Es gibt noch viel zu tun

Instandhaltung im Wandel: Neue Strategien erhöhen die Anlagenverfügbarkeit

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03.09.2013 Die Prozessindustrie in Deutschland sieht sich mit ihren Produktionsanlagen immer stärker mit steigenden Rohstoff- und Energiekosten konfrontiert. Unter der Berücksichtigung des hohen eigenen Anspruchs an die Nachhaltigkeit einer umweltgerechten und sicheren Produktion sind innovative Konzepte für das wirtschaftliche Betreiben von Anlagen gefragt. Um diese zu erreichen, müssen Anlagen effizienter betrieben werden.

Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Ziel eines jeden Unternehmens muss sein, eine zustandsbasierte oder prädiktive Instandhaltung durchzuführen.
  • Diese Vorgehensweise hat auf den klassischen Betrieb einer Anlage immense Auswirkungen hinsichtlich Kostenreduktion bei der Lagerhaltung, aber auch bezüglich der Größe der Instandhaltungsmannschaft.

Neben Ansätzen zum optimierten Rohstoffeinsatz und der Reduktion des Energiebedarfs wird generell die Steigerung der Anlagenverfügbarkeit immer wichtiger. Dies erfordert neue Ansätze und Methoden für das Asset Management. Ziel ist die Planbarkeit der Wartung, und diese beginnt unter der Berücksichtigung der Anlagenverfügbarkeit und der Instandhaltungsstrategie bei dem Design einer Anlage.

Design für Anlagenverfügbarkeit
In den vergangenen Jahrzehnten wurden Anlagen geplant und gebaut mit dem Ziel, möglichst kostenoptimiert und schnell in großen Mengen das geforderte Produkt zu produzieren, ohne den gesamten Lebenszyklus zu betrachten. Man plante alljährlich einen Anlagenstillstand ein, um die wartungsbedürftigen Teile zu warten. Heute ist dieses Vorgehen im Sinne der Wettbewerbsfähigkeit nicht mehr State of the art. Gerade bei kontinuierlichen  Prozessen und  World-scale-Anlagen ist es wichtig, zu längeren Laufzeiten zu kommen. Wartungszyklen alle zwei bis fünf Jahre sind der Garant für eine effiziente Produktion.
Unvorhergesehene Ausfälle von Assets, wie zum Beispiel Kühler, Pumpen oder Ventile, können zu Stillständen von Segmenten bzw. der ganzen Anlage führen. Ungeplante Anlagenstillstände haben schmerzhafte Produktionsausfälle zur Folge, die schlimmstenfalls zum Verlust von Marktanteilen führen. Zumindest führen sie zu beträchtlichen Umsatzverlusten des Produzenten. Dies gilt es schon bei dem Engineering durch die Auswahl der richtigen Assets und eine entsprechende Asset-Strategie zu verhindern. Das muss bereits im Anlagendesign berücksichtigt werden und wird heute mit dem Begriff Design for Reliability bezeichnet. Es ist notwendig, in allen Projektphasen das Design auch unter den Gesichtspunkten der Verfügbarkeit zu analysieren, Schwachstellen zu lokalisieren und durch richtige
Redundanzen in der Prozessführung, passende Instandhaltungsstrategien  oder durch die Auswahl der richtigen Geräte-, Apparate- und Automatisierungstechnik zu beseitigen. Kompromisse in der Qualität sowohl in der Planung als auch in der Technik werden sich später im Betrieb der Anlage rächen.

