Juni 2013
| von Otávio Vescovi, Maintenance Coordinator, Braskem; Eder Felipetto, Plant Coordinator, Braskem; Mike Hastings, Sr. Application Engineer, Brüel & Kjær Vibro

  • Die verwendeten Maschinen in der grünen Ethylenanlage sind größtenteils mit den Maschinen in den erdölverarbeitenden Ethylenanlagen (Steamcracker-Olefinanlagen) identisch, daher kommen die gleichen Überwachungsstrategien zum Einsatz.
  • Bei einem großen Maschinenbestand ist ein integriertes Online-/Offline-Schutz- und Überwachungssystem in Verbindung mit einem automatischen Fehlerdiagnosesystem für eine wirtschaftliche und effektive Früherkennung unerlässlich. 

Otávio Vescovi leitet das Condition Monitoring-Team der Braskem-Wartungsabteilung in Triunfo bereits seit 22 Jahren. Er hat umfangreiche Erfahrung bei der Überwachung und Diagnose von Maschinenfehlern. Zu Anfang wurde das Zustandsüberwachungssystem nur in einer von Copesul betriebenen Steamcracker-Olefinanlage eingesetzt. Die Maschinenverfügbarkeit war allerdings so eng an die nachgeschalteten Anlagen gebunden, dass der Betreiber das System auch in den anderen nachgelagerten Werken installiert hat. Zu diesem Zeitpunkt überwachte es 1.910 Maschinen in vier verschiedenen Fabriken. Heute sind es über 3.200 Maschinen in neun petrochemischen Anlagen und einem Versorgungswerk, die alle Braskem gehören. Das Wartungsteam besteht zurzeit aus sechs Schwingungsdiagnostikern und acht Technikern, die zudem für die Erfassung von Offlinedaten den Datensammler 2526 nutzen, ebenfalls vom Hersteller der Zustandsüberwachung.

Kein Ethylenkompressor notwendig

Bei dem unternehmenseigenen grünen Ethylengewinnungsprozess kommen verschiedene Maschinen zur Anwendung. Zum einen zählt ein Spaltgaskompressor dazu, der das aus dem Kondensationsturm abgeleitete Gas zwischen den Kühlphasen mehrfach verdichtet und kondensiert, um verflüssigte, wasser- und oxygenathaltige Substanzgruppen (Fraktionen) vom Gas abzuspalten. Nach der abschließenden Verdichtungsphase wird der Gasstrom in den Waschturm geleitet, wo Wasser und sauerstoffhaltige Komponenten entfernt werden. Zum anderen verdichtet ein Propylenkühlkompressor das Propylenkühlgas für die kryogene Destillation: Gas aus den Trockenkolonnen wird zur Abspaltung von Fraktionen mit höheren Siedepunkten stark gekühlt, um Ethylen mit einem Reinheitsgrad von 99,96 % zu erhalten. Darüber hinaus kommen bei dem gesamten Prozess zahlreiche Zentrifugalpumpen zum Einsatz: Sie leiten das Ethanol in den Wärmeübertrager vor dem Ofen, extrahieren Prozesswasser (etwa 50 % der Produktion) und transportieren die bei den Trennphasen anfallenden flüssigen Sumpfprodukte.

Der Betreiber benötigt für die grüne Ethylengewinnung keinen Ethylenkompressor, da das verflüssigte Ethylen bei einem Druck von 17,7 bar in gekühlten Kugeltanks lagert. Ein solcher Kompressor ist nur für petrochemisch erzeugtes Ethylen erforderlich.

Maschinenbelastung prozessübergreifend vergleichbar

Die Überwachungsstrategie der grünen Ethylenanlage ist mit der Überwachungsstrategie der beiden Steamcracker-Olefinanlagen des Betreibers im selben Petrochemiekomplex vergleichbar. Da in der grünen Anlage ein anderer Kompressorprozess und zum Teil unterschiedliche Pumpen zum Einsatz kommen, können die potenziellen Fehlermodi variieren – bislang arbeitet die Anlage aber fehlerfrei. Vorübergehende prozessrelevante Störungen wie Spannungsstöße oder Flüssigkeitsmittelförderung sind nicht aufgetreten, derartige Störungen wurden auch nicht erwartet. Im Laufe der Zeit wird sich zeigen, ob langfristige prozessrelevante Probleme wie Ablagerungen (Fouling) in den Kompressoren, Korrosion in Kompressoren und Pumpen oder Erosion durch langfristigen minimalen Flüssigkeitseintritt in den Kompressoren entstehen – davon ist jedoch nicht auszugehen. Die Überwachungsstrategien für die Lager, Wellen und Dichtungen der Kompressoren und Pumpen sind in allen drei Anlagen identisch, da die zu erwartende Maschinenbelastung (Druck, Temperatur, Durchfluss) prozessübergreifend vergleichbar ist.

