ABB System 800xA a Kawasaki folyékonyhidrogén-terminál vezérléséhez

Az ABB-t a Kawasaki Heavy Industries választotta ki, hogy szállítsa a Tokió közelében, Ogishimán fejlesztés alatt álló Kawasaki LH2 terminál irányítási és biztonsági rendszerét. A tervezett automatizálási kör középpontjában az ABB Ability System 800xA áll, amely integrálja a folyamatirányítást, a biztonsági funkciókat és az üzemeltetési adatokat a cseppfolyósítás, a tárolás, a tengeri rakodás és kirakodás, a gázellátás, valamint a kamionrakodás tevékenységei között.

A terminált a Japan Suiso Energy fejleszti a Japan New Energy and Industrial Technology Development Organization támogatásával megvalósuló kereskedelmi hasznosítási program keretében. A közzétett tervek között szerepel egy 50 000 köbméteres folyékonyhidrogén-tárolótartály, tengeri rakománykezelő berendezés, cseppfolyósító létesítmények, hidrogéngáz-ellátási infrastruktúra és kamionrakodás. Az építkezés 2025-ben kezdődött, a demonstrációs program pedig várhatóan a 2030-as pénzügyi év végéig folytatódik.

Az egységes irányítási környezet központi szerepet tölt be a projektben

Az ABB szállítási terjedelme SIL 3 biztonsági műszeres rendszert, redundáns vezérlőket és redundáns szerverinfrastruktúrát foglal magában. Az egységes irányítási környezet egyetlen, következetes nézetet biztosíthat az üzemeltetők számára a tartály állapotáról, az átfejtési szekvenciákról, a segédüzemi rendszerekről, a riasztásokról, a leállásokról és a berendezések rendelkezésre állásáról. Az előny nem csupán a vizuális egységesség. Az integrált időbélyegek, az összehangolt riasztáskezelés és a közös mérnöki nyilvántartások lerövidíthetik az utat egy rendellenes jelzéstől a biztonságos üzemeltetési döntésig.

A folyékony hidrogén komoly technológiai kihívásokat jelent. Közel mínusz 253 Celsius-fokon tárolják, ezért a műszerezésnek, az anyagoknak, a szigetelésnek és az átfejtő berendezéseknek el kell viselniük a kriogén hőmérsékletet. Már kis hőterhelések is növelhetik az elgázosodást. A hidrogén széles gyúlékonysági tartománya és alacsony gyulladási energiája miatt alapvető fontosságú a szivárgásérzékelés, a szellőztetés, a veszélyes területek kialakítása és a gyújtóforrások ellenőrzése. Az automatizálásnak támogatnia kell ezeket a tervezett védelmi intézkedéseket anélkül, hogy önmagában egyetlen hibaponttá válna.

Az ABB szélesebb körű irányítási stratégiáját vizsgáló olvasók számára a PLC ProTech az ABB DCS-modernizációjáról és digitális integrációjáról szóló jelentése hasznos háttérinformációkat nyújt arról, hogyan választja szét a vállalat a determinisztikus irányítást a magasabb szintű analitikától.

A tárolásirányítás megbízható méréssel kezdődik

Egy 50 000 köbméteres tartályhoz sokféle mérésre és független védelmi rétegre van szükség. A szint, a nyomás, a hőmérséklet-eloszlás, az elgázosodási gáz áramlása, a szeleppozíció és a tartály épségének felügyelete egyaránt hozzájárul az üzemállapot átfogó képéhez. A kriogén üzem megnehezíti az érzékelők és a nyomásimpulzus-vezetékek kialakításának megválasztását, miközben a sűrűség és a rétegződés befolyásolhatja a készletszámításokat.

A mérnököknek el kell különíteniük az irányítási méréseket a független leállítási mérésektől, ha a veszélyelemzés ezt a szétválasztást megköveteli. Kritikus nyomás- vagy szintvédelemnél megfelelő lehet a szavazásos logika, de a szavazás csak akkor hatékony, ha az érzékelők kellően független hibamódokkal rendelkeznek. A közös impulzusvezetékek, a megosztott tápellátás, az azonos környezeti kitettség vagy egyetlen kalibrálási hiba meghiúsíthatja a látszólagos redundanciát.

