Kraftstoffüberwachung für Dieselgeneratoren im Rechenzentrum – wie man das macht und warum es so wichtig ist?

Die Qualität der Stromversorgung ist der wichtigste Indikator für das Service-Level eines modernen Rechenzentrums. Das ist verständlich: Alle Geräte, die für den Betrieb eines Rechenzentrums notwendig sind, benötigen Strom. Ohne Strom funktionieren Server, Netzwerke, Ingenieursysteme und Speicherlösungen nicht, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist.  

Wir erläutern, welche Rolle Diesel-Treibstoff und unser Qualitätssicherungssystem bei der unterbrechungsfreien Betriebsweise von Linxdatacenter in St. Petersburg spielen. 

Sie werden überrascht sein, aber die Spezialisten des Uptime Institute legen bei der Zertifizierung von Rechenzentren gemäß den Branchenstandards hauptsächlich Wert auf die Qualität der Dieselgeneratoren, wenn sie die Stromversorgungssysteme bewerten. 

Warum? Der unterbrechungsfreie Betrieb eines Rechenzentrums spielt eine zentrale Rolle für die digitale Wirtschaft. Die Realität sieht so aus: Ein Stromausfall von 15 Millisekunden reicht bereits aus, um Geschäftsprozesse zu stören, was spürbare Konsequenzen für den Endnutzer hat. Ist das viel oder wenig? Eine Millisekunde (ms) ist eine Zeitspanne, die ein Tausendstel einer Sekunde entspricht. Fünf Millisekunden sind die Zeit, die eine Biene benötigt, um einen Flügelschlag zu machen. Um zu blinzeln, benötigt der Mensch 300—400 ms. Eine Minute Ausfall kostete Unternehmen bereits 2013 im Durchschnitt 7900 Dollar, so die Daten von Emerson. Angesichts der zunehmenden Digitalisierung der Wirtschaft können die Verluste Hunderttausende von Dollar für jede 60 Sekunden Ausfall betragen. Die Wirtschaft verlangt von den Unternehmen eine 100%-ige Verfügbarkeit. 

Und trotzdem, warum gelten Dieselgeneratoren nach dem UI als Hauptquelle der Stromversorgung? Weil das Rechenzentrum im Falle des Ausfalls der Hauptstromnetze auf sie als einzige Energiequelle angewiesen ist, um den Betrieb aller Systeme bis zur Wiederherstellung der Stromversorgung über die Hauptkanäle aufrechtzuerhalten.   

Für unser Rechenzentrum in Sankt Petersburg spielen Fragen zu den Energiequellen eine besonders wichtige Rolle: Das Rechenzentrum ist völlig unabhängig vom städtischen Netz und wird mit Strom aus einem Gasmotor-Kraftwerk mit einer Leistung von 12 MW versorgt. Wenn die Gasversorgung aus irgendwelchen Gründen unterbrochen wird, wechselt das Rechenzentrum auf den Betrieb mit Dieselgeneratoren. Zuerst werden die unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) aktiviert, deren Kapazitäten für 40 Minuten unterbrechungsfreien Betrieb des Rechenzentrums ausreichen; die Dieselgeneratoren werden innerhalb von 2 Minuten nach der Abschaltung des Gasmotorenkraftwerks gestartet und arbeiten mit dem vorhandenen Kraftstoffvorrat noch mindestens 72 Stunden. Gleichzeitig tritt ein Vertrag mit dem Kraftstofflieferanten in Kraft, der verpflichtet ist, die vereinbarten Mengen innerhalb von 4 Stunden zum Rechenzentrum zu liefern. 

Die Vorbereitung auf die Zertifizierung durch das Uptime Institute zur Einhaltung der Management- und Betriebsstandards hat uns dazu gebracht, besondere Aufmerksamkeit auf den Prozess der Kraftstofflieferung für Dieselgeneratoren, die Kontrolle der Qualität, die Interaktion mit Lieferanten usw. zu legen. Das ist logisch: Die Qualität des Betriebs des Kernkraftwerks in Sosnovy Bor hängt von uns nicht ab, aber für unseren Bereich des Elektrizitätsnetzes müssen wir vollständig verantwortlich sein. 

Dieselkraftstoff für das Rechenzentrum: Worauf man achten sollte 

Damit die Generatoren lange, zuverlässig und wirtschaftlich arbeiten, ist es wichtig, nicht nur zuverlässige Technik zu kaufen, sondern auch den richtigen Dieselkraftstoff auszuwählen.

Offensichtlich hat jeder Kraftstoff eine Haltbarkeit von 3-5 Jahren. Er variiert auch stark in verschiedenen Parametern: Ein Typ eignet sich für den Einsatz im Winter, während ein anderer dafür völlig ungeeignet ist und seine Verwendung zu einem großflächigen Unfall führen könnte. 

