Leittechnik erneuert

Markt

Retrofit - Die K+S Kali GmbH hat die Steuerungen von Gasturbinen durch das Automatisierungssystem Valmet DNA ersetzt. Darin sind die Regelung, die Steuerung, der Schutz, die Zustandsüberwachung und das Informationsmanagement integriert.

05. April 2017
Das Verbundwerk Werra der K+S Kali GmbH hat vier Standorte. Im Bild zu sehen ist der Standort Unterbreizbach.
Bild 1: Leittechnik erneuert (Das Verbundwerk Werra der K+S Kali GmbH hat vier Standorte. Im Bild zu sehen ist der Standort Unterbreizbach.)

Die K+S Kali GmbH investiert in die Modernisierung ihrer Gasturbinen vom Typ Solar Taurus 60S. Mit sechs Produktionsstätten in Deutschland zählt das Unternehmen weltweit zu den führenden Anbietern von Kalium- und Magnesiumprodukten.

Insgesamt werden Modernisierungen an sechs Gasturbinen an drei Standorten durch den Einsatz der Gasturbinenleittechnik von Valmet realisiert. Der Auftrag wurde an NGT Gasturbinentechnik vergeben. Die leittechnische Modernisierung erfolgt in Kooperation mit Valmet Automation. Die mit der Inbetriebnahme der Gasturbinen 1995 ursprünglich gelieferte Turbinenautomatisierung war die bereits abgekündigte Steuerung Siemens S5. Die Senkung der Abgasemissionen, besonders NOx, war einer der Gründe für die Erneuerungen. Flexible Leistungsregelung als 70-Prozent-Maschine ist jetzt möglich.

Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte bei Teillast war mit den vorherigen Regel-Komponenten nicht möglich. Im Jahr 2015 wurden am Standort Unterbreizbach die Steuerungen von zwei Solar Taurus 60 T7001S Gasturbinen durch das Automatisierungssystem Valmet DNA ersetzt.

Es ist ökonomisch sinnvoll, in eine Modernisierung der Turbinensteuerungen zu investieren, um den Produktionsprozess sicherzustellen und die funktionale Sicherheit der Anlage aufrechtzuerhalten. Einschränkungen der Verfügbarkeit aufgrund des Anlagenalters wurden zunehmend wahrscheinlicher, da die Automatisierung bereits 25 Jahre alt war.

Anforderungen erfüllt

Die Verantwortlichen bei K+S Kali haben lange nach einer geeigneten Lösung gesucht. Anforderungen waren sowohl die Anbindung an die vorhandenen Schnittstellen als auch Transparenz und Erhalt des vorhandenen Sicherheitskonzeptes. »Mit Valmet DNA sind unsere Anforderungen erfüllt worden. Nun können wir die Reaktionen der Turbine genauer nachvollziehen«, berichtet Stephan Boas, Betriebsingenieur bei K+S Kali in Unterbreizbach.

In Valmets Lösung für die Turbinenautomatisierung sind die Regelung, die Steuerung, der Schutz, die Zustandsüberwachung und das Informationsmanagement in einem System integriert. Der Zustand der Turbine wird ausführlicher dargestellt. Die alte Steuerung hat den Zustand technisch bedingt einfacher dargestellt. Die Automatisierungslösung mit Valmet DNA verfügt über Redundanzen auf allen Ebenen, den Maschinenschutz, den Überdrehzahlschutz und die Abgastemperaturüberwachung. Die Abläufe in den einzelnen Schritten der Turbinenschrittketten (Anfahren/Trip) sind überschaubar.

»Eigentlich wollten wir die Steuerung eins zu eins tauschen, also die gleichen Funktionen wie zuvor beibehalten. Doch mit Valmets Lösung erhalten wir wesentlich mehr Informationen und eine klarere Bedienung der Turbine. Wir können nun unter anderem die einzelnen Regelzustände – wie die Stellung der IGV (Initialgasventile) und das Zusammenwirken der einzelnen Regelungen – erkennen«, stellt Boas fest.

Auch die Anlagenfahrer erkennen, dass der Prozess transparenter geworden ist. Eine Schutzauslösung ist einfach nachzuvollziehen. Die Störbehebung gestaltet sich dadurch einfacher und erhöht die Verfügbarkeit.

»Die von Valmet DNA dargestellten Kennwerte-Trends sind sehr übersichtlich und waren im alten System nicht möglich. Sie helfen zum Beispiel bei der Auswertung von Kühlwassertemperaturverläufen, Leistungsdaten vor/nach dem Waschen der Gasturbine und dem Erkennen von Filterverschmutzungen. Die Messwerte werden über die Schnittstelle an unser Prozessleitsystem übertragen«, erläutert Boas. Die Meldehistorie sei ebenfalls wichtig. »Dadurch können wir die Hintergründe im Falle eines Turbinenausfalls besser verstehen. Außerdem können wir schneller mit der Fehlersuche starten.«

Die Valmet DNA Gasturbinenleittechnik ist Bestandteil der Valmet DNA Prozessleittechnik mit turbinenspezifischen Funktionen auf Hardware- und Softwareebene. Valmet DNA bietet eine Auswahl von mehr als 50 verschiedenen Kommunikationsprotokollen und stellt somit eine leichte Anbindung an Systeme anderer Hersteller sicher.

Emissionen gesenkt

Ein weiterer Grund für die Investition sind die Anforderungen an die Emissionsbegrenzungen gewesen. Die dreizehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Imissionsschutzgesetzes (die Verordnung über Großfeuerungs-, Gasturbinen- und Verbrennungsmotoranlagen, kurz 13. BImSchV) gibt unter anderem Emissionsgrenzwerte für den Ausstoß von Luftschadstoffen aus großen Feuerungsanlagen, mit einer Leistung von größer/gleich 50 MW, vor.

»In unserem Werk haben wir es geschafft, die NOx Werte erheblich zu senken. Die Steuerung ist sehr sensibel und regelt gut aus. Durch weitere Anpassung der Erdgasstrecke besteht das Potenzial, die Emissionen weiter zu reduzieren. Bei der Turbine sind zum Beispiel die Abkühlzeiten und Spülzeiten gleich geblieben. Dennoch läuft die Turbine stabiler und die Höhe der Emissionen ist verlässlicher«, lobt Boas.

Das Retrofit-Projekt wurde zusammen mit NGT Gasturbinentechnik umgesetzt. Für die detaillierte Vorplanung war die Bestandsaufnahme der Anlage und Anlagendokumentation sehr wichtig. Gezielte Vorbereitungen haben die sehr schnelle Projektabwicklung ermöglicht: Die Umsetzung von drei Turbinensteuerungen erfolgte innerhalb von sechs Monaten.

»Valmet hat sehr flexibel agiert«, sagt Stephan Boas und fügt hinzu: »Unser Ziel war es, die Turbine schnell und sicher in Betrieb zu nehmen – und das ist uns gelungen. Die gute Kommunikation hat ohne Zweifel dazu beigetragen.«

Erschienen in Ausgabe: 01/2017