Terminplanung - Vorlesung

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Claus Böhme
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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.

1 Terminplanung - Vorlesung Termin Nr Thema Einführung, PLT-Projekte, Vorgehensmodelle Verfahrenstechnische Planung I Prozessschritte Planungsdokumente (R&I-Fließbild) Verfahrenstechnische Planung II - EMSR-Anforderungen Exkursion - Hannover Messe Maifeiertag Gewerke, Sichten, Kennzeichnungssysteme, CA-Systeme prozessleittechnische Planung I, Instrumentierung 1 (Auslegung) prozessleittechnische Planung III, Funktionsplanung Pfingsten VDE/IfA Exkursion Datenintegration (Engineeringdaten im Lebenszyklus, CAEX,.) prozessleittechnische Planung II, Kommunikation Forschungsthemen: CBR im Engineering Forschungsthemen: Automatisierung der Automatisierung Industrievortrag - Engineering aus Sicht eines Anlagenbauers /1 Einsatz von Planungsdaten für Inbetriebnahme & Instandhaltung /2 Prüfungsvorbereitung, Feedback Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 1

2 Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik CAE in der Prozessautomatisierung Prozessleittechnische Planung I - Instrumentierung - SS 2012, Dipl.-Ing. F. Doherr

3 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 Urbas/Doherr 2012 Folie 3

4 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 Urbas/Doherr 2012 Folie 4

5 NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten) erste Vorauswahl mit ersten Mengengerüst für eine erste Kostenschätzung Urbas/Doherr 2012 Folie 5

6 NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten) detaillierte Auslegung und Anfrage für detaillierte Kostenschätzung Urbas/Doherr 2012 Folie 6

iterative Prozesse Verfahrenstechnik - Stoff- und Prozessdaten - Ex-Bereiche

Stellfunktionen Anforderungen Anfrage, später evtl. Bestellung Anpassungen (z.b.

Gerätespezifikation - Vorauswahl Hersteller (Katalog) - Analyse, Auswahl -

7 iterative Prozesse Verfahrenstechnik - Stoff- und Prozessdaten - Ex-Bereiche (Sicherheit) - Sicherheitsrelevante Messu. Stellfunktionen Anforderungen Anfrage, später evtl. Bestellung Anpassungen (z.b. Nennweite) Instrumentierung - Analyse, Auslegung, Berechnung - Gerätespezifikation - Vorauswahl Hersteller (Katalog) - Analyse, Auswahl - Nachrechnung - Angebotserstellung Angebot, später evtl. Lieferung Prozessführung Montage, Inbetriebnahme Prozessanlage Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 7

8 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 Urbas/Doherr 2012 Folie 8

Stellgeräte in die Anlage zu integrieren Beispiel: Stutzencode passender Anschluss (Flansch) der Temperaturmessung

9 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 passender Anschluss (Flansch) der Temperaturmessung Rohrleitung Stutzen mit Flanschanschluss z.b. T10C Stutzen für Temperaturmessungen in 2 Class 300 Ausführung Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 9

Instrumentierung Auswahl der Mess- und Stellgeräte H L FI 124 fortlaufender und iterativer Planungsprozess mit ersten Verfahrensdaten lassen sich erste Kostenschätzungen auf Grundlage von

10 Instrumentierung Auswahl der Mess- und Stellgeräte H L FI 124 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 Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 10

Vergleich der Herstellerangebot Auswahl eines Herstellers für eine

Temperaturmessungen (Endress+Hauser), Druckmessgeräte für L,F,P und

Hersteller (technisch, kommerziell, Zertifikate, Materialzeugnisse,

Hersteller FAT - Factory Acceptance Test Überwachung der Montage

11 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 Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 11

12 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 [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 Urbas/Doherr 2012 Folie 12

13 NAMUR-Variante: Kopfteil PLT- Stellennummer, Bezeichnung, R&I-Fließbild Meßstoff Name, Arbeitstemperatur, Druck, Durchfluss, Viskosität, Dichte, Geräteanforderungen Messbereich, Ausgabesignal, Revision mit Unterschriften Urbas/Doherr 2012 Folie 13 (Bildquelle [1])

14 Andere Struktur Ähnliche Info. Zusätzl. Daten Urbas/Doherr 2012 Folie 14 (Bildquelle [1])

15 Report aus COMOS Individ. Gestaltung, hier z.b. wächst mit! integriert versch. Datenquellen Stoffdaten werden z.b. über Prozessanschluss aus den Stromdaten ausgelesen Urbas/Doherr 2012 Folie 15

16 ISA - Form Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 16 (Bildquelle [9])

Datenintegration Datenintegration: VT-Daten Instrumentierung (Stellenblatt) Datenbanken, Listen, Ausdrucke Zwischendokument: Prozessdatenblatt (SmartPlant Instrumentation; VT arbeitet im

17 Datenintegration Datenintegration: VT-Daten Instrumentierung (Stellenblatt) Datenbanken, Listen, Ausdrucke Zwischendokument: Prozessdatenblatt (SmartPlant Instrumentation; VT arbeitet im System der PLT) automatische Datenintegration bei unterschiedlichen Datenbasen (Austauschformat) VT und PLT arbeiten auf und in einer Datenbasis (Comos) Urbas/Doherr 2012 Folie 17

18 Auslegung von Equipment ist Teil des Instrumentierungsprojekts! Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck) (Bildquelle [3]) (Bildquelle [10]) Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 18

19 Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck) q m C ε A = d 1 β 2 2ρ Δp 1 Durchfluss - Q m ;Q v Minusdruckentnahme 0,20 Blendendurchmesser Rohrdurchmesser Plusdruckentnahme 0,70 q Massendurchfluss m C Durchflusskoeffizient ε Expansionszahl A d 2 β Öffnungsquerschnitt Öffnungsverhältnis A (Blendenquerschnitt) β 2 = d A (Rohrquerschnitt) D ρ Dichte 1 Δp Wirkdruck(Messdruck) Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 19

20 Auslegungsbeispiel - Messblende (Wirkdruck) Daten der Verfahrenstechnik: Durchfluss (Masse,Volumen), maximal erlaubter Druckverlust Rohrdurchmesser, Dichte, dyn. Visosität, Strömungsgeschwindigkeit gehen über Reynoldszahl Re D 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 Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 20

21 Beispiel - Stellventil Stellventil Schieber Kugelhahn Stellklappe Auslegung mit Hilfe VDI/VDE Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 21

22 Literatur [1] Strohrmann,G.: Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse, [2] EN ISO : Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 1: Allgemeine Grundlagen und Anforderungen (2003). [3] [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 Metallische industrielle Rohrleitungen [9] ISA : Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves [10] Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 22

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