Optimalisatie Siemens Teleperm
Afstudeerjaar 2012
Instituut : Academie voor Technologie en Management Avans
Faculteit : Elektrotechniek
Auteur : I.T.C Meuleners
Datum : 20-6-2012
Nuon Power Buggenum B.V.
Roermondseweg 55
Optimalisatie Siemens Teleperm
Afstudeerjaar 2012
Instituut : Academie voor Technologie en Management Avans
Faculteit : Elektrotechniek
Bedrijf : Nuon Power Buggenum
Auteur : I.T.C Meuleners
Datum : 20-6-2012
Begeleider Avans : F Arnouts
Buggenum, april 2012
Voorwoord
In het kader van de opleiding Industriële Automatisering aan de Academie voor Technologie en Management ben ik door mijn Teamleider Arno Verstegen in de gelegenheid gesteld om binnen Nuon Power Buggenum mijn afstudeerproject uit te voeren. Ik hoop dat op basis van deze rapportage een aantal verbetervoorstellen zullen worden doorgevoerd en dat hierdoor het gebruikersgemak van de Siemens Teleperm installatie zal toenemen. Eveneens hoop ik dat op basis van het uitgevoerde onderzoek een correcte beslissing kan worden genomen ten aanzien van de levensduur van het Siemens Teleperm besturingssysteem. Het uitvoeren van dit project was uitermate leerzaam en interessant zeker gezien het feit dat ik pas twee jaar bij Nuon Power Buggenum werkzaam ben. Tevens ben ik vanaf dit moment gestart met mijn carrière in de meet- en regeltechniek met een avondopleiding meet- en regeltechniek aan het ROVC. Daarnaast was werken aan het
afstudeerproject, het reguliere werk en het afronden van de lesstof van het vierde leerjaar een behoorlijke opgave.
Graag wil ik alle medewerkers binnen Nuon Power Buggenum bedanken die mij ondersteund hebben tijdens het afstuuronderzoek.
Zonder iemand tekort te willen doen wil ik toch een paar personen speciaal bedanken.
Op de eerste plaats Pierre op het Veld en Arno Verstegen die ondanks hun drukke werkzaamheden bereid waren om als bedrijfsbegeleiders te fungeren.
Verder wil ik mijn vader en goede vriend Rob Tillmann bedanken waar ik tijdens deze zware periode altijd terecht kon met vragen.
Als laatste wil ik graag mijn echtgenote bedanken, die al vier jaar ondanks haar eigen fulltime baan de nodige huishoudelijke taken voor haar rekening heeft genomen opdat ik de ruimte heb gekregen voor het volgen van deze studie.
Samenvatting
Deze rapportage is geschreven in het kader van een afstudeerproject aan de Academie voor
Technologie en Management Avans te Breda. Dit afstudeerproject is verricht op de Willem Alexander centrale bij Nuon Power te Buggenum. De Willem Alexander centrale is een energiecentrale waar uit kolen het kolengas (syngas) wordt gewonnen. Dit syngas wordt gereinigd en vervolgens als brandstof voor de gasturbine gebruikt.
Er is specifiek onderzoek gedaan naar de besturing van stoom- en gasturbine van de fabrikant Siemens.
De door Nuon opgestelde opdrachtomschrijving omvatten de volgende onderwerpen.
Onderzoek welke korte termijn acties nodig zijn om de betrouwbaarheid van de Teleperm Systemen te verhogen met het oog op de bedrijfsvoering tot medio 2016.
Onderzoek en analyseer de problemen van de gebruikers met de Siemens systemen. Breng mogelijke verbeteringen in kaart en presenteer plan van aanpak voor de uitvoering hiervan. Onderzoek hoe het onderhoud regime ten aanzien van Teleperm is georganiseerd.
Nuon maakt sinds 2 jaar onderdeel uit van het Vattenfall concern. Onderzoek of elders in het Vattenfall concern ook identieke systemen toegepast worden.
De besturing van de stoom- en gasturbine wordt zowel bij de opstartfase als bij de normale bedrijfsvoering gebruikt en is onderdeel van de STEG (Aanduiding voor het stoom- en gasturbine) unit. Uit analyse van diverse informatiestromen gedurende verschillende periodes zijn de gegevens die nodig waren voor het onderzoek gedistilleerd.
Probleem 1:
De gasturbine is uitgevoerd met zijn eigen besturingssysteem Teleperm geleverd door Siemens. Ter besturing van de gehele installatie wordt er gebruik gemaakt van het DCS systeem Contronic E van Hartmann & Braun. De Siemens besturing is decentraal geplaatst aan de Hartmann & Braun besturing en zijn gekoppeld middels een hardware I/O verbinding.
Doordat er destijds gekozen is voor deze optie zijn er visualisatieproblemen ontstaan met de vrijgavecriteria van de gasturbine en is er onderzoek gedaan naar mogelijke oplossingen voor dit probleem.
Conclusies:
De vrijgavecriteria worden in Teleperm afgevraagd middels een multiplexer. Op basis van hardware I/O worden de 12 signalen van Teleperm naar Contronic E verzonden. Binnen Contronic E worden deze 12 signalen door middel van software met een “if then” routine omgezet naar 32 signalen (4 groepen van 8 signalen). Deze 32 signalen worden gebruikt tijdens het verkrijgen van de vrijgave van de gasturbine. Indien het programma van de gasturbine zich niet in de “in” of “uit” positie bevindt stopt de multiplexer binnen Teleperm met het afvragen van de 12 signalen. Hierdoor ontstaat er een foutieve visualisatie van de vrijgavecriteria signalen op het 800xA bedieningssysteem.
Aanbevelingen:
Van de 32 vrijgavecriteria signalen zijn de meeste signalen reeds aanwezig binnen Contronic E. Vandaar is het raadzaam tijdens de komende stop de ontbrekende vrijgavecriteria signalen van Siemens Teleperm op te halen en deze dan middels hardware I/O richting Hartmann & Braun te zenden. Configureer de software in Hartmann & Braun Contronic E zodat de visualisatie van de vrijgavecriteria van de gasturbine live getoond worden.
Het wijzigingsvoorstel om de aanpassingen te realiseren is ingediend. Indien het wijzigingsvoorstel door alle partijen wordt goedgekeurd zal het project in de komende zomerstop uitgevoerd gaan worden. De geschatte kosten om de aanpassingen te realiseren bedragen 3000, - tot 4000, -. Probleem 2:
Probleem 2 omvat eveneens een visualisatie probleem. Twee stappen van het “in” programma van de stoomturbine zijn onduidelijk voor de productiemedewerkers.
Conclusies:
Tijdens het onderzoek zijn 3 mogelijke oplossingsrichtingen onderzocht. Hier zijn er 2 van afgeketst vanwege het feit dat deze technisch gezien niet haalbaar waren en anderzijds de bedrijfszekerheid in gevaar werd gebracht en de kosten en/of risico’s te groot waren. De problemen zijn destijds ontstaan door de technische beperkingen van Contronic E en het toenmalige bijhorende CEK
bedieningssysteem. Ook zijn tijdens het onderzoek andere visualisatieproblemen aangetoond bij diverse programma’s binnen installatiedelen die buiten het gebied van deze afstudeeropdracht vallen. Aanbevelingen:
Door de plaatsing van het nieuwe bedieningsysteem 800xA van ABB kan een duidelijke visualisatie van stap 5 en 9 op een alternatieve manier worden gerealiseerd. Doordat er meerdere programma’s zijn aangetroffen met hiaten in de visualisatie kan op aangeven van de productiemedewerkers daar waar het nodig is een dergelijke visualisatie worden toepast zoals uitgevoerd bij de stoomturbine. Wijzigingen zijn middels een wijzingvoorstel via het versnelde traject geïmplementeerd en getest. Productie heeft positieve feedback gegeven over de doorgevoerde wijzigingen en heeft al zijn dienst bewezen tijdens de laatste opstart. De geschatte kosten van de wijzigingen bedragen 6000, - tot 7000, -.
Probleem3:
Vanwege de veroudering van het diagnosesysteem van de Teleperm installatie en het ontbreken van diverse signalen van Teleperm richting 800xA is er onderzoek gedaan naar een vervangend
diagnosesysteem voor Teleperm. Conclusies:
Gedurende het onderzoek is aangetoond dat de firma Ako-tec een vervangend systeem kan leveren voor het diagnosesysteem van Teleperm. Middels dit systeem zijn diverse Siemens systemen te koppelen zijn met systemen van andere makelarij.
Aanbevelingen:
Uit het onderzoek is gebleken dat de firma Ako-tec een vervangend systeem voor de Win-OS kan leveren met de gewenste specificaties. Het vervangende systeem zal gebruikt worden voor de koppeling tussen Teleperm en 800xA.
Het wijzigingsvoorstel om de aanpassingen te realiseren is ingediend. Indien het wijzigingsvoorstel door alle partijen wordt goedgekeurd, zal er vanuit het management budget moeten worden gereserveerd. Het gaat om een investering van ongeveer €30.000.
Probleem 4:
Vanwege de veroudering van het Siemens Teleperm systeem is onderzoek gedaan naar
beschikbaarheid van reserveonderdelen en de mogelijke storingen van de Telepermprinten geschetst door Siemens.