Instandhaltungsstrategien bei bestehenden
Anlagen

In der Vergangenheit war es das Ziel der Instandhaltung, Reparaturen an der installierten Technik vorzunehmen, wenn diese ausgefallen war. Diese traditionelle Vorgehensweise ist teuer und nicht effizient. Sie beruhte auf dem Gedanken, die Assets einer Anlage zu verschleißen bis diese versagen. Genau dieser Ansatz führte zu ungeplanten Stillständen und zu erheblichen Produktionsausfällen. Hinzu kommt, dass benötigte Ersatzteile nicht vorhanden oder verfügbar sind. Solche Ausfälle können auch zu weiterführenden kritischen Schäden in einer Anlage und damit zu unnötigem Verschleiß führen. In den letzten Jahren hat hier ein gewaltiger Wandel hin zu vorbeugender Wartung stattgefunden. Ziel ist der Erhalt der Funktionsfähigkeit der Anlage. Auf Basis der statistischen Erfahrung und Überwachung des Zustands werden Komponenten oder Anlagenteile nur noch zeit- oder lastbasiert ausgetauscht.
In modernen Anlagen muss das Ziel sein, eine zustandsbasierte, vorrausschauende oder prädiktive Instandhaltung durchzuführen. Dies bedeutet, die Assets einer Anlage so genau zu kennen, beispielsweise durch regelmäßige Inspektionen und intelligenten Umgang mit bestehender Datenbasis, dass man deren Standzeit weiß und sie in einem proaktiven Instandhaltungskonzept berücksichtigt. Dies sollte dazu führen, dass es für den Betreiber nur noch planbare Wartungsarbeiten gibt, die in geplanten Stillständen durchgeführt werden. Sind diese Methoden bei dem Anlagenbetreiber und den Servicegesellschaften entwickelt, werden eine hohe Anlagenverfügbarkeit und ein effizienter Betrieb gewährleistet. Diese Vorgehenseise hat auf den klassischen Betrieb einer Anlage immense Auswirkungen hinsichtlich Kostenreduktion bei der Lagerhaltung, aber auch bezüglich der Größe der Instandhaltungsmannschaft. Turn­arounds und die dazu gehörigen Ressourcen werden mit hoher Präzision planbar.

Modernes Plant Asset Life Cycle Management
Wie schon angedeutet, müssen Fehler verhindernde Konzepte im Mittelpunkt der Aktivitäten stehen, um Instandhaltung planbar zu machen. Parallel gilt das Ziel, die Anlagenverfügbarkeit weiter zu steigen. Methoden, die hierbei zur Anwendung kommen, sind beispielsweise:

  • Condition Monitoring;
  • Failure Mode and Effects Analysis (FMEA);
  • Reliability Centered Maintenance (RCM);
  • Risk based Inspection (RBI).

