Wartungsstrategie von Raffinerien im Wandel

Von 2009 bis 2012 wurden in den Vereinigten Staaten mehr als 1700 Raffinerien in den Stillstand versetzt – das waren durchschnittlich 1,16 Stillstände pro Tag.

Eine der effektivsten Wachstumsperspektiven von Anlagen der Prozessindustrie ist eine effizienten Wartungsstrategie mittels derer Umsatz dank längeren Betriebszeiten und optimierter Anlagenwartung gesteigert werden kann. Kosten über niedrigere Garantiereparaturkosten, höhere durchschnittliche Abstände zwischen Ausfallzeiten und geschulteres Personal gesenkt werden können. Risiken verringert und Sicherheit erhöht werden durch geringeren Kontakt des Bedienpersonals mit gefährlichen Maschinen/Umgebungen und Vorbeugen von schwerwiegenden Ausfällen.

Eine Erhöhung der Produktion bei Verringerung der Gesamtanzahl der Raffinerien in den Vereinigten Staaten verstärkt jedes dieser Ziele deutlich.2 Die richtige Wartungsstrategie mit geeigneten Investitionen in die entscheidenden Wartungsverfahren zu definieren, ist nicht einfach. Mit diesem Problem gehen viele Bedenken einher. Diese sind sehr unterschiedlich und können sich auf vielfältigste Bereiche erstrecken: von widersprüchlichen Diagnosen oder einem Informationsmangel über alternde Anlagen oder eine hinausgezögerte Anschaffung von neuer Ausrüstung bis hin zu einer alternden Belegschaft, Sicherheitslücken und zeitlichen sowie finanziellen Mitteln, die für das manuelle Sammeln von Daten aufgewendet werden, anstatt diese zu analysieren.

Infolgedessen haben die Herausforderungen für Verantwortliche in den Bereichen Wartung und Zuverlässigkeit zugenommen. Vor diesem Hintergrund konzentriert sich das verantwortliche Wartungspersonal zusehends darauf, die Betriebskosten einer Anlage zu senken und die Effizienz, die Auslastung der Geräte sowie die Sicherheit der Arbeitskräfte zu optimieren, ohne mehr Geld dafür aufzuwenden.

Die von National Instruments sofort einsatzbereite integrierte Hard- und Softwarelösung für die Online-Zustandsüberwachung NI InsightCM™ Enterprise unterstützt Unternehmen dabei, einen Überblick zu gewinnen und den Betrieb sowie die Wartungsprogramme zu verbessern, indem der Zustand ihrer Maschinen und Geräte offen dargestellt wird.

Wartungsstrategie im Wandel

In einem ersten Schritt zur Verbesserung der Strategie muss die aktuelle Wartungsstrategie evaluiert werden, um die eingesetzten Verfahren sowie deren Vor- und Nachteile abschätzen zu können. Dazu werden vier gängige Wartungsverfahren vorgestellt:

Wenn Unternehmen Daten und Analysen priorisieren, können sie Produktivitäts- und Gewinnsteigerungen erzielen, die fünf bis sechs Prozent höher liegen als bei Mitbewerbern.

Reaktiv

Bei diesem Ansatz agiert man erst dann, wenn etwas nicht mehr funktioniert und repariert werden muss. Die im Vorfeld anfallenden Kosten für dieses Verfahren sind zwar gering, doch es gibt viele versteckte Kosten wie Sicherheit, außerplanmäßige Unterbrechungen und weitreichende Auswirkungen auf andere Maschinen in kritischen Bereichen.

Geplant / vorbeugend

Dieses Verfahren ist aus einem guten Grund zum Standard in vielen Branchen geworden. Viele sehen darin den besten Ansatz, da er der menschlichen Natur am nächsten liegt und von vielen Maschinenherstellern empfohlen wird, wenn die Integrität einer Maschine sichergestellt werden soll. Die Wartungsintervalle sind klar vorgegeben und definiert. Dadurch ist jedoch das Risiko groß, dass häufiger als erforderlich ein Reparaturdurchgang bei funktionsfähigen Maschinen durchgeführt und dazu der Produktionsprozess angehalten wird. Außerdem besteht die Gefahr, dass durch zu häufiges Instandsetzen genau die Maschine beschädigt wird, die repariert werden soll, und so die Betriebskosten ansteigen.