Conclusies:
Gedurende het onderzoek is er onderzoek gedaan naar de geschetste problemen met de
Telepermprinten door Siemens. Op basis van deze kennis zijn er inventarisaties verricht op de Willem Alexander centrale met het oog op het aantal ingezette Teleperm printen, actuele voorraad en printen die binnen het kader van het geschetste storingsbeeld vallen.
Vandaar is er onderzoek gedaan of er binnen het Vattenfall concern identieke systemen gebruikt worden. In Duitsland is één installatie aangetroffen met identieke besturingsystemen. Echter aldaar wordt gebruik gemaakt van een onderhoudscontract waarin het onderhoud door Siemens wordt verzorgd. Vanwege deze reden zijn er daar geen reserveonderdelen beschikbaar om een eventuele onderlinge ondersteuning aan te gaan.
Tevens is er op basis van de resultaten van de inventarisaties Siemens verzocht een offerte aan te maken om de desbetreffende printen te vervangen. Ook is er getracht contact te leggen met de afdeling Power Plant Services van Vattenfall omtrent de beschikbaarheid en de mogelijke storingen van de Teleperm printen.
Aanbevelingen:
De geschetste problemen door Siemens zijn niet direct een gevaar voor de (continuïteit van de) bedrijfsvoering. Het ligt in de lijn der verwachting dat, mits er geen wijzigingen worden uitgevoerd, de door Siemens geschetste problemen zullen meevallen. Tijdens de komende zomerstop worden een aantal programmawijzigingen uitgevoerd in de Siemens installatie vanwege de beschreven problemen uit het eerste onderzoek. Tijdens het doorvoeren van deze wijzigingen kan de urgentie van de
geschetste problemen door Siemens nogmaals beproefd worden. Mocht het misgaan, dan is er te allen tijde voldoende tijd om in het bezit van vervangende onderdelen te komen.
Gezien de situatie waar de Willem Alexander centrale zich in verkeerd en de investeringen die nodig zijn om de Siemens Teleperm installatie betrouwbaarder te maken. Is het raadzaam om de beslissing van dit laatste project met een jaar uit te stellen. Komend jaar wordt er namelijk een belangrijke beslissing in het biomassaproject genomen. Bij een positieve uitkomst van deze beslissing is het wenselijk om de Teleperm installatie dan up-to-date te maken, om zo de bedrijfszekerheid te laten toenemen met het oog op de toekomst. De kosten van dit project worden geschat op 72.000, -.
Summary
This report has been written as part of graduation from the Academy for Technology and
Management Avans Breda. This thesis was carried out at the Willem Alexander plant at Nuon Power Buggenem. The Willem Alexander plant is a power plant where coalgas (syngas) is extracted from coal. This syngas is cleaned and then used as fuel for the gas turbine.
The project’s main goal was to investigate the control system of the steam and gas turbine from manufacturer Siemens.
The job description drawn up by Nuon includes the following topics.
Investigate short –term actions needed to improve the reliability of the Teleperm systems with the focus to increase the operationality until mid 2016.
Research and analyze the problems of the users with the Siemens systems. Map improvements and present a plan for implementation.
Investigate how the maintenance regime of Teleperm is organized.
Nuon has been part of the Vattenval Group for 2 years. Research if elsewhere in the Vattenfall group identical control systems are being used.
The control system of the steam and gas turbine is used both in the startup phase and during normal operation and is part of the STEG (refers to the steam and gas turbine) unit. Analysis of various information flows during different periods provided the data needed for the research.
Problem 1:
The gas turbine is equipped with its own operating system by Siemens. For controlling the entire installation there is made use of the DCS system Contronic E from Hartmann & Braun.
The Siemens control system is decentralized placed to Hartmann & Braun. Both control systems are being connected by hardware I/O. Because of the choice at that time there are problems with the visualization criteria for the release of the gas turbine and there has been research into possible solutions to this problem.
Conclusions:
The release criteria in Teleperm are demanded by a multiplexer. 12 Signals from Teleperm are sent to Contronic E based on Hardware I / O. Within Contronic E these 12 signals are converted by software with an "if then" routine to 32 signals (4 groups of 8 signals). These 32 signals are used in obtaining the release of the gas turbine. If the gas turbine’s program isn’t in the "in" or "off" position, the multiplexer within Teleperm stops with the demanding of the 12 signals. This creates an incorrect visualization of the release criteria on the 800xA control system.
Recommendations:
Most of the 32 release signals are already present within Contronic E. Hence it is advisable that the 10 missing signals within Siemens Teleperm are retrieved and then send to Hartmann & Braun by using hardware I / O during the next stop. The software within Hartmann & Braun Contronic E needs to be configured in a way which makes live visualization of the criteria for release of the gas turbine possible.
Problem 2:
Issue 2 also includes a visualization problem. Two steps of the "in" program of the steam turbine are unclear for the production staff.
Conclusions:
During the investigation 3 possible solutions have been explored. 2 Of these solutions have been rejected due to the fact that they were not technically feasible. This puts reliability of the plant at stake, costs and risks of these solutions are too great. The problems are created by the technical limitations of Contronic E and the corresponding CEK operating system. Also during the investigation other visualization problems in various programs outside the scope of this thesis showed up.
Recommendations:
Due to the placement of the new operating system 800xA of ABB, it is possible to create a clear visualization of step 5 and 9 in an alternative way. Various programs have shown visualization problems that aren’t within the scope of this thesis. There where needed these problems can be solves by applying the same technique as implemented at the steam turbine as a result of advice from the production staff.
Changes are implemented and tested by using a modification proposal via the accelerated process. Production has given positive feedback on the realized changes and it has already proven its service during the last startup. The estimated costs for these changes are approximately 6000, - to 7000, -. Probleem3:
Due to the aging of the diagnostic system from the Teleperm system and the absence of various Teleperm signals towards 800xA research has been done for the replacement of this diagnostic system.
Conclusions:
During this investigation has been shown that the company Ako-tec is capable of providing a replacement for the diagnostic system for Teleperm. By means of this system, various Siemens systems can be connected with systems from other suppliers.
Recommendations:
The investigation revealed that the firm Ako-tec can deliver a replacement system for the Win-OS which meets the desired specifications. The replacement system will be used for the connection between Teleperm and 800xA.
The modification proposal to realize these adjustments have been filed. If the proposal is approved by all parties, management has to decide if the required budget will be reserved. This involves an investment of approximately € 30,000.
Problem 4:
Due to the aging of the Siemens Teleperm system availability of spare parts and possible malfunctions of the Teleperm circuits outlined by Siemens have been investigated.
Conclusions:
During this investigation the problems with the Teleperm circuit boards outlined by Siemens have been investigated. Based on this knowledge there are inventories conducted at the Willem Alexander plant with a view to the number of deployed Teleperm circuit boards, actual stocks and circuit boards which are within the scope of the described failures by Siemens.
Therefore there has been investigated whether identical systems are being used within the Vattenfall group. A plant in Germany has been found which uses identical operating systems.
However, their maintenance is performed according a maintenance contract which provides maintenance by Siemens. For this reason there are no spare parts available for any mutual support. Furthermore research has been done regarding the outlined problems with the Teleperm circuit boards. Based on its investigation, Siemens was requested to make an offer regarding the relevant circuit boards. There also has been an attempt to contact the Department of Vatenfall Power Plant Service regarding the availability and potential failures of the Teleperm circuit boards.
Recommendations:
The problems outlined by Siemens are not a direct threat to the continuity of the operation. It is safe to assume that if no changes are implemented, the problems outlined by Siemens won’t be so bad. During the upcoming summer break, a number of program changes will be implemented in the Siemens Teleperm control system because of the problems described in the first study. During these changes, the urgency of the problems outlined by Siemens will be tested again. If problems do occur, there is always sufficient time to obtain replacement parts.
Given the situation of the Willem Alexander plant and the investments needed to increase the Siemens Teleperm reliability it is recommended that the decision of this latest project gets delayed by one year. Next year a major decision in the biomass project will be made. If the outcome of this decision is positive, it is desirable to install the Teleperm update. To increase the reliability with regards to the future. The costs of this project are approximately 72.000, -.
