06.04.2022
Thermische Nachverbrennung regeln und Schadstoffe eliminieren
Bei der Formalin-Produktion fallen neben dem gewünschten Hauptprodukt Formaldehyd auch gasförmige Nebenprodukte an. Dieser gasförmige Nebenproduktstrom ist ein explosionsfähiges Gemisch, welches neben Spuren organischer Verbindungen hauptsächlich aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.
HEXION setzte bei der Modernisierung seiner thermischen Nachverbrennung (TNV) in Duisburg und der Implementierung eines hohen Sicherheitsgrads auf die Expertise von HIMA: Eine SIL 3-Steuerung der Baugruppe HIMatrix und eine BCS/ BMS-Applikation (Boiler Control/Burner Management System, Brenner- und Kesselsicherheits- und Regelsystem) sorgen für die Rückstandsverbrennung inklusive Dampferzeugung mithilfe eines Abhitzekessels. Die thermische Nachverbrennung stellt eine optimale Lösung für die Eliminierung der im Schwachgas enthaltenen Schadstoffe dar und ermöglicht dabei eine energetische Nutzung der anfallenden Abgase in einem Abhitzekessel.
Das technisch hochkomplexe BCS/BMS-Projekt setzte HIMA in einer zweijährigen Projektierungszeit von der Konzeptphase bis zur Inbetriebnahme- und Optimierungsphase um. Das Projekt umfasste sowohl einen Umbau der Instrumentierung und der Sicherheitstechnik als auch der Prozesstechnik. Das Sicherheitslevel konnte nach einer Gefahren- und Risiko-Analyse angehoben und verbessert werden. Nach der Wiederinbetriebnahme im Anfang 2021 profitiert HEXION von einem optimierten, sicheren und normgerechten Betrieb der kritischen Anlage auf dem Stand der Technik.
Stabile Prozesswerte im Nachverbrennungsofen und Abhitzekessel
Im Nachverbrennungsofen der Anlage setzt ein Schwachgasbrenner bis zu 8500 m³/h Schwachgasum. Das Schwachgas aus der vorgeschalteten Produktionsanlage wird in einer Hochtemperaturverfeuerung bei ca. 900°C restlos verbrannt, was einen wesentlichen Aspekt hinsichtlich der Reduzierung der Schadstoffemission darstellt. Entscheidend ist hier die Verhältnisregelung und Überwachung des Schwachgases und der Verbrennungsluft. Die BCS/BMS-Applikation sorgt dafür, dass die Prozesswerte stabil bleiben. Die Regelung greift bei abweichenden Prozesswerten rechtzeitig ein und korrigiert diese, bei Überschreiten von sicherheitsrelevanten Grenzen schaltet die Steuerung die Anlage rechtzeitig ab. Dadurch wird auch eine höhere Anlagenverfügbarkeit erreicht. Auch im Abhitzekessel werden die Prozesswerte stabil gehalten, bevor die Sicherheitssteuerung die Anlage herunterfahren muss. Im Rahmen der Umsetzung des hohen Sicherheitsgrads SIL 2/3 baute HIMA eine Schwachgas-Luft-Verhältnisüberwachung sowie eine Regelung und Überwachung von Schwachgas und Verbrennungsluft über Durchflussmessungen auf.
Neben dem Durchfluss wird zudem der Schwachgsdruck, der durch die Produktionsmengen der Formalin-Anlage beeinflusst wird, als weitere Führungsgröße für die Verbundregelung von Reststoff und Verbrennungsluft herangezogen. HEXION erreichte so eine umweltverträgliche Betriebsweise der Formalin-Anlage unter Einhaltung der Forderungen aus aktuellen sicherheitsund prozesstechnischen Normen.
Die technischen Details
Im Rahmen der Modernisierung erbrachte HIMA folgende Leistungen bzw. Services:
- Eine programmierbare SIL3-Steuerung HIMatrix sorgt für die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen an die Anlage.
- Ebenfalls wurden 19 Sicherheitsfunktionen SIF (SIL 2/3), 14 PID-Regler, vier Regler-Kaskaden und fünf sicherheitsrelevante Ablaufketten implementiert.
- HIMAs feuerungstechnische Anwendung BCS/BMS kommt maßgeblich zum Einsatz:
- Überwachung der Versorgungsmedien
- Überwachung der sicherheitskritischen Größen (O2, CO, Temperatur) im Schwachgas sowie Rauchgasstrom • Verbrennungsluftdruck- und Verbrennungsluftmengenüberwachung
- Schwachgasdruck- und Schwachgasmengenüberwachung
- Füllstandregelung und Druckregelung im Abhitzekessel – Dreikomponentenregelung, Störgrößenaufschaltung durch Zulauf- und Ablaufbilanzierung (PID-Regler) • Maximaldrucküberwachung im Abhitzekessel
- Das FS Consulting Team, das Lösungs-Team und das Service Team von HIMA begleiteten das Modernisierungsprojekt in allen Projektstufen bis hin zur Inbetriebnahmeund Optimierungsphase tatkräftig.
