Ex-Schutz beim LNG-Transport Zukunftsmarkt LNG-Terminals: Wie LNG-Verladearme fit für den Ex-Schutzeinsatz gemacht werden

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Verladearme für LNG sind beinahe so einzigartig wie ein Fingerabdruck. Keiner gleicht dem anderen zu 100 Prozent. Das gleiche gilt für die dazu gehörigen Explosionschutz-Systeme. Worauf es bei der Projektierung ankommt.

Flüssigerdgas ist derzeit im Trend. Tatsächlich wird LNG (Liquefied Natural Gas) aber schon seit vielen Jahren über die Weltmeere transportiert – dorthin wo keine Erdgas-Pipeline führt oder die Erdgasversorgung über Pipeline nicht ausreicht.Luvra Hydraulik und Regeltechnik in Nürnberg liefert einen elementaren technischen Bestandteil für die LNG-Industrie: die elektrohydraulischen Steuerungen für die sogenannten Verladearme.

Über diese werden unter anderem Schiffe beladen oder gelöscht. Selten passt hier eine Standardlösung. Gerade die großen Verladearm-Hersteller mit Kompetenz für den Umschlag gefährlicher Stoffe wie LNG entwickeln Verladesysteme, die auf jeden Einsatzfall speziell abgestimmt sind. Dies gilt auch für die Kombination aus elektrischer und hydraulischer Steuerung, die von Luvra zugeliefert wird.

Maßgeschneidert für den Sondermaschinenbau

Stefan Hahn ist der Experte für die Elektrotechnik bei Luvra. Seit 2002 ist er dort mit der Projektierung der elektrohydraulischen Steuerungen für LNG, Öl, gasförmige und andere Medien befasst. „Die elektrohydraulischen Anlagenteile, die wir bauen, werden auch oft im Ex-Bereich eingesetzt“, sagt Hahn. Als das Unternehmen das erste Mal mit einer Anfrage für einen Verlader konfrontiert wurde, der sich für LNG eignet, also bei -170 °C arbeiten kann, war dies eine Herausforderung.

Leichtgängiger Verladearm in Schwimmstellung

Wenn es um die elektrohydraulische Technik für diese LNG-Verladearme geht, macht Stefan Hahn so schnell niemand was vor. Rund 13 Projekte mit über 50 Verladearmen hat er in den vergangenen 20 Jahren gemanagt – von der Projektierung bis hin zur Programmierung der Steuerung und der Inbetriebnahme. Das hydraulische System muss später sicherstellen, dass die Bewegungen des LNG-Tankers, der gelöscht wird, durch den Verladearm ausgeglichen werden. Denn auch ohne Sturm ist ein Schiff aufgrund des Wellengangs unablässig in Bewegung.

Hahn erläutert: „Sobald der Verlader angeschlossen ist, geht er in eine sogenannte Schwimmstellung. Bewegt sich der Arm, werden die Zylinder der Hydraulik-Einheit hinein- bzw. hinausgeschoben. Ein Mann könnte diesen Arm ganz alleine bewegen, denn er ist äußerst leichtgängig.“ Die Luvra-Lösung muss demnach nicht nur für sich allein funktionieren. Sie soll mit den Systemen der Anbieter von LNG-Verladearmen zusammenspielen, die Bewegungen des LNG-Verladearms steuern, aber auch Zustandsmeldungen und Fehler übertragen. Im Notfall ist die automatische Trennung des Verladearms vom Schiff zu gewährleisten. Und auch dabei muss sichergestellt werden, dass möglichst wenig LNG entweicht.

Ex-Schutz-Expertenwissen für internationale Projekte

Es verwundert daher nicht, dass nicht nur explosionsgeschützte Steuerungstechnik, sondern auch akustische und optische Alarmmeldesysteme zum sicherheitsrelevanten Equipment gehören. Seit Jahrzehnten unterstützt R. Stahl aus Waldenburg die Luvra-Experten mit diesen Produkten – und mit viel Know-how. Denn die Ex-Schutz-Vorschriften, denen der Hersteller entsprechen muss, unterscheiden sich. In Europa gilt die Atex Richtlinie – im internationalen Bereich IECEx (beispielsweise in Australien). Darüber hinaus kommen unterschiedliche Regularien zum Beispiel in Kanada, den USA oder Korea zur Anwendung.