Inhoud
Voorwoord...3
Samenvatting...4
Summary...7
Lijst met Figuren, Grafieken, Tabellen en Bijlagen...12
1 Het productieproces...13
1.1 De indeling...15
1.1.1 Het kolenpark (KP)...15
1.1.2 Het kolen maal en droogsysteem (KMD)...15
1.1.3 Het vergassingseiland (VGE)...16
1.1.4 Het ontzwavelingseiland (OZW)...16
1.1.5 De stoom- en gasturbine installatie(STEG)...17
1.1.6 De luchtscheiding installatie (LSI)...18
1.1.7 Het afvalwater behandeling installatie (ABI)...19
1.1.8 De CO2 afvang pilot-plant (CO)2...19
1.2 Samenvatting van het rendement en kengetallen KV-STEG...20
1.3 Emissie...21
2 De procesautomatisering op de Willem Alexander centrale...22
2.1 De centrale procesautomatisering...22
2.2 Opbouw van de besturing van de Stoom en Gasturbine...24
3 De achtergrond...26
3.1 De probleemachtergrond...26
3.2 De centrale onderzoeksvraag en doelstellingen...26
3.3 De problemen nader bekeken...27
4 De onderzoeksopzet...28 4.1 Onderzoek probleem 1...31 4.2 Onderzoek probleem 2...32 4.3 Onderzoek probleem 3...33 4.4 Onderzoek probleem 4...34 5 Analyse...36 5.1 Analyse probleem 1...39 5.2 Analyse probleem 2...42 5.3 Analyse probleem 3...45 5.4 Analyse probleem 4...47 6 Conclusies en aanbevelingen...50
6.1 Oplossingen en Aanbevelingen van Probleem 1...50
6.2 Oplossing en aanbevelingen van Probleem 2...51
6.3 Oplossing en aanbevelingen van Probleem 3...53
6.4 Oplossing en aanbevelingen van Probleem 4...55
Literatuurlijst...58
Lijst met Figuren, Grafieken, Tabellen en Bijlagen
Figuur 1: ‘weergave totaalproces Willem Alexander centrale’...13
Figuur 2: ‘weergave deelproces kolentransport’...15
Figuur 3: ‘weergave deelproces kolenvergassing en syngasbehandeling’...16
Figuur 4: ‘weergave deelproces STEG’...18
Tabel 1: ‘Rendement en Kengetallen KV-STEG’...19
Tabel 2: ‘Kengetallen emissievergelijking’...20
Grafiek 1: ‘Grafiek emissievergelijking’...20
Figuur 5: ‘Overzicht DCS systeem’...22
Tabel 3: ‘overzicht opbouw KKS-code’...23
Tabel 4: ‘overzicht kastbezetting Siemens Teleperm’...24
Figuur 6: ‘Overzicht Thermal Asset Overview’...33
Tabel 5: ‘overzicht relevante storingen uit de database storingen registratie’...36
Tabel 6: ‘overzicht relevante storingen uit de database storingen registratie’...37
Figuur 7: ‘Uitleg functie bedieningstableau Siemens Teleperm’...38
Tabel 7: ‘overzicht vrijgave criteriasignalen’...39
Figuur 8: ‘overzicht CMX capaciteitstabel’...40
Figuur 10: ‘weergave oude visualisatie stap 9’...41
Figuur 9: ‘weergave oude visualisatie stap 5’...41
Figuur 12: ‘weergave oude visualisatie stap 9: Logische functie’...42
Figuur 11: ‘weergave oude visualisatie stap 5: Logische functie’...42
Figuur 13: ‘Voorbeeld melding Win-OS melding’...44
Figuur 14: ‘ADC-Bridge TM nieuwe koppeling Teleperm/ABB 800xA’...45
Tabel 8: ‘Overzicht besturingssystemen gebruikt door Nuon in Nederland’...47
Tabel 9: ‘Overzicht geschatte kosten wijzigingen aan stoomturbine automatisering’...51
Tabel 10: ‘Overzicht geschatte baten wijzigingen aan stoomturbine automatisering’...51
Tabel 11: ‘Overzicht onduidelijke visualisaties’...52
Bijlage A: ‘Overzicht Automatisering Willem Alexander centrale’...58
Bijlage B: ‘Communicatie verbinding Hartmann & Braun’...59
Bijlage C: ‘Functie schema MAY01EC001_XU15 in stap 5’...60
Bijalge D: ‘Functieschema Stap 5’...61
Bijlage E: ‘Bijlage Stap 9’...62
Bijlage F: ‘Bijlage MAY01EC001_XU32 in Stap 9’...63
Bijlage G: ‘Nieuwe visualisatie Stap 5’...64
Bijlage H: ‘Nieuwe visualisatie Stap 9’...65
Bijlage I: ‘Nieuwe visualisatie MAY10EC001 XU25’...66
Bijlage J: ‘Inventarisatie signalen 800xA’...67
Bijlage K: ‘Inventarisatie Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...68
Bijlage L: ‘Inventarisatie Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...69
Bijlage M: ‘Inventarisatie Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...70
Bijlage N: ‘Inventarisatie Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...71
Bijlage O: ‘Inventarisatie Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...72
Bijlage P: ‘Inventarisatie Actuele Voorraad Siemens Teleperm Printen op de Willem Alexander centrale’...73
1 Het productieproces
Gelegen aan de maas te Buggenum in Limburg ligt de Willem Alexander Centrale.
De Willem Alexander centrale is in de periode 1990-1993 gebouwd door de projectvennootschap DEMKOLEC BV. (Demonstratie Kolen Elektriciteit Centrale). Deze projectvennootschap is opgericht door de Samenwerkende Elektriciteits Producenten (SEP).
Nuon Power Buggenum is ontstaan uit een verkoop van de Willem Alexander Centrale door NEA (-voorheen samenwerkende elektriciteits producenten) aan Nuon in 2001.
De Willem Alexander Centrale bestaat uit een KV/STEG installatie.
De letters KV staan voor KolenVergasser, Steg is een aanduiding voor Stoom en Gasturbine. Per schip worden kolen en biomassa aangevoerd voor de productie van elektriciteit.
Uit kolen wint men kolengas ook wel het zogenaamde synthesegas dat men in de gasturbine kan laten ontbranden. Gedurende het proces levert de fabriek ook een aantal restproducten als slak, zwavel, vliegas en zout. Deze worden verkocht en hergebruikt in de industrie.
Tijdens het opstarten en bedrijven van de Willem Alexander centrale treden in het gebied rond de besturing van de stoom- en gasturbine soms onduidelijke storingen op. Door de complexiteit van de besturing en gebrek aan ervaring is het vaak lastig om dergelijke storingen terug te traceren.
Om een duidelijk en compleet beeld te krijgen van de in dit onderzoek onderzochte problemen wordt geadviseerd allereerst de achtergrondinformatie in de eerste 2 hoofdstukken door te nemen.
1.1
De indeling
De Willem Alexander centrale is opgedeeld in een aantal fabrieksdelen, ook wel ‘eilanden’ genoemd. Deze eilanden zijn:
het kolenpark (KP);
het kolen maal en droogsysteem (KMD); het vergassingseiland (VGE);
het ontzwavelingseiland (OZW),
de stoom- en gasturbine installatie(STEG); de luchtscheiding installatie (LSI);
het afvalwater behandeling installatie (ABI); de CO2 afvang pilot-plant (CO)2;
Elk van de eilanden wordt in de volgende paragraven nader toegelicht.
1.1.1 Het kolenpark (KP)
Aan de Maas ligt de haven van de centrale. Via schepen worden hier de kolen en biomassa dagelijks aangevoerd. De kolen worden hier door middel van een kraan uit de schepen gelost richting het kolenpark. Vanuit het kolenpark vervolgen de kolen hun weg via een aantal transportbanden richting het KMD. De Biomassa wordt met een speciale unloader uit het schip gezogen en daarna via een verticale transportband de zgn. jakobsladder in een grote Silo opgeslagen.
1.1.2 Het kolen maal en droogsysteem (KMD)
In het KMD worden de kolen en kalksteen samen gebracht. De kalksteen wordt toegevoegd zodat men de viscositeit van de gevormde slak kan beïnvloeden (door toevoegen van kalksteen verlaagt men de viscositeit), hierdoor wordt een verhoging van het vergasserrendement verkregen. De binnenkomende kolen worden opgevangen in de 3 bunkers van de kolenmolens. Deze bunkers hebben elk een opslagcapaciteit van 12 uur. Volgens dosering worden de kolen, het kalksteen en eventueel biomassa aan de kolenmolens gevoed en vermalen tot poederkool.
Om de poederkool te drogen en te verplaatsen naar de poederkool voedingsvaten wordt er gebruik gemaakt van een warme draaglucht welke met behulp van ventilatoren circuleert. Omdat droge poederkool in deze toestand explosief is wordt deze getransporteerd op een inerte draaglucht die slechts 6 tot 8% zuurstof bevat.
Figuur 2: ‘weergave deelproces kolentransport’
1.1.3 Het vergassingseiland (VGE)
Omdat de vergasser op een druk van circa 26 bar wordt bedreven wordt de droge poederkool na transport opgeslagen in de poederkool silo’s. Bijkomend voordeel van tussenopslag is dat storingen in de deelprocessen opgevangen kunnen worden. Zonder poederkoolopslag is een trip van de molens risicovol, dit is het begin van het voedingssysteem. Via het doseervat en het sluisvat wordt de poederkool op druk gebracht en komt uiteindelijk terecht in het poederkool voedingsvat. Vanuit dit vat(waar de druk hoger is dan de vergasserdruk van 26 bar) gaat de poederkool met een stabiele hoeveelheid naar de vergasser.
In de vergasser vindt een reactie middels 4 poederkool branders plaats tussen de poederkool en 96 % zuivere zuurstof uit de LSI. De temperatuur waarbij deze reactie plaats vindt ligt nabij de 1500°C. Het ontstane gas noemt men synthesegas, ook wel syngas. Dit syngas wordt afgekoeld in de syngaskoeler. Door deze syngaskoeler worden de leidingen met ketelwater geleid, waardoor het water wordt verhit en daarbij deels overgaat in stoom. Het verhitte proceswater wordt samen met de stoom in de stoomdrum opgeslagen waaruit uiteindelijk de stoom wordt afgetapt ten behoeve van de stoomturbine. Alvorens het syngas geschikt is voor de gasturbine moet het eerst nog ontstoft en ontzwaveld worden. De slak die uit de vergasser komt wordt opgevangen in een slakkenverzamelvat. Daarna wordt de slak gescheiden van het slakkenbadwater, gedroogd en afgevoerd via een
kettingtransporteur. Deze slakken worden verkocht en hergebruikt in de wegenbouw.