Das Condition Monitoring kann sowohl online als auch offline erfolgen. Bei großen sensiblen Anlagenteilen, wie beispielsweise Turboverdichtern, empfiehlt sich der Einsatz von Online Condition Monitoring zur Schwingungsanalyse. Diese Systeme werden von verschiedenen Herstellern angeboten und enthalten auch selbstlernende Fehleranalysesysteme, die es dem Anlagenfahrer bzw. dem Reliability-Ingenieur ermöglichen, kritische Situationen einfach zu erkennen, ohne die Detaildaten aufwendig zu analysieren, zum Beispiel Pumon, eine Bayer-Eigenentwicklung. Selbstverständlich werden gleichzeitig auch weitere Maschinendaten und Prozessparameter erfasst, wie etwa Temperaturen, Durchflüsse, Drehzahlen und sogar Schmiermittelzustand. Bei Standard-Maschinen werden Offline-Methoden, wie Schwingungsanalyse, Thermografie und Ultraschall-Messtechnik, eingesetzt. Dies bedeutet für die eigenen Handwerker eine stetige Fortbildung von der einfachen Schlosser-Tätigkeit hin zum Umgang mit den mobilen Messgeräten, verbunden mit dem Arbeiten mit Datenbanken, die die Fülle der anfallenden Analysewerte aufnehmen, und der Auswertung der Messdaten. Die einfachen Tätigkeiten werden damit zunehmend von Kontraktoren übernommen. Dies ist vorteilhaft, weil hierdurch die Kostenstruktur verbessert wird und gleichzeitig dem zunehmenden Fachkräftemangel bzw. der Alterung der Belegschaft Rechnung getragen wird.
Bei FMEA/RCM-Analysen werden im Team aus betriebserfahrenen Anlagenbetreibern und Instandhaltern unter Moderation eines methodengeschulten Facilitators risikobasierte Anlagenstrategien entwickelt. Dies sind überwiegend vorbeugende Wartungen oder Inspektionen, die auf die jeweiligen speziellen Belastungen und Einsatzfälle der Anlagen ausgerichtet sind und unter Umständen erheblich von den Inspektionsanleitungen der Hersteller abweichen können. Gleichzeitig liefern diese Analysen allen Beteiligten ein vertieftes Verständnis der Fehlerursachen und – soweit diese nicht verstanden sind – werden tiefergehende Root-Cause-FehlerAnalysen (RCFA) durchgeführt, um die Ursachen dauerhaft zu beseitigen. Ferner werden der Ersatzinvestitionsbedarf, Designänderungen, Schulungsbedarf oder zusätzlich erforderliche Standard-Instandhaltungs-Vorschriften erfasst. Hierzu werden datenbankbasierte Asset-Performance-Softwareprogramme, die direkt mit dem Instandhaltungsmanagementsystem – zum Beispiel SAP – verbunden sind, eingesetzt. Dies gewährleistet, dass die Wartungen dem kontinuierlichen Verbesserungsprozess folgend angepasst werden und konsistent in den Softwareprogrammen zur Verfügung stehen.
Bei RBI-Analysen wird die Korrosion in statischen Apparaten, zum Beispiel Behältern, wissensbasiert erfasst. Dies bietet den Vorteil, dass aufwendige Prüfungen, wie etwa bei großen Druckbehältern, durch zielgenaue Ersatzprüfungen durchgeführt werden können. Diese Vorgehensweise wird in Zusammenarbeit mit dem TÜV durchgeführt, so dass die aufwendigen, gesetzlich erforderlichen Behälteröffnungen – eventuell verbunden mit dem Entfernen von Rohrleitungen und Personenschutzmaßnahmen – auf ein Minimum beschränkt werden können. Dies spart nicht nur Kosten, sondern reduziert auch die Stillstandzeit der Anlage und erhöht damit die Anlagenverfügbarkeit.

Das Ziel klar vor Augen
Wie man hier beschrieben sieht, befindet sich die Instandhaltung heute in einem stetigen Wandel.  Beschleunigt wird dieser noch durch die rasch fortschreitende technische Entwicklung der Methoden und  Analysesysteme. Man denke nur an den Einsatz von mobilen Tablet-PCs oder Smartphones, die bereits heute im privaten Bereich weit verbreitet sind, aber in der Chemie erst am Anfang ihres Einsatzes stehen, da sie den besonderen Anforderungen des Explosionsschutzes genügen müssen. Durch den hochgradig vernetzten Einsatz dieser Systeme werden sich zukünftig der Wartungsaufwand erheblich effizienter gestalten und die heute noch üblichen Papierberge verschwinden lassen. Hierdurch entfallen Fehlerquellen und unnötige Doppelarbeiten. Weitere Fortschritte werden sich durch die Vernetzung der Softwaresysteme ergeben, was auch zunehmend dringlich wird, je mehr Messdaten anfallen. Methoden zur sinnvollen Datenauswertung und Interpretation der Daten für eine präzise Vorhersage stehen erst am Anfang der Entwicklung. Es gibt noch viel zu tun, aber das Ziel ist klar vor Augen: zuverlässig hochverfügbare und sichere Anlagen mit planbarer Produktionsmenge über den gesamten Lebenszyklus.

Heftausgabe: September 2013

Über den Autor

Dr. Thomas Steckenreiter und Dr. Hans-Georg Frosch, Operation Support & Safety Bayer Technology Services
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