Zuverlässige Positionierung in explosionsgefährdeter Umgebung

Die Europäische Union hat sich das Ziel für 2020 gesetzt 20 Prozent der Energie sauber zu gewinnen. D.h. diese 20 Prozent müssen aus erneuerbaren Energieträgern gewonnen werden. Dieses Ziel verfolgt zum einen die Umwelt zu entlasten und zum anderen die Abhängigkeit von Öl zu verringern. Jedoch sind die Einsatzgebiete von Öl vielfältig, so wird Öl nicht nur als Energiequelle verwendet, sondern ist auch in verschiedenen Industrien der Ausgangstoff für die Produktion wie z.B. Kunststoffherstellung. Das bedeutet, dass bei steigendem Energie- und Rohstoffbedarf Öl auch noch über die nächsten Jahrzehnte einen der wichtigsten Rohstoffe darstellt. Da der Bedarf an Öl höher ist wie die Entdeckung neue Ölquellen und sich der Ölpreis auf einem sehr hohen Niveau befindet, steigt die Lukrativität von Förderung schwierig zugänglicher Ölfelder wie z.B. bei Tiefseebohrungen. Solche Bohrungen fordern einen sehr hohen Grad an Automatisierung und höchste Sicherheitsvorkehrungen. Was passieren kann, zeigt unter anderem Deepwater Horizont im Golf von Mexiko 2010. Die hohe Explosionsgefahr ist in Petrochemischen Anlagen allgegenwärtig. Jede dort verbaute Komponente muss daher explosionsgeschützt zertifiziert sein, wie der neue Drehgeber AX65 von Hengstler.

Explosionsgeschützter Drehgeber AX65

explosionsgeschützter Drehgeber AX65

Über viele Jahre hat Hengstler in Zusammenarbeit mit seinen Kunden Erfahrungen und Know How beim Entwickeln und Applizieren von Drehgebern in rauer Umgebung sammeln können. Das neueste Produkt der Familie explosionsgeschützter Drehgeber ist der AX65. Dieser verfügt über eine hohe IP-Klassifizierung (IP66 und IP67) und wird nach ATEX, und IECex zertifiziert. Die Zertifizierung beinhaltet den Bereich Bergbau, Staub und Gas, wodurch er weltweit in den verschiedensten Applikationen wie z.B. auf Ölplattformen, in der Chemieindustrie oder im Tunnelbau eingesetzt werden kann.

Robust, flexibel und kompakt

Der AX65 verbindet die geforderte Robustheit aus der Schwerindustrie mit der Kompaktheit von Industriegebern. In einem kompakten, korrosionsbeständigen 59 mm Edelstahlgehäuse verbaut, kann er hohe Lagerlasten bis zu 300 N aufnehmen. Das bedeutet für den Anwender, dass er teilweise auf Schutzkäfige für den Drehgeber, die unter anderem als Steigbügel verwendet werden, verzichten kann und somit Kosten spart. Durch seine robuste magnetische Abtastung und den Einsatz eines verschleißfreien, energieautarken elektronischen Multiturns ist der AX65 extrem zuverlässig und liefert auch nach einem Stromausfall stets die richtige Position. Die aufschraubbare und somit auch leicht abnehmbare Anschlusshaube ermöglicht einen einfachen Zugang zu den Kontrollelementen und der Klemmleiste. Durch die Kontrollelemente kann der Anwender z.B. die Baudrate und ID abhängig vom Einsatzfall vor Ort einstellen. Darüber hinaus kann der Drehgeber getrennt vom Kabel getauscht werden. Dies stellt einen großen Vorteil dar, da auf Plattformen zum Teil Drehgeber in 30-40 m hohen Riggs angebaut werden. Dabei kann man sich vorstellen, dass 40 m lange Kabel sehr schwer sind und diese in Kabelschächten verlegt werden müssen. Bisher musste bei einem Austausch des Gebers das Kabel komplett neu verlegt werden, was auf hoher See eine echte Herausforderung sein kann. Das unabhängige Verlegen und Austauschen von Kabel und Geber hat im Servicefall nicht nur sicherheitstechnische Vorteile sondern spart auch entscheidenden Kosten.