1.1.4 Het ontzwavelingseiland (OZW)
De OZW installatie dient ervoor om het syngas te reinigen, dit gebeurt in drie stappen: 1. droge vliegasverwijdering.
2. natte vliegasverwijdering. 3. ontzwaveling.
Nadat het syngas uit de droge vliegasverwijdering komt wordt een gedeelte afgetapt en
teruggeblazen naar de uitlaatvergasser als quenchgas. Dit quenchgas zorgt ervoor dat de uitstroom van syngas uit de vergasser niet te warm is. Te warm syngas kan verstopping van de vergasser veroorzaken, omdat vliegas in deze toestand kleverig is.
Het van vliegas ontdane syngas bevat nog steeds componenten die niet in de gasturbine aanwezig mogen zijn voor zowel milieu en technische redenen. Hiervoor gebruikt men een zuiveringsproces waar de chemische stoffen HCN( waterstof cyanide) en COS (carbon sulfide) uit het syngas wordt ontrokken. Deze stoffen worden in de HCN/COS katalysator omgezet naar Ammoniak (NH3) en Zwavelwaterstof (H2S). Het syngas gaat vervolgens door een waskolom met Sulfinol waardoor het zwavel uit het gas wordt ontrokken. De “beladen”Sulfinol wordt vervolgens geregenereerd, waarna men het restproduct Zwavel (S) overhoudt, dit wordt verkocht aan derden.
Tot slot wordt het gereinigde syngas door de verzadiger geleid waarna het geschikt is voor ontbranding in de gasturbine.
Figuur 3: ‘weergave deelproces kolenvergassing en syngasbehandeling’
1.1.5 De stoom- en gasturbine installatie(STEG)
STEG staat voor het toegepaste stoom- en gasturbineprincipe op Willem Alexander centrale. Het STEG eiland bevat naast de Steg met de elektrogenerator ook de afgassenketel.
De STEG heeft op een as 6 Componenten namelijk: 1. Generator.
2. LD (Lage Druk) stoomturbine (Diabolo). 3. MD (Midden Druk) stoomturbine. 4. HD (Hoge Druk) stoomturbine. 5. De Compressor.
Voordat het gezuiverde syngas naar de verbrandingskamers van de gasturbine gaat, wordt het eerst verdund met stikstof en vervolgens verrijkt met water in de verzadiger. De turbine is door Siemens gebouwd en is geschikt voor zowel aard- als syngas. De compressor voorziet de gasturbine en de luchtscheiding installatie van lucht. Door het syngas in combinatie met de compressorlucht te laten ontbranden, ontstaat er een energieomzetting. Met deze energieomzetting wordt de gasturbine in beweging gezet.
De nog warme verbrandingsgassen uit de gasturbine worden vervolgens afgevoerd naar de
afgassenketel. De temperatuur in de afgassenketel is voldoende om het ketelwater over te laten gaan in hoge druk stoom waarna deze rechtstreeks naar de hoge druk stoomturbine wordt gevoerd. De stoom uit deze turbine gaat weer naar de afgassenketel en wordt herverhit tot midden druk stoom. De midden druk stoom gaat naar de midden druk stoomturbine en hierna direct door naar de lage druk stoomturbine.
In de generator wordt uiteindelijk de mechanische energie omgezet in elektrische energie. De opgewekte 21 kV spanning wordt met een step-up transformator getransformeerd naar 150 kV. Deze gaat vervolgens via een bovengrondse leiding naar het schakelstation richting het elektrischeteitsnet van Tennet.
1.1.6 De luchtscheiding installatie (LSI)
De luchtscheiding installatie is gebaseerd op distillatie. Lucht afkomstig van de compressor van de gasturbine wordt allereerst gereinigd door een van de twee molzeven. Er is altijd één molzeef operationeel. De andere wordt op dat moment geregenereerd met stikstof. Deze adsorbers bevatten twee bedden van silicagel gevolgd door een bed van moleculair zeefmateriaal. De onderste laag silicagel moet het vloeibare water adsorberen, terwijl de bovenste laag het water in dampvorm moet adsorberen. Het moleculaire zeefmateriaal boven de twee lagen silicagel is geïnstalleerd om
koolwaterstoffen (vooral CO2) tegen te houden. Voordat de lucht het filter verlaat passeert deze eerst nog een stoffilter. Afkoelen en vloeibaar maken van de reeds gereinigde lucht gebeurt door middel van expanderen. Doordat de distillatie punten van zuurstof en stikstof verschillen kan men deze stoffen van elkaar scheiden.
De stikstofstof wordt gebruikt voor het transport van de poederkool, en voor de verdunning van het syngas. De zuurstof wordt gebruikt bij de vergassing. Nadat de zuurstof (96 vol. %)en stikstof (99,9 vol. % ) uit de distillatiekolom komen zullen ze meteen worden aangeboden aan het proces. Een klein gedeelte zal worden onderkoeld en vloeibaar opgeslagen in back-up tanks. Op het moment dat een zuurstof- of stikstofcompressor tript of een algehele trip van de LSI plaats vindt, zal het geïntegreerde back-up systeem de zuurstof en stikstof leverantie overnemen.
Figuur 4: ‘weergave deelproces STEG’
1.1.7 Het afvalwater behandeling installatie (ABI)
In het kader van strenge milieueisen, is bij de centrale ook een afvalwater behandeling installatie gebouwd. Deze zuivert al het proceswater afkomstig van:
de halogeenwaskolommen. de HCN/COS katalystor. het slakkenbad afvalwater.
Door het toevoegen van PE (poly-elektrolyt) worden vaste stoffen uit proceswater ontrokken. Door het toevoegen van PE zullen vaste stoffen elektrisch geladen worden. Hierdoor zullen ze elkaar aantrekken en steeds grotere vlokken gaan vormen. Deze vlokken worden uiteindelijk afgevangen in de lamellenseperator. De volgende stap is het verwijderen van zware metalen uit het proceswater. Dit wordt gedaan met behulp van een serie bezinksystemen. Vervolgens wordt het zout gescheiden van het afvalwater. Dit gebeurt door het indampen van het afvalwater waardoor de pekelconcentratie stijgt. Zo kan door middel van een pekelcentrifuge het zout van het proceswater worden gescheiden. Nadat het afvalwater door de NBI (Na Behandeling Installatie) is gepasseerd welke is voorzien van een Kation en Anion straat, wordt het gereinigde water weer gebruikt als proceswater in de plant. Tevens is er ook een omgekeerde osmosestraat aanwezig die demiwater produceert. Het
voedingswater voor de demistraat wordt uit de maas gewonnen.
1.1.8 De CO2 afvang pilot-plant (CO)2
In 2010 is de CO2 afvang pilot-plant aangeleverd per schip in Buggenum welke in zijn geheel is geassembleerd in Born. De aanschaf van deze installatie fungeert als testfabriek voor een grotere energiecentrale (MAGNUM) welke nu gebouwd wordt in de Eemshaven te Groningen. Op het moment zijn deze plannen tijdelijk bevroren door Nuon vanwege invloeden uit de politiek en milieu gerelateerde discussies. De Magnum energiecentrale wordt daarom dus voorlopig uitgevoerd als een gas gestookte eenheid in plaats van de eerder in gedachte KolenVergasser-STEG centrale.
Nadat de nieuwe installatie is geïnstalleerd en geïntegreerd in het huidige proces is de testfase van start gegaan. Het doel van de CO2 plant: haalbaarheid beproeven op het afvangen van CO2 uit het syngas en het uitvoeren van diverse testen om dit proces te optimaliseren. Voorlopig wordt de afgevangen CO2 weer terug in het proces geretourneerd. Medio 2011 werd voor het eerst succesvol CO2 afgevangen.
De CO2 catch-up pilot plant is onderverdeeld in vijf primaire secties. Syngas conditionering & CO Shift sectie
Condensaat opmaak sectie CO2 absorptie sectie CO2 compressie sectie
Absorptievloeistof opslag sectie
Het doel van de syngas conditionering & CO shift sectie is het verwijderen van de verontreinigingen in het syngas, naar waardes die voldoende laag zijn om een efficiënte omzetting van koolmonoxide naar koolstofdioxide te krijgen in de shift reactoren.
De condensaat opmaak sectie verwijdert overtollig waterdamp aanwezig in het CO-shifted syngas. In de CO2 absorptie sectie wordt het CO-shifted syngas vervolgens gescheiden in een rijke waterstof gasstroom en een CO2-product gasstroom.
De CO2-compressie sectie takt de CO2-gasstroom af van het shifted syngas, en voert dit terug naar de syngas verzadiger bij de daar heersende druk, of terug naar de inlaat van de syngas conditionering sectie.
De functie van de absorptievloeistof opslag sectie is opvangen en opslaan van gebruikt
absorptievloeistof en aanmaken van absorptievloeistof zodat er altijd genoeg absorptievloeistof aanwezig is om een stabiele werking van de CO2-absorptie te kunnen garanderen.