Das Condition Monitoring der grünen Ethylenanlage bringt enorme wirtschaftliche Vorteile. Käme es aufgrund eines Lagerschadens beispielsweise zu einem katastrophalen Kompressorausfall, gingen die Kosten für Reparaturen, Ersatzmaschinen und für Produktionsausfälle in die Millionen. Bei einem siebentägigen Maschinenstillstand würde sich allein der Produktionsausfall auf 3,9 Mio. Euro belaufen. Das in der Anlage eingesetzte System ist ein vollautomatisches integrales Überwachungsverfahren für produktionskritische Maschinen und Prozesse. Durch sein modulares Konzept lässt es sich an viele unterschiedliche Maschinen adaptieren, sodass es alle Anforderungen einer modernen zustandsorientierten Instandhaltung erfüllt. Es dient zum Maschinenschutz, um eine Havarie zu vermeiden oder als diagnostische Überwachung des Maschinenzustandes, um frühzeitig Fehler zu detektieren und zu analysieren. Zudem ermöglicht es die thermodynamische Überwachung für verlässliche Fehlererkennung und Diagnose von sich anbahnenden Fehlern mithilfe von parallelen Überwachungstechniken (Schwingungen, Ölanalyse etc.) und für einen wirtschaftlichen Maschinenbetrieb.

Konfiguration des Überwachungssystems

Das Überwachungssystem wird seit der Inbetriebnahme der Ethylenanlage im Jahr 2010 für die Schutz- und Zustandsüberwachung genutzt. Es wurde erstmalig 1997 im Petrochemiekomplex installiert und kommt noch immer für die Überwachung der Aromatenanlage und der beiden Steamcracker-Olefinanlagen zum Einsatz. Die im Rahmen dieser Anlagenüberwachung gewonnenen Erkenntnisse waren für die Monitoring-Strategie der grünen Ethylenanlage entscheidend. Das System wird generell für die Schutz- und Zustandsüberwachung produktionswichtiger Maschinen eingesetzt, der Datensammler 2526 für zahlreiche Hilfsmaschinen und Nebenanlagen. Letztere eignen sich für die Sammlung und Analyse sowohl von Schwingungsparametern als auch von Prozessparametern wie Temperatur und Druck. Aufgrund des großen Maschinenparks scannt zudem die Diagnosesoftware Advisor die Datenbank automatisch im Rahmen der Problemfrüherkennung auf relevante Fehlersymptome. Das Diagnosesoftware-Werkzeug erkennt Änderungen in den vom Compass-System gespeicherten Messdaten und lenkt die Aufmerksamkeit des Bedieners auf den problematischen Bereich, ohne dass irrelevante Daten durchsucht werden müssen. Durch die einfache Bedienung und die Möglichkeit, das System mit Passwörtern zu schützen, lässt sich das Programm von jedem Ort in der Organisation aus nutzen. Es lässt sich dazu verwenden, durchzuführende Aktivitäten bekannt zu machen, wenn Fehler diagnostiziert wurden, während der Benutzer alle Ergebnisse vollständig einsehen kann.

Zudem ermöglicht es dem Bediener, Diagnosen über historische Daten zu erstellen und spezifische historische Maschinendaten zu dokumentieren. Die individuellen Erfahrungen lassen sich einfach in das System einbringen, indem der Bediener neue Regeln erstellt oder bestehende Regeln gemäß seinen Anforderungen anpasst. Ein neurales Netzwerk ermöglicht die Änderung von Regeln, ohne dass die Software geändert werden muss.

Das Condition-monitoring-Konzept hat sich seit 1997 in den Steamcracker-Anlagen in Triunfo bewährt und wird in der grünen Ethylenanlage fortgeführt. Für die nahe Zukunft ist zudem ein Projekt für die Produktion grünen Propylens geplant.

Zur Chemie
Der Ethanol-Ethylen-Prozess

Bei dem Prozess von Braskem wird Bioethanol als Hauptrohstoff für grünes Ethylen aus fermentiertem Zuckerrohr gewonnen. Das Ethanol wird in Reaktoren bei hohen Temperaturen und mäßigem Druck katalytisch entwässert. Die nachfolgenden Trennungsprozesse entfernen Wasser, reaktionsfähiges Ethanol und Fremdstoffe. Im Vergleich zum Erdöl-Steamcracker-Verfahren lassen sich so 60 % an fossiler Energie einsparen. Das Ethanol lässt sich darüber hinaus für die Stromerzeugung nutzen. Die bei der Produktion anfallenden Treibhausgasemissionen sind um etwa 40 % geringer als bei der Gewinnung aus Erdöl.

Grün ist auch das Herstellungsverfahren in der nachgeschalteten Polymerproduktion, bei der das Biomasse-Ethanol unter anderem als Produktionsgrundlage für Polyethylen-Kunststoff dient – „grün“ bezeichnet lediglich das Herstellungsverfahren. Grünes Ethylen ist nicht besser biologisch abbaubar als petrochemisch erzeugtes, und die Eigenschaften der Polyethylene, die aus Biomasse-Ethanol bzw. Erdöl gewonnen werden, sind identisch.

Die Compass-Technologie ist hier näher beschrieben, die diagnostische Software Advisor hier und hier.

Mehr Informationen über das Datensammler-System Typ 2526 finden Sie hier.

Die Fallstudie zur grünen Ethylenanlage können Sie hier nachlesen.

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