Begleitung des Projekts in allen Phasen durch HIMA
Das HIMA Applikationsteam war von der Konzeptphase über die HAZOP-, SRS-, Systemdesign- und Programmierungsphase bis hin zur Inbetriebnahme- und Optimierungsphase an dem Projekt beteiligt. In der Gefahren- und Risikoanalyse (HAZOP) übernahm HIMA die Führung als HAZOP-Leader und steuerte sein Wissen und die Feuerungsexpertise bei. Auch bei der Definition der Schutzfunktion und der Sicherheitsgrade übernahm HIMA die Leitungsfunktion und erstellte die Sicherheitsanforderungsspezifikation (SAS). Weitere Aufgaben des Applikationsteams lagen im Aufbau und der Programmierung des Sicherheitsregelsystems, der Werksabnahme (FAT) und der Unterstützung bei der Inbetriebnahme-. Sowohl das TÜV-Genehmigungsverfahren und auch die TÜV-Abnahme wurden im späteren Projektverlauf durch HIMA begleitet. Im laufenden Betrieb erfolgte dann die Prozessoptimierung der modernisierten TNV-Anlage.
“HIMA hat uns in allen Stufen des Projekts bis hin zur Inbetriebnahme- und Optimierungsphase tatkräftig unterstützt oder proaktiv geleitet – etwa als HAZOP-Leader. Das eingesetzte Brenner- und Kesselsicherheits- und Regelsystem mit der programmierbaren SIL 3-Steuerung der HIMatrix-Familie trägt entscheidend zum kontinuierlichen, sicheren und normgerechten Betrieb der TNV-Anlage bei. Die umgebaute Anlage entspricht den Anforderungen und wir konnten deutlich die Analgenverfügbarkeit und den Schwachgasdurchsatz durch Optimierung und Stabilisierung der Prozesswerte erhöhen.”
Warum Sie sich für HIMA entscheiden sollten:
- Erfahrene Safety-Spezialisten mit Experten-Know-how
- Guter Support dank flexiblem Team nahe am Kunden
- Höchste Sicherheit und Normkonformität (SIL 3)
- Flexibel erweiterbare Systeme mit zertifizierten Funktionsbausteinen
- Einfache Programmierung mit SILworX
- Sichere Vernetzung über SafeEthernet
Die Benefits
- Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und Optimierung der Regelung. HEXION profitiert durch eine zuverlässig eingreifende Regelung, bevor eine sicherheitsrelevante Abschaltung notwendig wird.
- Durchführung des sicherheitsrelevanten Projektmanagement (Safety-Lifecycle-Services): Das HIMA Applikationsteam unterstützte in allen Projektphasen und führte die sicherheitstechnische Bewertung, etwa als HAZOP-Leader, sowie das sicherheitsrelevante Projektmanagement durch.
- Stabile Feuerungsverhältnisse im Brennraum: Die Reststoff- Verbrennungsluftregelung sorgt über den gesamten Lastbereich dafür, dass stabile Feuerungsverhältnisse im Brennraum herrschen. Dies gilt auch bei Schwankungen des Versorgungsdrucks.
- Optimierung der Schwachgasverbrennung: Durch eine genauere Kenntnis und Überwachung der Prozessparameter konnte die Verbrennung optimiert werden, wodurch auch eine Energieeinsparung realisiert werden konnte.
- Implementierung des hohen Sicherheitsgrads SIL 2/3: Im Rahmen des Projekts baute HIMA zwei diverse Reststoff- Luftverhältnisüberwachungen auf, womit ein hoher Sicherheitsgrad von SIL 2/3 erreicht werden konnte. Die von HIMA eingesetzten Überwachungsfunktionen basieren zum einen auf den Durchflussmessungen sowie zum anderen auf einer druckkorrigierten und über Kurven angepassten Auswertung der Regelklappenstellungen.
- Schwachgas- und Verbrennungsluftregelung und -Überwachung basiert auf Durchflussmessungen: In einem Verbundregelungskonzept wurden die Durchflüsse des Reststoffs und der Verbrennungsluft in Abhängigkeit voneinander (cross-feedback) ausgeregelt. Dadurch wurde das optimale Reststoff-Luftverhältnis in allen Lastbereichen sichergestellt.