1.2 Samenvatting van het rendement en kengetallen KV-STEG
Algemeen Vergassingseiland
Begin bouw 1990 Vollast kolenverbruik/dag 2000 ton (585MW)
Opstart Medio 1993 Vergasserdruk Ca. : 26 bar
Investering Ca. : 850 miljoen Reactortemperatuur 1500 °C
Netto vollast vermogen 253 MWe Syngas samenstelling (Vol %)
Netto vollast rendement Ca. : 43% CO 25%
Ontzwavelingsgraad Ca. : 98% H2 12%
Zwavelwinning Ca. : 5000 ton/jr. N2 42%
H2O 19%
Overige 2%
Elektriciteitsproductie Luchtscheiding installatie
Gasturbine 156 MWe Zuurstofproductie Ca. :1650ton/dg
Stoomturbine 128 MWe Stikstofproductie Ca. :4000ton/dg
Totaal 284 MWe Distillatietemp. -170°C
Eigen verbruik 31 MWe
Netto vollast vermogen 253 MWe
1.3 Emissie
Naast het produceren van energie produceert de centrale uiteraard ook emissie.
Om een beeld te geven van de hoeveelheid emissie die een kolenvergasser uitstoot wordt in de onderstaande grafiek een vergelijking tussen de Willem Alexander Centrale en conventionele kolencentrales in Nederland en in het Oostblok gemaakt.
Oostblok Nederland Nuon Power Buggenum
Stof 300 % 100 % 20 %
Zwaveldioxide ( SO2) 500 % 100 % 26 %
Stikstofoxide ( NOx) 300 % 100 % 48 %
Koolstofdioxide ( CO2) 130 % 100 % 84 %
Tabel 2: ‘Kengetallen emissievergelijking’
Stof SO2 NOx CO2 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 400% 450% 500%
Nuon Power Buggenum Nederland
Oostblok
Nuon Power Buggenum Nederland
Oostblok
2 De procesautomatisering op de Willem Alexander centrale
2.1 De centrale procesautomatisering
De centrale automatisering op de Willem Alexander Centrale bestaat uit het DCS ( Distributed Control System) van Hartmann & Braun (Contronic E). Op de CMX-en (Computer en geheugen module van het Hartmann & Braun systeem) van het DCS systeem staan de programma’s waar de ingang, regel- en besturingsbouwstenen zijn geprogrammeerd. Hier worden alle besturingfuncties uitgevoerd, ook wordt hier een gedeelte van de beveiligingsfuncties afgewerkt. In de Configuratieruimte achter de controlekamer bevinden zich vijf servicestations, waarmee de software gewijzigd kan worden en diagnoses kunnen worden uitgevoerd.
Naast de centrale automatisering zijn er nog een aantal decentrale besturingen gebouwd zoals, diverse PLC’s en de automatisering van de generator, stoom en gasturbine. Deze is door de OEM’er (Original Equipment Manufacturer) Siemens uitgevoerd met haar eigen producten Simadyn, Teleperm ME en Teleperm EHF.
De Procesbewaking en bediening van de totale installatie vindt plaats met het in 2010 geplaatste ABB 800xA systeem. Een schematische weergave van de procesautomatisering van de Willem Alexander centrale is in bijlage A en in figuur 5 op de volgende pagina weergeven.
De controlekamer bestaat uit 3 bedienplaatsen en is als volgt ingedeeld: Bedienplaats 1: KMD/VGE Bedienplaats 2: OZW/ABI(CO2) Bedienplaats 3: STEG/LSI
Alle bedienplaatsen bevatten 2 werkplekken. Naast de reguliere bedienplaatsen is er ook nog een teamleider bedienplaats ingericht ter ondersteuning bij opstart en uitbedrijf name van de centrale. Daarnaast kan deze bedienplaats gebruikt worden in het geval een gebruikelijke bedienplaats uitvalt als gevolg van een technische storing.
Verder is er ook een video-wall geïnstalleerd in de controle kamer die uit zeven 70”inch monitoren bestaat, hierop wordt het gehele proces gevisualiseerd.
Medewerkers beschikken tevens over een aantal systemen welke geraadpleegd kunnen worden bij de bedrijfsvoering, proces- en storingsanalyse en het onderhoud namelijk PGIM, BIS en SAP
Binnen het DCS systeem worden de signalen van ruim 9000 componenten verwerkt.
Om structuur aan te brengen in het geheel zijn alle component die aanwezig zijn in de fabriek voorzien van een KKS-Code (Kraftwerk Kennzeichen Systeem). Deze coderingsmethodiek is special ontwikkeld voor de centralewereld. De KKS-code is vrijwel overal in doorgevoerd, zoals in de PID’s (Proces Instrumentatie Schema’s), in 800xA, hardwaretekeningen, enz. De codering is als volgt opgebouwd:
Benaming Systeem Component Extensie(Signaalsoort)
Voorbeeld EVB 50 CL 001 XJ01
Tabel 3: ‘overzicht opbouw KKS-code’
Op basis van de KKS-code kan snel onderkend worden om welk fabrieksdeel het gaat en om welk type component, bijvoorbeeld een klep, meting of een pomp, etc. De KKS-code wordt in de software gekoppeld met een extensie. Deze extensie refereert naar het type signaal.
Aan het signaaltype kan worden onderkend wat het desbetreffende signaal voorstelt, namelijk een analoge/binaire meting, contact, alarm of tripwaarde.Systemen die voor het proces één logisch geheel vormen zijn opgedeeld in zogeheten functiegroepen. In deze functiegroepen zijn alle
componenten opgenomen die tot dat systeem behoren. In totaal zijn er zo’n 130 functiegroepen. In de automatiseringsruimte achter de Configuratieruimte staan 60 besturingskasten van het Hartmann & Braun systeem waarover de automatiseringscomponenten zijn verdeeld. Daarnaast staan er nog 14 kasten die de componenten van de stoom- en gasturbinebesturing omvatten.
2.2 Opbouw van de besturing van de Stoom en Gasturbine
De stoom en gasturbine op de Willem Alexander Centrale is geleverd door Siemens.
De automatisering van de generator, stoom- en gasturbine is door Siemens uitgevoerd met haar eigen producten Simadyn, Teleperm ME en Teleperm EHF. Voor de bewaking en bediening van de Siemens systemen heeft men destijds gekozen voor koppeling op basis van hardware I/O via Contronic E van Hartmann & Braun. In tabel 4 op de volgende pagina is een overzicht gegeven van de kastbezetting ten behoeve van de besturing van de stoom en gasturbine.
Kast Kastfunctie Busnummer
CJJ01 Symadin/ Gasturbine Regelaar 101
CJJ02 Symadin/ Stoomturbine Regelaar 102
CJJ03 Omloopregeling, Inspuitregeling en Wand temperatuur apparaat
103 CJJ04 Omloopregeling, Inspuitregeling en Wand temperatuur
apparaat
103
CJJ05 Gasturbine Regelaar 101
CJJ11 Vlambewaking en trilbeveiliging
CJJ31 Turbine ventielen besturing en olieverzorging 104
CJJ32 Turbine ventielen besturing en olieverzorging 104
CJJ33 Gasturbine besturing 105
CJJ34 Teleperm EHF ook wel de “Schutz”kast genoemd (CPU gedeelte).
106 CJJ35 Teleperm EHF ook wel de “Schutz”kast genoemd (Metingen
gedeelte).
106
CJJ36 Bedienpaneel
CJJ41 Turbine snel sluit kleppen(Aardgas/Stoom) en Toerenbewaking grenswachter (Kanaal 1) CJJ42 Turbine snel sluit kleppen(Aardgas/Stoom) en
Toerenbewaking grenswachter (Kanaal 2)
Tabel 4: ‘overzicht kastbezetting Siemens Teleperm’
In het bovenste gedeelte van de kasten CJJ01 en CJJ02 zit een apart systeem dat voornamelijk voor de aansturing van de hydraulische stoom en gasturbinekleppen zorgt. Dit systeem heet Symadyn D en wordt eveneens geleverd door Siemens. Symadin D werkt op basis van hardware I/O en is drievoudig redundant uitgevoerd. De reden dat voor Symadin D gekozen is, omdat het om snelle regelingen en besturingen gaat.
Het onderste gedeelte van CJJ01 en CJJ02 en de rest van de kasten, met uitzondering van CJJ34/35 behoren tot het Teleperm ME besturingssysteem.
Kast CJJ34/35 vertegenwoordigen het Teleperm EHF. Binnen deze kasten worden alle signalen verwerkt die een beveiligingsfunctie vervullen, vaak resulteren deze beveiligingsfuncties in een trip van de STEG. Veel van de kaarten binnen het Teleperm ME en EHF systeem zijn eveneens redundant uitgevoerd.
De Teleperm kasten communiceren onderling middels een CS275 busverbinding, de zogenaamde Telepermbus. De meeste kasten zijn gekoppeld via deze busverbinding. In bovenstaande tabel zijn de kasten met de bijhorende busdeelnemernummers opgenomen. Naast de Teleperm kasten bevinden er zich ook nog twee werkstations, zogenaamde PG’s op deze Telepermbus. Met deze werkstations kunnen allerlei diagnoses, parameterringen, simulaties en wijzigingen in de programmatuur worden uitgevoerd. Echter deze systemen worden tegenwoordig nauwelijks nog gebruikt.
