Extrémní spolehlivost i za extrémních podmínek

Komponenty přečerpávacích stanic v těžbě ropy a plynu musejí celá desetiletí odolávat nejtvrdším podmínkám – ať jsou obaleny ledem nebo obklopeny pouští či rozbouřeným mořem. Přesně pro taková prostředí jsme navrhli WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR.

Procesorové moduly WAGO se používají nejen v mnoha oblastech průmyslové automatizace a zpracovatelské techniky, ale také v přečerpávacích stanicích různých typů. Výkonná čerpadla slouží například ke snižování hladiny spodní vody ve stavebnictví nebo v důlním průmyslu a jsou také nedílnou součástí zásobovací infrastruktury pro průmyslovou výrobu a zpracovatelský průmysl. Další důležitou a mimořádně náročnou aplikací je těžba ropy a plynu po celém světě, od Aljašky přes Rusko až po Brazílii. Kromě zpracování všech relevantních parametrů, jako jsou tlak, teplota a průtok, zajišťují automatizační komponenty WAGO také řízení samotné přečerpávací stanice. Zároveň umožňují propojení s nadřazenými řídicími systémy.

Komponenty instalované do přečerpávacích stanic pro těžbu kapalných nebo plynných surovin musejí odolat nejrůznějším okolním podmínkám a zároveň splňovat nejpřísnější právní předpisy v různých státech. Kromě striktních požadavků a kontrol ze strany státních orgánů kladou i ropné společnosti vysoké nároky na výběr, používání a provoz komponent a agregátů. Tyto nároky souvisejí nejen s provozuschopností systému a produktivitou, ale i s ochranou životního prostředí a přírodních zdrojů.

Těžba ropy a plynu je mimořádně zajímavé téma, a to nejen z politického, ale i technologického hlediska. Těžební zařízení jsou nutně zřizována v bezprostřední blízkosti ložisek ropy a plynu. Tato místa jsou často vzdálená od civilizace a jen řídce osídlená. Většina z nich je navíc vystavena extrémně náročným povětrnostním podmínkám. Na těchto místech, která nemohou nebo nechtějí obývat lidé, musejí citlivé elektronické komponenty jako řídicí moduly, zesilovače s izolací a I/O moduly odolávat extrémním klimatickým podmínkám. Na maximální provozuschopnosti systémů v podstatě stojí celý ropný a plynový průmysl, kterým protékají miliardy dolarů. Už při projektování přečerpávacích stanic je proto nezbytné učinit správná rozhodnutí, která zajistí co nejvyšší produktivitu a dlouhou životnost komponent. Od systémů tohoto typu se očekává, že budou za nejnáročnějších podmínek bezvadně fungovat po dobu deseti až třiceti let. Pro dodavatele z toho vyplývají mimořádné nároky, které musejí splnit při vývoji a výrobě komponent.

Instalace na otevřeném moři, jako jsou vrtné plošiny, jsou vystaveny extrémním povětrnostním vlivům. Teplota sice může kolísat jen mírně v rozsahu od 5 °C do 30 °C, ale sůl, kterou je nasycený vzduch, ulpívá na komponentách a ucpává je. Během velmi krátké doby vzniká rez a další škody způsobené korozí. Vnější korozi zapříčiněné slanou vodou lze předejít pouze použitím vysoce kvalitních komponent z ušlechtilé oceli. Takzvaná vnitřní koroze je mnohem problematičtější a mnohem obtížněji řešitelná, protože sirovodík, který se přirozeně vyskytuje v ovzduší při těžbě ropy, napadá i nerezavějící ušlechtilou ocel. Dokud se dopravovaná surovina pohybuje, nastávají problémy jen málokdy. Směs plynu, ropy, vody a písku začne být kritická, když čerpadla nejsou v provozu a tato směs po nějakou dobu stojí v potrubí. V offshore aplikacích se proto elektrické komponenty instalují do speciálních skříňových rozvaděčů, které je maximálně chrání před vnějšími vlivy. Instalační prostory jsou v ideálním případě rovněž vybaveny systémy pro úpravu vzduchu, které z něj odstraňují sůl a udržují neměnnou teplotu. Tato řešení výrazně prodlužují životnost komponent.

V pouštních oblastech jsou elektronické komponenty vystaveny silnému kolísání teploty. Na některých místech na Sahaře nebo v poušti Rub al-Chálí na Arabském poloostrově může přes den teplota přesáhnout 60 °C, zatímco noci bývají relativně chladné. Až 40°C rozdíl v teplotě během 12 hodin není nic neobvyklého. Skříňové rozvaděče ve venkovním prostoru se mohou rozpálit až na víc než 60 °C. Další riziko představuje prach a písek, který může ucpat filtry rozvaděče.

Nejjednodušeji řešitelné z těchto extrémních podmínek jsou nízké teploty. Největší riziko při nich vyplývá z kondenzace, která se tvoří na deskách plošných spojů při kolísání teploty a která je může zničit. Elektronické komponenty se také mohou zničit, když jsou po delší dobu vystaveny teplotám pod bodem mrazu. Těmto problémům lze relativně snadno čelit instalací systému vyhřívání, který pak zaručuje neměnnou teplotu v prostoru uvnitř skříňového rozvaděče.

Kromě namáhání, kterému elektronické komponenty v přečerpávacích stanicích vystavuje příroda, existuje i řada právních požadavků, které předepisují certifikaci dle určitých standardů či norem. Tyto požadavky se mezi jednotlivými státy liší. Velkou výzvou pro řídicí systémy může být také okolní prostředí na místě instalace, například na ropných tankerech a vrtných plošinách nebo u klasických vrtných věží. Mezi faktory, ke kterým je nezbytné přihlížet, patří vibrace, kolísání teploty a řada dalších.

WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR jsme vyvinuli přesně pro tyto extrémní podmínky, které vznikají zejména ve zpracovatelském a námořním průmyslu. Kromě mimořádné odolnosti proti extrémním teplotám v rozsahu od −40 °C do +70 °C je systém odolný také proti vibracím zapříčiněným mechanickými silami. Je zkonstruován pro vibrace se zrychlením až 5 g (50 m/s⊃2;), odolá nárazům až do 25 g (250 m/s⊃2;) a lze ho používat v nadmořské výšce až 5 000 m. Enormní odolnost proti rázovému napětí chrání elektroniku I/O systému před rázovým napětím v důsledku spínacích operací a úderu blesku ve výši až 1,0 kV (24V moduly) a 5,0 kV (230V moduly).

Díky velkému počtu funkcí a robustní konstrukci moduly WAGO řady 750 XTR bez problémů obstojí ve střetu s mechanickými a klimatickými silami, a to i bez doplňkových ochranných opatření. Tato výhoda snižuje nároky na prostor na DIN liště. Jednotlivé komponenty mají víc než 16 kanálů, přičemž nezaberou víc než 12 mm instalačního prostoru. Zajišťují snížení nákladů na spotřebu energie a údržbu a zároveň zvyšují produktivitu. Procesorové moduly je možné programovat ve známém prostředí CoDeSys dle normy IEC 61131-3. WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR tak i za náročných podmínek zaručuje po dlouhá léta optimální provozuschopnost systému, to vše navíc při rychlé návratnosti investice.

Text: Julia Grobe | WAGO

Photo: iSTOCK.com, WAGO