Vorbeugend mit flexiblen manuellen Messungen

Bei dieser Strategie werden u. a. wichtige Leistungsindikatoren periodisch gemessen, darunter Schwingung, Temperatur, Näherung und Strom. Das Verfahren ist ein guter erster Schritt beim Erreichen von Wartungszielen, birgt jedoch Nachteile. Menschliches Versagen, Diagnosefähigkeiten, unterschiedliche Systeme und die fehlende Möglichkeit zur Skalierung machen daraus eine wenig großartige Lösung.

Automatisierte oder Online-Diagnose

Intelligente Geräte an Maschinen können dabei helfen, Probleme vorauszusagen, bevor sie Budget, Sicherheit, Effizien oder Ertrag einschränken. In einer idealen Welt wäre eine automatisierte Lösung die optimale Wartungsstrategie. Jedoch ist diese, wie so häufig, zu teuer und verspricht nur für die wichtigsten Anlagen eine Investitionsrendite. Die Ansichten beginnen sich jedoch zu wandeln.

Herausforderung: Elektrische Messungen

Schon allein die Anzahl der Raffineriestillstände sollte ausreichen, um eine Veränderung bei der traditionellen Wartungsstrategie auszulösen, aber es gibt andere Faktoren, die ebenfalls eine Rolle spielen. Das Alter von Raffinerien ist zu einem ernstzunehmenden Faktor geworden. Das Durchschnittsalter der 15 jüngsten Raffinerien in den Vereinigten Staaten liegt bei über 31 Jahren, wobei die jüngste Raffinerie mit einer geförderten Ölmenge von 100.000 Barrel pro Tag 37 Jahre alt ist. Dieses fortgeschrittene Alter kann, neben anderen Faktoren, zu ungeplanten oder unkontrollierten Stillständen führen, wodurch das Unternehmen nicht nur Millionen Dollar bei der Produktion verliert, sondern auch möglicherweise Millionen Dollar an Bußgeldern zahlen muss. Die Komplexität des Problems wird noch weiter dadurch verstärkt, dass die Gründe für den Stillstand nicht immer die gleichen sind: 23 % erfolgen aufgrund von Wartungsarbeiten, 46 % aufgrund von mechanischen und 19 % wegen elektrischer Ursachen (mehr als 60 % der elektrisch bedingten Stillstände hatten unbestimmte Ursachen). Traditionelle Messungen reichen nicht länger aus, um all diesen Arten von Stillständen zu genügen – elektrische Messungen sind ebenfalls erforderlich. Messungen wie beispielsweise Strom, Netzqualität, die Temperatur des Transformatoröls und sogar die Analyse der Motorstromsignatur von elektrischen Motoren können einen besseren Einblick in den Zustand der Raffinerie geben. Traditionelle Wartungsmethoden sind nicht länger dafür geeignet, die Menge und die Vielzahl von Messungen und Messtypen zu bewältigen, die erforderlich sind, um die Effizienz zu steigern und ungeplanten Stillständen vorzubeugen.

Herausforderung: Datenanalyse

Mehr Daten und Informationen über den Maschinenzustand zu sammeln, ist allerdings nur ein Teil der Lösung. Ein Artikel von IDC stellt heraus, dass nur geschätzte 22 % der gesammelten Daten ausreichend dokumentiert sind, um tatsächlich analysiert zu werden. Zudem wird angenommen, dass von diesen Daten nur fünf Prozent analysiert werden. Es ist also nicht überraschend, dass laut einer Umfrage der Allied Reliability Group 78 % des verantwortlichen Wartungspersonals mit ihrem aktuellen Wartungsansatz unzufrieden sind. Zu viel Zeit und Geld werden eingesetzt und die Ergebnisse sind eher gering.