Ook is er nog een separaat diagnosesysteem op de Telepermbus aanwezig dat later is geïnstalleerd omdat men vaak na een trip van de STEG installatie de oorzaak van de trip niet meer kon achterhalen. Dit is het zogenaamde, Win-OS systeem. In hoofdstuk 6 wordt er dieper op het Win-OS Systeem ingegaan.
3 De achtergrond
3.1 De probleemachtergrond
Sinds de opstartfase van de Willem Alexander centrale treden in het gebied rond de automatisering van Siemens Teleperm onduidelijke storingen op. Deze storingen resulteren soms in het vertragen van het opstartproces of een trip van de installatie. Verder bemoeilijken het ontbreken van diverse signalen en de complexiteit vaak het analyseproces na een dergelijke trip. Daarbij komt dat de kennis en ervaring over de automatisering van Siemens binnen de afdeling beperkt is en blijkt het lastig te zijn om deze op peil te houden.
Op basis van de lange termijn onderhoudsplanning wil NUON de Teleperm systemen minstens tot 2016 blijven gebruiken echter is er op dit moment onvoldoende inzicht in de risico’s tot 2016. Bovenstaande problemen zijn de aanleiding geweest om hier nader onderzoek naar te starten. De bevindingen uit dit onderzoek en de daarbij behorende conclusies staan in de volgende hoofdstukken beschreven.
3.2 De centrale onderzoeksvraag en doelstellingen
Waar zitten voor wat betreft de Siemens Teleperm systemen de knelpunten en hoe kunnen de problemen die hieruit voortkomen opgelost of voorkomen worden?
Aangezien bovenstaande centrale onderzoeksvraag te groot is om in één keer op te pakken, is het probleem opgedeeld in een aantal doelstellingen:
Onderzoek welke korte termijn acties nodig zijn om de betrouwbaarheid van de Teleperm Systemen te verhogen met het oog op de bedrijfsvoering tot medio 2016.
Onderzoek en analyseer de problemen van de gebruikers met de Siemens systemen. Breng mogelijke verbeteringen in kaart en presenteer plan van aanpak voor de uitvoering hiervan. Onderzoek hoe het onderhoud regime ten aanzien van Teleperm is georganiseerd.
Nuon maakt sinds 2 jaar onderdeel uit van het Vattenfall concern. Onderzoek of elders in het Vattenfall concern ook identieke systemen toegepast worden.
3.3 De problemen nader bekeken
Gedurende het onderzoek zijn uit de vooraf gestelde doelstellingen door Nuon 4 subproblemen gedistilleerd. Deze vier problemen zijn op basis van rendement geselecteerd door de onderzoeker. Op de volgende problemen wordt specifiek ingegaan:
1 Fout in de visualisatie van vrijgavecriteria in het gasturbine programma:
Tijdens het verkrijgen van de vrijgave die nodig is om de gasturbine in bedrijf te krijgen worden niet de juiste vrijgavecriteria gevisualiseerd op het
bedieningssysteem.
2 Onduidelijke visualisatie in het “in” programma van stoomturbine:
Het “in” programma van de stoomturbine kent in diverse stapcriteriums een onduidelijke visualisatie. Dit brengt problemen met zich mee voor de medewerkers van productie.
3 Het diagnosesysteem van Siemens Teleperm is verouderd en niet handig voor de
medewerkers van productie:
Door de veroudering van het diagnose systeem wordt dit niet meer geserviced door Siemens. Daarnaast gebruiken productiemedewerkers het systeem niet of
nauwelijks vanwege complexiteit. Het is derhalve raadzaam onderzoek te verrichten naar alternatieve systemen.
4 De slechte verkrijgbaarheid van reserveonderdelen van de Siemens Telepermprinten en
mogelijke storingen hierop:
Ook voor de Siemens Telepermprinten geldt dat het vanwege veroudering steeds moeilijker wordt om reserveonderdelen te krijgen alsmede worden de printen verdacht van mogelijke storingen.
In hoofdstuk 6 wordt op bovenstaande problemen antwoord gegeven in de vorm van conclusies en aanbevelingen.
Bovenstaande problemen kennen de volgende belangrijkste symptomen:
Beperkingen in de configuratiemogelijkheden van de besturingssystemen.
Onderzoek en analyse van meldingen uit de hoek van de Siemens besturingsystemen worden door de gebruikers als moeilijk ervaren en blijken tijdrovend. Dit betekent vaak de nodige vertragingen in de opstart van het productieproces.
Het op peil houden van kennis en ervaring van de onderhoudsafdeling alsmede de
beschikbaarheid van reserve onderdelen wordt steeds moeilijker. Dit brengt de continuïteit van de Willem Alexander centrale in gevaar.
Door de complexiteit en problemen welke door de productiemedewerkers worden ervaren is er vaker hulp nodig van de EMRA medewerkers. Dit resulteert in extra kosten.
4 De onderzoeksopzet
Alvorens er antwoord kan worden gegeven op de centrale probleemstelling en er conclusies en aanbevelingen gedaan kunnen worden op basis van de doelstellingen dienen de 4 subproblemen nader onderzocht te worden. In dit hoofdstuk wordt beschreven hoe dit onderzoek is opgepakt. Er wordt onder andere ingezoomd op de diverse bronnen welke voor het onderzoek zijn gebruikt.
1 Desk research
Bij het nader onderzoeken van de 4 subproblemen is er ten eerste onderzoek gedaan aan de hand van zogenaamde Deskresearch. Dit betreft informatie die binnen de interne organisatie reeds voor andere doeleinden verzameld was.
In dit kader is er een vooronderzoek ingesteld en hierbij zijn de volgende zaken aanbod gekomen: medewerkers van productiewacht A t/m E van Bedienplek 3 geïnterviewd (november 2011). zijn alle gerelateerde SAP meldingen van 2004 tot heden bestudeerd.
zijn alle wachtboeken van de afdeling EMRA en van productie doorgespit op zoek naar mogelijk relevante storingen.
is de database storingen registratie geanalyseerd, hier zijn ruim 2100 storingen in opgenomen vanaf 11 augustus 1993 tot heden.
Probleem 1:
Tijdens het onderzoek van probleem 1 is gebruik gemaakt van de aanwezige documentatie van Siemens Teleperm:
Teleperm AS 220 EA C79000-G8076-C306-03.
Teleperm ME Calculation Modules (REN, BR, ASR, BSR, AET) C79000-G8076-C445 Edition 01. Teleperm ME Closed-loop Control Modules (SRZ) Manual Volume ½ C79000-G8076-C443
Edition 01.
Hardware-Pläne ordner 3 (CJJ33). Anschlußpläne ordner 11.
Leittechnik Turbosatz Funktionspläne ORDNER 1 t/m 12 (Functie Schema’s Siemens). Funtieschema’s Hartmann & Braun.
Editor Tekeningen Hartmann & Braun. Probleem 2:
Bij het onderzoek van probleem 2 is gebruik gemaakt van de aanwezige documentatie van Hartmann & Braunn Contronic E bestaande uit de volgende ordners:
Für Automatiserung Contronic E Ordner 1+2. Zusatz Information.
Dialog fehlermeldungen. Contronic E und functionen.
Probleem 3:
Gedurende het onderzoek naar probleem 3 is gebruik gemaakt van de aanwezige
documentatie van de Siemens installatie. Ook zijn er verscheidene ontvangen documenten van de firma Ako-Tec bestudeerd:
Teleperm ME CS 275 Bus Subsystem Manual C79000-G8076-C025-06
Ontvangen PDF bestanden met betrekking tot de specificaties van de ADC-Bridge-TM OPC-Server-DA/AE van firma Ako-Tec bekeken en geanalyseerd.
Offerte van de firma Ako-Tec bekeken. Probleem 4:
In het onderzoek naar de oplossing van probleem 4 zijn diverse documenten bestudeerd die tijdens de afstudeerperiode zijn verworven, namelijk:
Thermal Asset Overview (TAO) bestudeert hierin zijn alle productie-eenheden binnen Vattenfall opgenomen met informatie over de toegepaste technieken. Deze database was te vinden op het netwerk van Vattenfall.
Ontvangen PDF bestanden van de heer Rein van Velzen van de firma Siemens met betrekking tot mogelijk storingen Telepermprinten.
2 Fieldresearch
Naast de deskresearch is er ook op een tweede manier onderzoek gedaan: fieldresearch. Fieldresearch is het verzamelen, analyseren en interpreteren van gegevens waarvoor men zelf onderzoek moet verrichten.
Probleem 1:
Tijdens de fieldresearch naar probleem 1 zijn er verschillende praktische onderdelen onderzocht aan zowel de Siemens als de Hartmann & Braun systemen, zoals:
Is de werking van het Siemens Teleperm systeem doorgrondt.
Is nagegaan welke vrijgavecriteria signalen zich al binnen Hartmann & Braun bevinden met behulp van het Diagnose service systeem in de configuratieruimte.
Zijn de vrije in- en uitgangen op zowel het Hartmann & Braun systeem als het Siemens Teleperm systeem gecontroleerd op beschikbaarheid.
Zijn er controles uitgevoerd naar vrije aderkabels en vrije plaatsen op rangeerverdelers. Is er gecontroleerd op de belasting van de CMX-en binnen het Hartmann & Braun systeem.