Anwendungen

Auf den heutigen Bohrplattformen kommen die Top Drives – zu Deutsch Kraftdrehköpfe – zum Einsatz. Als Ersatz für die mechanisch aufwendigeren Drehtischantriebe auf den Off- und On-shore-Bohranlagen treibt ein Kraftdrehkopf den Bohrstrang an. Die mächtige Antriebsmaschine befindet sich während des Bohrens auf dem oberen Ende des Bohrstrangs, daher die Bezeichnung Top Drive. Um mit dem Bohrgestänge überhaupt bohren zu können, muss der Top Drive verfahrbar im Mast der Bohranlage gelagert sein. In den meisten Fällen wird er mittels einem Flaschenzug bewegt und gehalten, der vom Hebewerk der Bohranlage angetrieben wird. Eine zusätzliche Belastung während des Bohrprozesses nach dem Rotary-Bohrverfahren ist die Weiterleitung der unter hohem Druck stehenden Bohrspülung in das angeschlossene Bohrgestänge. Ferner muss der Top Drive die gesamte Masse des Bohrstranges, die über 1000 Tonnen wiegen kann, mechanisch durch Hebewirkung hochziehen und gleichzeitig drehen können. Um den Top Drive samt Bohrgestänge präzise verfahren zu können, befinden sich am Seil-Hebewerk mehrere Drehgeber des Typ AX65 von Hengstler. Der AX65 misst die Hebeverfahrwege des Top Drives, um eine Positionsrückführung in unterschiedlichen Achsen durchzuführen. Eine genaue Position wird z.B. bei der Anbindung unterschiedlich langer Rohre benötigt. Ferner erfasst der AX65 die Längenmessung in Kombination mit Seilzügen für den Verfahrweg des Top Drives. In Addition aller Verfahrweg-Messungen sind Berechnungen einer Gesamtlänge des Bohrgestänges von mehreren Tausend Metern in die Tiefe möglich. Ist der Bohrkopf verschlissen und muss ausgetauscht werden, so wird das gesamte Bohrgestänge nach oben gezogen. Dabei wird Rohr für Rohr oder nach zwei bzw. drei Rohren das Bohrgestänge demontiert. Der Bohrkopf hat die Aufgabe, das Gestänge zu drehen, die vereinzelten Rohre zu heben und seitlich in Halterungen abzustellen. Wenn man bedenkt, dass ein einzelnes Bohrrohr nur ca. 19 m lang ist, so ist es errechenbar, wie oft solche Vorgänge ablaufen müssen, bis der verschlissene Bohrkopf aus 4000 Meter Tiefe zu Tage gehoben ist. Für solche Hebearbeiten sind große, ausfallsichere, leistungsstarke Hebewerke ein wichtiger Bestandteil an jeder Bohranlage.

Hebewerk auf einer Bohrplattform

Hebewerk einer Ölplattform (www.shutterstock.com)

Das Hebewerk spult das Drahtseil des Flaschenzuges, das den Top Drive samt dem Bohrstrang bewegt, auf und ab. Über das Hebewerk lässt sich zudem die Last auf den Bohrmeißel steuern. Hebewerke unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Leistung, den verwendbaren Seildurchmesser, die Getriebeart (Kettentrieb- oder Zahnrad-Getriebe) und ihre Betriebsart (Freifall- oder 4-Quadrantenbetrieb). Die Aufgabe der Drehgeber, die an dem Hebewerksantrieben angeflanscht sind, sind die exakten Positionsrückführungen für die bewegten Distanzen, die sich bei diesen besonders schweren Lasten von Bohrdrehkopf plus dem sehr langen Bohrgestänge inklusive dem Bohrmeißel ergeben. Für den sicheren Ablauf des Verfahrens muss der Drehgeber eine genaue, ausfallsichere Geschwindigkeitsrückführung für die Seilbewegung gewährleisten.

