich eine Reihe an Gehäusen in der Schutzart Ex d, diverse Edelstahl-Klemmenkästen in Erhöhter Sicherheit (Ex e) und Energieverteilungen als Zündschutzartenkombination (Ex de). Bestückt sind die Schränke außerdem mit einer Ex-Heizung und einer explosionsgeschützten Beleuchtung.