Probleem 2:
Het onderzoek naar probleem 2 bestond voornamelijk uit het uivoeren van testen en het gebruiken van opgedane praktisch expertise. Ook zijn er interne en externe contacten benut om het onderzoek te kunnen voltooien.
Is er gebruik gemaakt van de aanwezige testomgeving van het DCS Systeem. Er is telefonisch contact geweest met Bernd (ABB Duitsland).
Zijn er gesprekken gevoerd met Jo Salden (Proces Technoloog / Docent Productie Nuon) Is een alternatieve wijze van de stapvisualisatie beproefd en gedeeltelijk verwezenlijkt van
stap 5 en 9 van de stoomturbine “in”programma. Hierbij is gebruik gemaakt van de volgende programma’s:
Visual Basic voor het maken van het visuele gedeelte. 4Config tool voor het configureren van de signalen in 800xA.
Excel voor het configureren van de SFC-viewer (Sequential Function Chart viewer). Probleem 3:
Bij het onderzoek naar probleem 3 is er vooral gebruik gemaakt van externe contacten, zoals hieronder beschreven:
Is er contact geweest met Wilfried Legge (ABB)
Is er contact gezocht met de Duitse firma Ako-Tec via e-mail met de heer M. Kasparek van Ako-tec. (15-12-’11).
De heren M.Kasparek en W. Kitzig van de firma Ako-tec zijn op bezoek geweest op 19-01-’12 voor een gesprek en bezichtiging van onze installatie.
Offerte ontvangen ter vervanging van het WIN-OS systeem van de firma Ako-tec(24-01-2012). Probleem 4:
Gedurende het onderzoek van probleem 4 is er intensief gebruik gemaakt van het krachtige middel, e-mail. Door gebruik te maken van e-mail zijn er via diverse kanalen binnen het Vattenfall concern de benodigde gegevens verworven. Ook zijn er inventarisaties uitgevoerd:
Via e-mail contact gehad met Paul Verhaag (Teamleider EMRA Velsen)(21-12-’11). Via e-mail contact gehad met Adri Schouws (Teamleider EMRA Amsterdam)(21-12-’11). Via e-mail contact gehad met Gerard Kerkman (Teamleider EMRA Utrecht)(21-12-’11). Via e-mail contact gehad met Bert van Vught(DCS Specialist Amsterdam)(22-12-’11). Via e-mail contact gehad met Daniël de Jager (Instrumentation & Controlling
Utrecht)(10-01-’11).
Via e-mail contact gehad met de heer Carlo Wolters (Head of Asset Performance and Optimisation) (10-01-12).
Via e-mail contact gehad met de heer Wouter Maas(Junior Consultant). (10-01-12).
Via e-mail contact gehad met de heer Thomas Küttner (DCS Specialist Kraftwerk Lichtenberg 1+2) (12-01-’12).
Via e-mail contact gehad met de heer Gerald Schollmeier (DCS Specialist Kraftwerk Klingenberg HOB 1-4) (17-01-’12).
Is er een inventarisatie uitgevoerd betreffende aanwezige Telepermprinten binnen de Willem Alexander centrale.
4.1 Onderzoek probleem 1
Vanwege gebrek aan ervaring en kennis van de auteur op het gebied van de besturing van de stoom- en gasturbine is er voor wat betreft het onderzoek van probleem 1 gestart met het bestuderen van de installatie door gebruik te maken van de aanwezige documenten horende bij de Siemens Teleperm installatie. In combinatie met de verworven resultaten uit het vooronderzoek is er vervolgens nader onderzoek gedaan naar de werking van het stappenprogramma van de gasturbine. In de derde fase van het onderzoek is er gefocust op de communicatieverbinding tussen Hartmann & Braun en Siemens Teleperm. Tijdens dit onderzoek bleek dat er geen tekeningen van deze
communicatieverbinding zijn. Bij gebrek aan deze tekeningen zijn deze door de onderzoeker opnieuw opgesteld en bijgewerkt conform de huidige stand van zaken. Deze tekeningen zijn in bijlage B van dit rapport bijgevoegd.
Het onderzoek van de communicatieverbinding tussen Hartmann & Braun en Siemens Teleperm heeft een duidelijk inzicht verschaft in de problemen met de vrijgavecriteria van het gasturbineprogramma. Nadat de oorzaak van de problemen helder op het netvlies stonden is er onderzoek gedaan naar mogelijke oplossingsrichtingen. In dit kader is er een inventarisatie gemaakt naar de signalen die nodig zijn voor het verkrijgen van de vrijgave alsmede naar de herkomst van de signalen. Deze is te vinden in de analyse van dit probleem in paragraaf 5.1 tabel 7.
Verder zijn de volgende aspecten aan bod gekomen bij het verdere onderzoek:
Er is een inventarisatie gemaakt of er nog vrije uitgangen beschikbaar zijn aan de kant van het Siemens Telepermsysteem. Deze zijn nodig om de vereiste binaire signalen richting Hartmann & Braun te transporteren. Hierbij was van belang welke kaarten hiervoor geschikt zijn en/of deze nog over vrij uitgangen beschikken. Hiervoor zijn de Teleperm ME Binary Extension Module 6DS1719-8AA Instructions Manual en de Hardware bedradingsklapper Hardware-Pläne ordner 3 (CJJ33) geraadpleegd.
Om de verstuurde signalen vanaf Siemens Teleperm te kunnen ontvangen is er een
onderzoek gestart naar de beschikbaarheid van vrije ingangen op de digitale ingangskaarten (CEB-kaart)(Central Eingangskarte Binär) van het Hartmann & Braun systeem. Hiervoor zijn de functieschema’s van Hartmann & Braun gebruikt.
Voor het transporteren van de signalen tussen beide systemen is een dataweg vereist. Omdat er al veel signalen vanuit Teleperm richting Hartmann & Braun worden getransporteerd. Is niet zeker of er nog voldoende vrije aders beschikbaar zijn op de bestaande kabels. Hiervoor is er een onderzoek gedaan naar eventuele vrije aders en vrije plekken op rangeerverdelers bij zowel Siemens als bij Hartmann & Braun.
Om de signalen vanuit Siemens Teleperm te kunnen ontvangen dienen een aantal binaire ingangen worden bijgeprogrammeerd op de CMX-en van Hartmann & Braun. Vanwege bovenstaand feit is er in het laatste onderdeel van dit onderzoek onderzocht of de CMX-en over voldoende capaciteit beschikken.
In paragraaf 5.1 figuur 7 is een dergelijke capaciteitstabel weergeven.
Op basis van de verworven informatie uit deze onderzoeken is een analyse uitgevoerd voor dit probleem, deze is te vinden in paragraaf 5.1 van deze reportage.
4.2 Onderzoek probleem 2
Naar aanleiding van het probleem met de visualisatie van de vrijgavecriteria van de gasturbine is er een onderzoek gestart naar mogelijke visualisatie problemen in andere programma’s. Deze
rapportage beperkt zich tot de automatisering rond de stoom- en gasturbine.
In het “in”programma van de stoomturbine bevinden zich twee stappen die in de weergave van de stapvoorwaarden niet duidelijk zijn voor de werknemers van productie(operators).
Om een idee te geven hoe stap 5 en 9 eruit zien, zijn de bijbehorende functieschema’s opgenomen in bijlage C t/m F. Als tijdens het opstarten in een van deze stappen een voorwaarde ontbreekt, zorgt dit vaker voor het nodige zoekwerk in de software van Hartmann & Braun met als gevolg hiervan opstartvertraging.
In een vervolgonderzoek is gestart met zoeken naar mogelijke oplossingen voor dit hiaat in het stoomturbine programma. Tijdens dit onderzoek zijn er 3 opties als mogelijke oplossingen aangenomen, deze moesten op haalbaarheid en uitvoerbaarheid worden getoetst.
1 Aanpassen van de stapweergave in Contronic E:
Waarom is destijds ervoor gekozen om deze 2 stappen van het “in” progamma op deze manier te visualiseren?
Om op deze vraag een antwoord te vinden is de werking van het stappenprogramma in Contronic E bestudeerd door gebruik te maken van de aanwezige Hartmann & Braun Contronic E documentatie op de Willem Alexander Centrale. Toen de werking van het stappenprogramma helder was, is de bestaande software bestudeerd van het
stoomturbine programma op opbouw en werking. In een later stadium van het onderzoek is er gebruik gemaakt van een testomgeving binnen het DCS systeem van Hartmann & Braun. Dit om te beproeven of het mogelijk is deze stappen op de reguliere manier te visualiseren zoals men gewend is op de Willem Alexander centrale.
Binnen deze testomgeving bestaat de mogelijkheid om programma’s te wijzigen en vervolgens te laden, zonder de bedrijfsvoering in gevaar te brengen. Daarnaast is er gebruik gemaakt van informele informatiebronnen tijdens het onderzoek. Zo is er telefonisch contact geweest met de Contronic E specialisten van ABB Duitsland.
2 Stapvoorwaarde verdelen over meerdere bestaande stappen:
Omdat in sommige stappen van het “in” programma van de stoomturbine zich
“lege”stappen (dus stappen zonder stapacties) voordoen, is het vermoeden ontstaan dat het wellicht mogelijk is om de voorwaarden van stap 5 en 9 over voorgaande of latere stappen te verdelen. Voor deze oplossing zijn de relevante stappen van het
stoomturbineprogramma kritisch bekeken op stapacties en stapvoorwaarden. Verder in het onderzoek zijn er gesprekken gevoerd met de procestechnoloog van de Willem Alexander centrale.