Az elgázosodás kezelése az instabilitás elfedése nélkül

A normál hőbejutás elgázosodási gázt hoz létre, amelyet a terminál kialakításától függően vissza kell nyerni, össze kell sűríteni, újra cseppfolyósítani vagy biztonságos módon el kell vezetni. A szabályozási köröknek elegendő tartománnyal kell rendelkezniük a szokásos változások kezeléséhez, miközben a riasztásoknak jelezniük kell a rendellenes hőszivárgást, szelepszivárgást vagy berendezésromlást. Az agresszív szabályozóhangolás elfedhet egy kialakuló problémát azáltal, hogy egy másik beavatkozó szervet nagyobb mértékben mozgat. Az üzemeltetőknek olyan trendekre és teljesítménymutatókra van szükségük, amelyek megmutatják mind a szabályozott változót, mind a fenntartásához szükséges beavatkozást.

A tengeri átfejtés mozgó határfelületet hoz létre

A rakodás és a kirakodás összekapcsolja a helyhez kötött terminált egy olyan hajóval, amely saját irányítási, vészleállítási, kommunikációs és üzemeltetési eljárásokkal rendelkezik. Az átfejtés nem kezdődhet el pusztán azért, mert egy szelep nyitva van. Az engedélyezési feltételek között szerepelhet a kikötőhely állapota, a kikötés megerősítése, a rakodókar csatlakoztatása, a vezetékek inertizálása, a nyomáskiegyenlítés, a szelepállások ellenőrzése, a gázérzékelés, valamint a hajó és a part közötti kommunikáció igazolása.

A vészleállítási filozófiának meg kell határoznia, hogy melyik oldal kezdeményezi a leállítást, hogyan cserélik a jeleket, mely szelepek zárnak, hogyan állnak le a szivattyúk, és hogyan kezelik a bent rekedt folyadékot. A túl lassú zárás elnyújthatja a kibocsátást, míg a túl gyors zárás hidraulikus vagy nyomáslökéseket okozhat. Ezért az ok-okozati tesztelésnek dinamikus forgatókönyveket is tartalmaznia kell, nem csupán pontról pontra végzett ellenőrzéseket.

A kamionrakodás további interfészt jelent, járműazonosítással, földeléssel, a csatlakozás ellenőrzésével, előre beállított mennyiséggel, túltöltés elleni védelemmel és elindulási reteszelésekkel. Ha ezeket a műveleteket közös 800xA környezetben tartják, javulhat az események korrelációja, azonban minden rakodóhelynek továbbra is rendelkeznie kell a megfelelő helyi védelemmel és hibabiztos működéssel.

A SIL 3 életcikluson át tartó elkötelezettséget jelent

A SIL 3 biztonsági műszeres rendszer nem hozható létre pusztán egy biztonsági PLC megvásárlásával. A célérték a veszélyelemzésből és a védelmi rétegek elemzéséből következik, majd az érzékelők, a logikai vezérlő és a végrehajtó elemek megbízhatóságától, a próbatesztek lefedettségétől, a diagnosztikai képességektől, az architektúrától és a vezetési gyakorlattól függ. A megkerülések kezelése, a felülbírálások időtartama, a karbantartási nyilvántartások és a próbatesztek minősége ugyanolyan fontos, mint a vezérlő tanúsítása.

A hidrogénes üzem különös hangsúlyt helyez a végrehajtó elemekre. A vészleválasztó szelepeknek a legrosszabb hitelesen feltételezhető nyomáskülönbség és környezeti feltételek mellett is működésbe kell lépniük. A részleges löketpróba teljes leállítás nélkül is feltárhat bizonyos veszélyes hibákat, de nem helyettesíti az időszakos teljes tesztelést. A mágnesszelepek, a működtetők, a helyzet-visszajelzések, a műszerlevegő és a kábelezés egyaránt a biztonsági funkció számításának részét képezik.

A PLC ProTech arról szóló elemzése, hogy miért vallanak kudarcot a folyamatbiztonsági programok a kitöltött ellenőrzőlisták ellenére, itt is releváns: a dokumentációnak csak akkor van értéke, ha a terepi gyakorlat, a szakértelem és az üzemeltetési fegyelem fenntartja a tervezett védelmet.