Herausforderung: Skalierung der Wartungsstrategie

Eine weitere Herausforderung ist das Skalieren der Wartungsstrategie, sodass alle wichtigen Anlagen eingeschlossen werden. Es können nicht einfach mehr Personen mit dem Problem betraut werden, da diese sich nicht skalieren lassen. Laut dem US-amerikanischen Amt für Arbeitsstatistiken (Bureau of Labor Statistics) wird es in den kommenden Jahren nur 4 % mehr Experten für den Bereich Schwingungen geben. Die richtigen Leute zu finden, wird also zur Herausforderung. Im Gegensatz dazu kann nicht mehr Geld in traditionelle automatisierte Messsysteme gesteckt werden, da diese zu teuer und nicht flexibel genug sind, um diverse Signalarten zu messen. Eines ist jedoch gewiss: Es muss etwas getan werden. Bernie Cook, Director of Maintenance and Diagnostics bei Duke Energy, erklärte hierzu: „Ohne zusätzliche Ressourcen oder neue Technologien für Zustandsüberwachungssysteme wird das Risiko von Systemausfällen steigen.“ Mit anderen Worten: Wir müssen eine bessere Möglichkeit finden, um Probleme schneller zu erkennen, da dies den Unterschied zwischen einem Lagerwechsel in Höhe von 5000 $ und einem schwerwiegenden Ausfall des Lagers in Höhe von 150.000 $ machen kann.

Die Lösung

Jetzt ist es an der Zeit, in eine neue Strategie zu investieren. Erforderlich ist eine vorausschauende Wartungsstrategie, die sich in eine bestehende Unternehmensinfrastruktur integriert und das Erfassen von Daten auf mehreren Maschinen automatisiert, um Maschinenausfälle vor schwerwiegenden und kostenintensiven Reparaturen vorauszusehen. In einer Forschungsstudie am Electric Power Research Institute wurde herausgefunden, dass eine vorausschauende Wartungsstrategie nur ein Drittel einer vorbeugenden oder geplanten Wartungsstrategie verursacht und einen schwerwiegenden Ausfall nahezu unwahrscheinlich macht. Diese Schlussfolgerung wird durch die Ergebnisse von Forschern bei McKinsey & Company untermauert, die folgendes feststellten: „Wenn Unternehmen Daten und Analysen priorisieren, können sie Produktivitäts- und Gewinnsteigerungen erzielen, die fünf bis sechs Prozent höher liegen als bei Mitbewerbern.“ Da Erdölraffinerien hohe Ansprüche stellen, reichen ihre Messanforderungen häufig über die von traditionellen und Leistungsmessungen hinaus. Dazu ist eine Plattform erforderlich, die flexibel genug für die Integration unterschiedlicher Messungen und dabei gleichzeitig wirtschaftlich genug ist, um eine Investitionsrendite abzuwerfen. Diese Plattform kann sogar so flexibel sein, dass sie sowohl Steuer- und Regel- als auch Überwachungsanwendungen zur weiteren Vereinfachung eines Systems durchführt.

NI InsightCM™ Enterprise von National Instruments bietet eine plattformbasierte Lösung für diese Zwickmühle. Diese sofort einsatzbereite integrierte Hard- und Softwarelösung für die Online-Zustandsüberwachung unterstützt Unternehmen dabei, einen Überblick zu gewinnen und den Betrieb sowie die Wartungsprogramme zu verbessern, indem der Zustand ihrer Maschinen und Geräte offen dargestellt wird. Mit der erweiterbaren Softwaresuite lassen sich Messungen erfassen und analysieren sowie Alarme erzeugen. Außerdem können Daten und Ergebnisse dargestellt und verwaltet sowie die dezentrale Verwaltung umfangreicher Überwachungssysteme erleichtert werden.

NI InsightCM Enterprise bietet u. a.:

• Integrierte Analyse- und Alarmfunktionalität sowie dezentrale interaktive Darstellung von Signalverlaufsdaten.
• Skalierbarkeit auf hunderte Datenerfassungsgeräte pro Server.
• Unterstützung für Schwingungs- und Prozessmessungen mithilfe integrierter Hardwareoptionen.
• Dezentrale Verwaltung von Überwachungssystemen und Nutzern.
• IT-freundliche Sicherheitsfunktionen wie das Authentifizieren von Nutzern und Geräten.

Dank dieser neuen Lösung lässt sich die Kontrolle über das Wartungsprogramm zurückgewinnen und Geräte können proaktiv verwaltet werden. Weitere Informationen über die vorausschauende Wartung sowie Zustandsüberwachungsverfahren für Erdöl und -gas bietet die Webseite ni.com/condition-monitoring/d.