3 Andere manier van visualiseren van de voorwaarden buiten het stappenprogramma om: Daar in 2010 het oude bedieningssysteem vervangen is door het nieuw geïnstalleerde 800xA systeem van ABB waardoor de mogelijkheden ten opzichte van oude systeem aanzienlijk zijn toegenomen, bestaat eventueel de mogelijkheid om deze stappen op een alternatieve wijze te visualiseren. Hierbij zijn de volgende zaken aan bod gekomen:
Allereerst is er een inventarisatie gemaakt van de aanwezigheid en
configuratiecapaciteit van de gebruikte signalen op 800xA binnen stap 5 en 9. Verder is onderzocht welke softwareaanpassingen uitgevoerd dienen te worden
met betrekking tot signalen met onvoldoende capaciteit en de nieuwe verknopingresultaten in Contronic E die nodig zijn om het geheel duidelijk te visualiseren op 800xA.
Ontwerpen van een visualisatie voor stap 5 en 9. Het ontwerp uitwerken en als gevolg een werkend prototype maken voor de visualisatie van stap 5 en 9. Verdiepen in hoe de koppeling tussen 800xA en Contronic E ontstaat. Vervolgens
de werking van het signaalconfiguratieprogramma 4Config waarmee de signalen kunnen worden geconfigureerd en gekoppeld met het DCS systeem.
4.3 Onderzoek probleem 3
Het Win-OS systeem is in 1999, ongeveer 6 jaar na de in bedrijf name van de centrale, geplaatst. Dit omdat vaker de oorzaak van een trip niet duidelijk was en deze naderhand niet meer te achterhalen was. OS kan in principe worden vergeleken met hetgeen 800xA voor Contronic E is, alleen is Win-OS geënt op Teleperm ME.
In feite kan de stoom- gasturbine compleet bediend worden met Win-OS. De opties van het Win-OS worden op de Willem Alexander centrale echter maar beperkt gebruikt.
Destijds is het systeem aangeschaft met de intentie dat de medewerkers van productie dit ter ondersteuning gingen gebruiken. Vanwege complexiteit wordt het systeem door de
productiemedewerkers niet of nauwelijks gebruikt. Dagelijks wordt het Win-OS systeem bekeken door EMRA medewerkers van het systeembeheer om te onderkennen of zich geen meldingen hebben voorgedaan die mogelijk de bedrijfsvoering in gevaar brengen. In geval van een trip van de installatie wordt meestal door de medewerkers van productie geanalyseerd waar de trip mogelijk door
veroorzaakt zou kunnen zijn. Indien de trip vanuit de hoek van Siemens Teleperm afkomstig is, is er vaker hulp noodzakelijk van de medewerkers van systeembeheer en /of ME (Maintenance Engineers). Vanwege veroudering en complexiteit van het Win-OS systeem is er een onderzoek gestart naar alternatieve systemen. In de eerste fase van het onderzoek is de onderzoeker door de heer Wilfried Legge van de Firma ABB verwezen naar de Duitse firma Ako-tec, deze firma heeft naar verluid een systeem ontwikkeld waarmee diverse Siemens systemen te koppelen zijn met systemen van andere makelarij. In de tweede fase van het onderzoek is onderzocht welke functies het Win-OS omhelst, deze functie zijn namelijk ook weer gewenst in het nieuwe systeem. Na de tweede fase van het onderzoek is er contact gezocht met de firma Ako-tec uit Euskirchen Duitsland. Van de firma Ako-tec zijn toen diverse datasheets ontvangen met betrekking tot hun product ADC-Bridge TM. Op basis van deze datasheets is onderzocht of hun product toepasbaar is in onze installatie. In de laatste fase van het onderzoek is de firma Ako-tec naar de Willem Alexander centrale gekomen voor een gesprek en een bezichtiging van de installatie.
4.4 Onderzoek probleem 4
Het ontwerpen, bouwen en in bedrijfstellen van de generator, stoom en gasturbine met zijn directe besturing en regeling is uitgevoerd door Siemens. Door de veroudering van de installatie wordt het steeds lastiger om reserveonderdelen te krijgen en de voorraad op peil te houden. Daarnaast is er vernomen van Siemens dat door de veroudering van het Teleperm besturingssysteem er mogelijk storingen kunnen ontstaan op de printkaarten.
Bovenstaande is de aanleiding om een onderzoek te starten naar de beschikbaarheid van Siemens Teleperm printen en de mogelijke storingen die zich er kunnen voordoen.
Omdat Nuon sinds een aantal jaren tot het Vattenfall concern behoort, bestaat de mogelijkheid om binnen de nieuwe organisatie naar installaties met identieke besturingssystemen te zoeken. Om op deze manier minder afhankelijk van Siemens te zijn door eventueel een samenwerkingsverband aan te gaan met onze (internationale) collega’s.
Het onderzoek naar identieke systemen is van start gegaan in Nederland binnen Nuon nv. Via e-mail is de onderzoeker met de verschillende EMRA Teamleiders van de divisies Amsterdam, Utrecht en Velsen in contact gekomen. Via de teamleiders is hij in contact gebracht met de DCS specialisten op de betreffende centrales. Van de DCS specialisten heeft hij de benodigde
informatie ontvangen om het onderzoek in Nederland te kunnen afronden. Na het onderzoek in Nederland is het onderzoek uitgebreid naar Duitsland en Denemarken binnen het Vattenfall concern. Via de heer Carlo Wolters nu head of Asset
Performance and Optimisation de vroegere clustermanager van de Willem Alexander centrale is de onderzoeker in contact gekomen met Wouter Maas(Junior Consultant). Wouter Maas heeft in het verleden bijgedragen met het opzetten van de Thermal Asset Overview (TAO).
Om internationale samenwerking te intensiveren en te ondersteunen, en synergie binnen Thermal te creëren is een Thermal Asset Overview (TAO) ontwikkeld. TAO is een databank met de specificaties van de centrales en de merken en typen van de belangrijkste
installatieonderdelen en apparatuur van alle Thermal units. Met de TAO kunnen vergelijkbare units opgezocht worden en via contact met (internationale) collega’s kennis en ervaringen gedeeld worden. Door de TAO en de gelegde contacten met de internationale collega’s heeft de onderzoeker de benodigde informatie kunnen vergaren om tot de resultaten en conclusies te komen. Deze zijn te vinden in hoofdstuk 5 en 6 van deze scriptie.
documenten toegestuurd met hierin een overzicht van Siemens Teleperm printen die mogelijk last van de onderzochte problemen kunnen hebben. In dit kader zijn er verschillende inventarisaties gestart naar welke Teleperm printen aanwezig zijn op de Willem Alexander centrale en welke van de aanwezige printen op de Willem Alexander centrale mogelijk storingsgevoelig zijn volgens Siemens. Op basis van deze inventarisaties kunnen dan vervolgacties genomen worden.
5 Analyse
Uit de interviews met diverse productiewerkers is gebleken dat zij voornamelijk het lezen van de Teleperm functieschema’s als lastig ervaren. Mogelijke verklaringen hiervoor zijn dat de schema’s afwijken van het “normale” (Hartmann & Braun) systeem. De productiemedewerkers ervaren de functieschema’s van Teleperm als detailtekeningen. Alleen bedienplaats 3 komt in contact met Siemens Teleperm en wellicht is er aldaar een gebrek aan ervaring met storingen binnen de Siemens besturing. De productiemedewerkers vinden het vervelend dat niet de juiste criteria vanuit Siemens op 800xA worden gevisualiseerd.
Na onderzoek in de SAP meldingen van 2004 tot heden is gebleken dat er nagenoeg geen
gerelateerde sapmeldingen zijn opgesteld. Dit is op een aantal mogelijke manieren te verklaren. Het kan zijn dat alle storingen met betrekking tot de opstartprocedure in de meeste gevallen meteen opgepakt en opgelost worden. Anderzijds kan het zijn dat de storingen niet gemeld zijn binnen SAP. Een ander alternatief is dat het aantal storingen wel meevalt.
In tegenstelling tot de SAP meldingen vanaf 1996, zijn er in de storingsdatabase van productie en in het wachtboek van de EMRA afdeling wel gerelateerde storingen gedocumenteerd.
Uit de analyse van de storingsdatabase en het wachtboek van de EMRA afdeling blijkt dat veel van de storingen zich voordoen bij het opstarten van de centrale. Verder zijn er nog de storingen die tijdens de normale bedrijfsvoering van de centrale voorkomen.
Deze storingen zijn vaker door de complexiteit en bij gebrek aan evaring binnen het Siemens
Teleperm systeem moeilijk te interpreteren. Vaak ligt het antwoord dan ook niet direct voor de hand. Uiteindelijk worden de storingen echter allemaal gevonden en opgelost, dat blijkt echter vaak een tijdrovend karwei te zijn.
Omdat veel storingen optreden tijdens de opstartfase van de centrale concentreert dit onderzoek zich ook op dit type storingen. Van hieruit is de stap richting de stappenprogramma’s van de stoom- en gasturbine snel gezet. Op de volgende pagina zijn in tabel 5 en 6 een aantal storingen