A redundanciának meg kell szüntetnie a közös okú gyenge pontokat

A redundáns vezérlők és szerverek csak akkor növelik a rendelkezésre állást, ha a kialakítás kezeli a megosztott függőségeket. A tápellátások, a hálózati kapcsolók, az időforrások, a hűtés, a kiberbiztonsági szolgáltatások és a mérnöki hozzáférés közös hibaponttá válhatnak. A gyári és helyszíni átvételi teszteknek ki kell terjedniük a vezérlő átkapcsolására, a szerver kiesésére, a hálózati útvonal megszakadására, a műszerek eltérő jelzéseire és egy hibás frissítés utáni helyreállításra.

A rendszernek egyértelmű degradált üzemmód-stratégiára is szüksége van. Az üzemeltetőknek tudniuk kell, mely funkciók maradnak elérhetők egy szerver, egy vezérlési útvonal, egy távoli I/O-szegmens vagy egy külső adatszolgáltatás kiesése után. Az átkapcsolás során kialakuló riasztási áradat ugyanolyan káros lehet, mint az irányítás elvesztése, ha elfedi a kiváltó eseményt. A hidrogén átfejtésének megkezdése előtt ellenőrizni kell a riasztások racionalizálását, a riasztások ideiglenes elnémításának szabályozását és az eseménysorrend pontosságát.

A kiberbiztonság a biztonsági párbeszéd része

Az integrált terminál adatokat cserél a mérnöki állomásokkal, a karbantartási rendszerekkel, az archiváló rendszerekkel, az üzleti alkalmazásokkal és esetleg a távoli támogatási szolgáltatásokkal. A hálózati zónáknak el kell választaniuk az alapvető irányítást, a biztonsági rendszereket, a csomagberendezéseket, a felügyeleti szolgáltatásokat és a vállalati interfészeket. A távoli hozzáféréshez név szerint azonosított felhasználók, többtényezős hitelesítés, korlátozott időtartam, jóváhagyás és naplózás szükséges. A biztonsági rendszerhez való hozzáférésnek szigorúbbnak kell lennie, mint a szokásos felügyeleti hozzáférésnek.

A javítások telepítésének tesztelt életciklust kell követnie. Egy terminál kritikus vezérlőin nem alkalmazhat vállalati környezetekre jellemző automatikus frissítéseket, ugyanakkor a határozatlan idejű halasztás felhalmozódó kitettséget eredményez. Az eszközleltár, a gyártói biztonsági közlemények, a kompenzáló intézkedések, az offline biztonsági mentések és a reprezentatív tesztelés praktikus középutat kínálnak. A System 800xA konfigurációjához, a vezérlőalkalmazásokhoz, a biztonsági logikához, a grafikus képernyőkhöz, a riasztási adatbázisokhoz és a csomagrendszerek paramétereihez egyaránt szabályozott verziókra és helyreállítható másolatokra van szükség.

A kobei tapasztalat csökkenti, de nem szünteti meg a felfuttatás kockázatát

Az ABB korábban irányítási és biztonsági rendszereket szállított a kisebb Hy touch Kobe fogadóterminálhoz, amelyet a Kawasaki vezetésével zajló folyékonyhidrogén-szállítási kísérletekben használtak. Ez az üzemeltetési tapasztalat értékes, mert valós eseményadatokat, üzemeltetői visszajelzéseket és karbantartási tanulságokat biztosít. Az ogishimai létesítmény ennek ellenére felfuttatást jelent, nagyobb készlettel, több interfésszel és kereskedelmi hasznosítási követelménnyel. A bevált modulokat indokolt esetben újra fel kell használni, miközben a méretből és az áteresztőképességből fakadó új veszélyeket új elemzésnek kell alávetni.

A projekt legfontosabb eredménye egy importált folyékony hidrogénhez alkalmazható, ismételhető üzemeltetési modell lesz. A megbízható automatizálásnak össze kell hangolnia a kriogén tárolást, a tengeri átfejtést, az elosztást, a biztonságot, a karbantartást és a kereskedelmi adatokat anélkül, hogy elmosná a közöttük fennálló felelősségi határokat. Az ABB integrált irányítási és biztonsági szállítási terjedelme koherens platformot biztosít a Kawasaki számára; az életcikluson át következetesen végzett mérnöki munka fogja meghatározni, hogy ez a platform mennyire sikeresen támogatja a biztonságos és rendelkezésre álló üzemet a 2030-ig tartó demonstrációs időszakban.