All diese Punkte müssen sorgfältig überwacht werden, um eine Situation zu vermeiden, in der die Dieselgeneratoren aufgrund von abgelaufenem oder saisonal ungeeignetem Kraftstoff nicht starten.

Einer der wichtigsten Klassifizierungsparameter ist der Typ des verwendeten Kraftstoffs. Die hohe Leistung und Zuverlässigkeit der Geräte wird bereits durch die Qualität des gewählten Typs von einem bestimmten Lieferanten beeinflusst. 

Die richtige Auswahl des Dieselkraftstoffs bietet folgende Vorteile: 

• hoher Wirkungsgrad; 
• Wirtschaftlichkeit und niedrige Kosten; 
• hohes Drehmoment; 
• hohe Kompressionsrate.

Zahl der Cetane 

Tatsächlich hat Dieselöl viele Eigenschaften, die Sie im Produktblatt einer bestimmten Charge überprüfen können. Für Fachleute sind jedoch die Hauptkriterien zur Bestimmung der Qualität dieses Kraftstoffs die Cetanzahl und die Temperatureigenschaften. 

Die Cetanzahl im Dieselöl bestimmt die Startfähigkeit, d.h. die Fähigkeit des Kraftstoffs zur Zündung. Je höher diese Zahl ist, desto schneller verbrennt der Kraftstoff im Zylinder – und desto gleichmäßiger (und sicherer!) brennt das Gemisch aus Diesel und Luft. Der Standardbereich liegt zwischen 40 und 55. Qualitativ hochwertiges Dieselöl mit einem hohen Wert der Cetanzahl sorgt für: die minimale Zeit, die zur Erwärmung und Zündung benötigt wird, einen gleichmäßigen Betrieb und Wirtschaftlichkeit sowie eine hohe Leistung.

Reinigung von Dieselöl 

Das Eindringen von Wasser und mechanischen Verunreinigungen in Dieselöl ist gefährlicher als bei Benzin. Solcher Kraftstoff kann unbrauchbar werden. In einigen Fällen können mechanische Verunreinigungen als Ablagerungen am Boden des Dieselölbehälters festgestellt werden.
Wasser trennt sich ebenfalls vom Kraftstoff und setzt sich am Boden ab, was dessen Vorhandensein zeigt. In nicht abgesetztem Dieselöl verursacht Wasser eine Trübung.

Die Verbesserung der Betriebseigenschaften kann durch die Reinigung des Dieselöls erreicht werden. Dazu gibt es spezielle Anlagen und Filtersysteme. Die Wahl der Ausrüstung für diesen Prozess hängt davon ab, wovon der Kraftstoff gereinigt werden muss – von Paraffin, mechanischen Verunreinigungen, Schwefel oder Wasser. 

Der Anbieter ist verantwortlich für die Qualität der Kraftstoffreinigung, daher ist es wichtig, ein Kontrollsystem für den Anbieter zu haben, über das wir im Folgenden sprechen werden, und zusätzliche Maßnahmen nicht zu vergessen. So haben wir zur Nachreinigung des Kraftstoffs Separatoren am Kraftstoffleitung jedes Dieselgenerators installiert. Diese verhindern, dass mechanische Partikel und Wasser in den Generator gelangen.

Kraftstoffseparator.

Wetterbedingungen

Im Streben nach Qualität und einem erschwinglichen Preis für den Kraftstoff vergessen Unternehmen oft die Temperatur, bei der die Station arbeiten soll. Manchmal schadet die Wahl eines Kraftstoffs "bei jedem Wetter" nicht besonders. Aber wenn die Station im Freien genutzt wird, sollte der Kraftstoff gemäß den klimatischen Gegebenheiten ausgewählt werden.

Hersteller unterteilen Dieselkraftstoff in Sommer-, Winter- und „arktischen“ Kraftstoff – für extrem niedrige Temperaturen. In Russland ist die Norm ГОСТ 305-82 für die Einteilung des Kraftstoffs nach den Jahreszeiten zuständig. Das Dokument schreibt vor, dass Sommertreibstoffe bei Temperaturen über 0 °C verwendet werden. Winterkraftstoff eignet sich für Temperaturen bis -30 °C. „Arktischer“ Kraftstoff – bei Kälte bis -50 °C.

Um einen stabilen Betrieb der Dieselgeneratoren zu gewährleisten, haben wir uns entschieden, Winterdieselkraftstoff bei -35℃ zu beschaffen. So müssen wir uns keine Gedanken über saisonale Wetteränderungen machen.

Wie wir den Kraftstoff prüfen

Damit Dieselgeneratoren zuverlässig arbeiten, muss sichergestellt werden, dass der Lieferant genau den Kraftstoff liefert, den Sie benötigen. 