Extreme Anforderungen auf der Bohrinsel

Eine Herausforderung für den Drehgeber stellen die extremen Bedingungen dar. Hier sind folgende hervorzuheben: der explosionsgefährdete Bereich, sowie raue Bedingungen wie Seewasser, Sturm, Eis und Schnee. Der Drehgeber muss in einer mechanisch stabilen Ausführung gebaut sein, um den starken Stößen und Schlägen, die auf einer Bohrplattform bei der Montage der Rohre entstehen, standzuhalten. Ein sicherer elektrischer Anschluss sowie die schnelle Inbetriebnahme des Drehgebers vor Ort tragen mit dazu bei, Kosten und Zeit zu sparen. Jede Ausfallminute der Bohranlage schlägt mit tausenden von Dollar zu Buche.

Die Lösung für solche extreme Anwendungsfälle bietet die Firma Hengstler:

Drehgeber AX65 in explosionsgeschützter Heavy Duty Ausführung

Mit dem Drehgeber AX65 bietet Hengstler sowohl für den Offshore-Einsatz auf Bohrplattformen als auch in anderen explosionsgefährdete Bereichen die passende Lösung an. Seine explosionsgeschützte Heavy Duty Ausführung weist eine hohe Schutzart bis IP67 aus. Sein hochwertiges Edelstahlgehäuse macht den AX65 resistent gegen das aggressive Seewasser. Da keine Glasscheibe als Decoderscheibe eingesetzt wird, sondern die Abtastung magnetisch erfolgt, ist der AX65 besonders robust gegen harte Stöße und Schwingungen. Der extrem robuste Aufbau zeichnet sich durch die Verwendung von sehr leistungsfähigen Kugellagern aus. Die Lager nehmen axiale und radiale Kräfte bis zu 300 N auf. Der AX65 ist für Schockfestigkeit bis 200 g ausgelegt. Die Vibrationsfestigkeit wurde bis 20 g erfolgreich getestet. Mit seinen Maßen von 70 mm Bautiefe und 59 mm Durchmesser ist der AX65 einer der kompaktesten Drehgeber seiner Klasse. Weitere Vorteile des AX65:

  • einfache Installation im Feld
  • leichter Zugang zum Kontrollelement (DIP), das samt Klemmleiste unter der verschraubten Edelstahlhaube befindet
  • schnelle Installation bei Montage oder Wartungsarbeiten
  • Wahlmöglichkeit des geeigneten Kabels vor Ort
  • Im Service-Fall kann Sensor und Kabel getrennt voneinander ausgetauscht werden

Der AX65 ist mit folgende Busschnittstellen vorbereitet: SSI, CANopen und Profibus. Mit dem AX65 ist es Hengstler gelungen, einen Drehgeber für den explosionsgefährdeten Bereich anzubieten, der nicht nur die wichtigen und weltweit anerkannten Zertifizierungen nach ATEX und IECex erfüllt, sondern auch den Anforderungen im Heavy Duty-Einsatz durch seine robuste, kompakte Konstruktion standhält.

Verschleißfrei durch magnetisch Abtastung

Der Drehgeber AX65 verwendet sowohl für den Single- als auch für den Multiturn eine magnetische Abtastung. Für die Singleturn-Abtastung detektiert ein spezielles Hallelement, mit dem eine Auflösung von 12 Bit erreicht wird. Standardmäßig ist eine Multiturn-Auflösung von 12 und 16 Bit möglich. Zur Erfassung und Ausgabe der Anzahl Umdrehungen ist der AX65 mit einem neuen elektronischen Multiturn ausgestattet. Dieser arbeitet völlig energieautark, kontaktlos und ohne Getriebe und anderen bewegten Bauteilen. Da keine Batterie zu Einsatz kommt, arbeitet der AX65 völlig autark.