Hahn führt zudem den chinesischen Markt an, für den seit 2020 die China Compulsory Certification (CCC) notwendig ist. All dies kann R. Stahl für Bedien- und Beobachtungssysteme, für Steuerungen und Verteilungen, Signalgeräte, Automatisierungssysteme, Leuchten und viele weitere Komponenten gewährleisten. Zudem holt sich Stefan Hahn regelmäßig das Detailwissen seiner Partner ab: Sei es über die Ex-Vorschriften in China oder Korea oder über die Eignung von Bedien- oder Meldegeräten bei besonders rauen Bedingungen, etwa bei extremen Außentemperaturen. Hahn lobt: „Die Spezialisten von R. Stahl waren da bisher immer sehr kompetente Ansprechpartner.“

Gefahrenminimierung auch bei Fehlbedienung

Der Explosionsschutz muss auch dann funktionieren, wenn durch einen Bedienfehler größere Mengen LNG austreten. Hahn schildert einen Fall im Jahr 2000, als ein Bediener einer pakistanischen Anlage aus Versehen manuell Not-Aus auslöste. „Der Verladearm mit Zwölf-Zoll-Rohren schoss wie eine Rakete nach hinten weg und es trat eine große Menge LNG aus. Auch in diesem Fall muss die Hydraulik dafür sorgen, dass die Anlage nicht beschädigt wird – und die Elektrik, dass es nicht zur Explosion kommt.“ Das gilt selbstverständlich auch bei einer Nottrennung, die das Steuerungssystem initiiert, beispielsweise bei übermäßiger Schiffsbewegung oder wenn der LNG-Tanker vom Entladeterminal abdriftet. Eine Nottrennkupplung vermeidet in diesem Fall Beschädigungen und auch den Austritt von LNG weitgehend.

Steigende Nachfrage nach Schiff-zu-FSRU-Verladung

Auch die Schiff-zu-Schiff-Verladung ist mithilfe der Verladearme möglich, wobei dabei eines der Schiffe als Regasifizierungseinheit genutzt wird und die meiste Zeit fest in einem Hafen vor Anker liegt. Diese Konstellation haben die Experten unter anderem in Brasilien, Argentinien, Kuwait und Pakistan umgesetzt. FSRUs (Floating Storage and Regasification Units) sind auch für die ersten LNG-Terminals Deutschlands in Wilhelmshaven und Brunsbüttel geplant, wo sie als schwimmende Speicher- und Regasifizierungseinheiten zum Einsatz kommen. Weitere aktuelle Projekte gibt es in Finnland und Estland.

Überschwemmung am Mississippi – das Gehäuse ist dicht

Bei jedem neuen Projekt gilt es für Hahn, zunächst einmal Informationen zusammenzutragen. Wichtig sind Details über den künftigen Standort, nicht zuletzt wegen der dortigen Ex-Schutzvorschriften. Aber auch die Außentemperaturen sowie etwaige Erdbeben- oder Hochwassergefahren sind von Belang für die Hydraulik-Auslegung. Hahn erinnert sich: „Zwei unserer Aggregate am Mississippi wurden komplett überflutet. Wir mussten die kompletten Hydraulikanlagen leeren, säubern und neu in Betrieb nehmen – ein riesiger Aufwand. Hätten wir von der Hochwassergefahr gewusst, hätten wir die Hydraulik auf ein Podest platziert.“

Tatsächlich war auch die komplette Elektrosteuerung unter Wasser. Doch das Gehäuse es Exsxgutz-Experten hielt dicht. Die Liste der Rahmenbedingungen, die die Luvra-Projektierer wissen wollen, ist noch sehr viel länger – und Hahn legt größten Wert darauf, dass sie beantwortet wird. Viele Details davon interessieren auch die Ingenieure von R. Stahl. Sales-Manager Christian Pflugfelder weiß: „Bei der Auswahl unserer elektrischen Komponenten ist es natürlich auch von Bedeutung, welche Umgebungstemperaturen am Aufstellort herrschen, da diese für eine korrekte Berechnung der Verlustleistung wichtig sind.