Wir haben lange über eine Lösung dieses Problems nachgedacht und verschiedene Möglichkeiten zur Probenahme und Analyse in speziellen Laboren in Betracht gezogen. Dieser Ansatz erfordert jedoch Zeit, und was ist zu tun, wenn die Analysen unbefriedigend ausfallen? Die Charge ist bereits geliefert – Rücksendung, Neubestellung? Und wie soll man vorgehen, wenn diese Neubestellung in den Zeitraum fällt, in dem die Generatoren gestartet werden müssen? 

Und dann haben wir entschieden, die Qualität des Kraftstoffs vor Ort mit Hilfe von Oktanometern zu messen, konkret – mit dem SHATOX SX-150. Dieses Gerät ermöglicht eine Schnellanalyse des gelieferten Kraftstoffs und bestimmt nicht nur die Cetanzahl, sondern auch die Niederschlagstemperatur und die Art des Kraftstoffs.

Der Arbeitsprinzip eines Oktanometern basiert auf dem Vergleich der Oktan-/Cetanzahlen von zertifizierten Proben von D/benzin mit dem zu prüfenden D/benzin. In den speziellen Prozessor wurden die verwendeten Tabellen zertifizierter Kraftstoffarten eingegeben, die das Interpolationsprogramm mit den Parametern der entnommenen Probe und den Temperaturkorrekturen vergleicht.

Dieses Gerät ermöglicht die Ermittlung von Kraftstoffqualitätsergebnissen in Echtzeit. Die Regeln zur Messung der Kraftstoffqualität mit dem Oktanometer sind im Regelwerk für den Betriebsdienst festgelegt.

Funktionsprinzip des Oktanometers

1. Der Sensor des Geräts wird auf einer ebenen Fläche installiert und mit dem Messgerät verbunden.
2. Das Gerät wird bei leerem Sensor eingeschaltet. Auf dem Messgerät werden Nullwerte für CETANE angezeigt:
   • Cet = 0.0;
   • T fr = 0.0.
3. Nach der Überprüfung der Funktionsweise des Geräts muss der Sensor bis zur vollständigen Befüllung mit Kraftstoff gefüllt werden. Der Mess- und Aktualisierungsprozess dauert nicht länger als 5 Sekunden.
4. Nach der Messung werden die Daten in eine Tabelle eingetragen und mit den Normwerten verglichen. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Zellen mit automatischer Farbmarkierung versehen. Bei zulässigen Werten wird grün angezeigt, bei unzulässigen Werten rot, was eine zusätzliche Überprüfung der gelieferten Kraftstoffparameter ermöglicht.
5. Für uns haben wir die folgenden normalen Werte für die Kraftstoffqualität festgelegt:
   • Cet = 40-52;
   • Tfr = von minus 25 bis minus 40.

Tabelle zur Erfassung der Kraftstoffressourcen

S – Sommerkraftstoff, W – Winterkraftstoff, A – arktischer Kraftstoff.

PROFIT! oder wie es funktioniert 

Tatsächlich haben wir die ersten Ergebnisse des Projekts sofort nach dem Start des Kontrollsystems erhalten. Die erste Kontrolle zeigte, dass der Lieferant Kraftstoff geliefert hatte, der nicht den angegebenen Parametern entsprach. Infolgedessen haben wir den Tankwagen zurückgeschickt und um einen Austausch der Charge gebeten. Ohne das Kontrollsystem hätten wir ein Problem mit dem Start des Dieselgenerators aufgrund der niedrigen Kraftstoffqualität haben können.

Im groben strategischen Rahmen gibt ein solches Niveau der Überlegtheit bei der Qualitätskontrolle vollständige Sicherheit in der ununterbrochenen Energieversorgung des Rechenzentrums, wenn wir uns vollständig auf uns selbst bei der Lösung der Aufgabe der Unterstützung eines 100%-igen Betriebsmodus verlassen können. 

Und das sind nicht nur Worte: wir sind wahrscheinlich das einzige Rechenzentrum in Russland, das während einer Produktvorführung für einen Kunden auf die Anfrage "Können Sie sich von der Hauptstromversorgung trennen, um den Übergang zur Notstromversorgung zu demonstrieren?" zustimmt und sofort, vor Ort, alle Geräte jederzeit auf die Notstromversorgung umstellt. Das Wichtigste ist, dass jeder Mitarbeiter mit dem entsprechenden Berechtigungsgrad dies tun kann: Die Prozesse sind in ausreichendem Maße optimiert, um nicht von einem bestimmten Ausführer abhängig zu sein – so sicher sind wir in dieser Hinsicht.
 
Übrigens sind wir nicht die einzigen: Der Prozess der Qualitätskontrolle von Diesel bei der Zertifizierung durch das Uptime Institute erregte die Aufmerksamkeit der Auditoren der Organisation, die ihn als branchenübliche Best Practices vermerkten.

Quelle: habr.com