Zuverlässigkeit und Redundanz gegen Millionen-teuren Ausfall

Gerade bei den LNG-Verladeeinrichtungen ist die Kompaktheit der Steuerung, die mit Hilfe von Ex d-Gehäusen ermöglicht werden, von besonderer Bedeutung. Integriert werden muss häufig auch Sensorik, die der Verladearm-Hersteller zur Überwachung nutzt. Luvra stellt sicher, dass die Eigensicherheit der gesamten Stromkreise nachgewiesen wird. Wie die Hydraulik muss auch die Elektrik robust, zuverlässig und langlebig sein. Redundanz sorgt bei vielen Funktionen dafür, dass die Entladestation niemals ausfällt. So wird beispielsweise eine Funksteuerung mit einer kabelgebundenen Steuereinheit ergänzt, die einen Totalausfall im Fehlerfall verhindert. „Einen Tag lang nicht verladen können“, sagt Hahn, „das ist das Schlimmste, was sich der Kunde vorstellen kann, „da stehen bei LNG locker 50 Millionen Euro auf dem Spiel.“

Nicht nur kompetente Beratung zu Ex-Schutz-Fragen und zuverlässige Produkte kommen aus WAldenburg. Das Unternehmen übernimmt – auf Basis der Elektropläne von Stefan Hahn – auch den Bau der Ex d-Steuerungen. Bei größeren Projekten kommt oft das Remote I/O-System IS1+ zum Einsatz. Pflugfelder erläutert: „Damit können wir viele Signale einfach zusammenführen. Zudem hat Luvra die Freiheit, genau die Steuerungen von Drittanbietern einzusetzen, die der Endkunde möchte.“

Weiteres Equipment wie Signalhupen und Blitzleuchten sind bei jedem Projekt dabei. Am Ende sieht jede Steuerung anders aus, auch abhängig davon, wieviel Aktorik und Sensorik im jeweiligen Projekt eingesetzt wird. Bei drei Verladern kommt da schon Einiges an Ventilen, Motoren und Sensoren zusammen. Wenn dann noch Redundanz gefordert ist, kann es richtig groß werden. „In diesem Fall versuchen wir, die Lösung im Non-Ex-Bereich zu platzieren, wenn die Kabelwege dann nicht allzu lang werden“, berichtet Hahn. Eine Steuerung auf Träger, vier Meter lang und zwei Meter hoch, aus aneinandergereihten Ex d-Gehäusen gab es aber auch schon.

Befruchtende, partnerschaftliche Zusammenarbeit

In den 25 Jahren der Kunden-Lieferanten-Beziehung von beider Unternehmen bereits die unterschiedlichsten Lösungen entstanden. „Die Zusammenarbeit war immer sehr konstruktiv. Die Engineering-Experten bei R. Stahl sind sehr kompetent. Und wenn ich einen Vorschlag zur Optimierung hatte, dann wurde darauf eingegangen“, erinnert sich Hahn. So entstand unter anderem in partnerschaftlicher Zusammenarbeit eine „Standardlösung“ als Basis für bis zu 80 Prozent aller Luvra-Anlagen.

„Make it simple!“ war die Devise. Das widerspricht keineswegs dem Anspruch, immer genau die Elektrohydraulik-Lösung zu schaffen, die für das jeweilige Projekt die optimale ist. Auch in Sachen Verdrahtung wurde optimiert, lobt Hahn, der seit einiger Zeit von einfach einzurastenden Fronteinbauteilen profitiert. Den Push, den die LNG-Industrie jüngst erhalten hat, wird sicherlich noch weitere Lösungen hervorbringen und die gute Kunden-Lieferanten-Beziehung beider Unternehmen weiter festigen.

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