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Fachberichte - Prozessanalytik generell

 

Prozessanalytik generell - Fachberichte

Sichere Prozessführung durch zuverlässige Prozessanalysenmesstechnik

Ein ganzheitliches und nachhaltiges Konzept zur Prozessregelung mit Analysenmesstechnik ist Bedingung

 

Dr. Martin Hajduk, Leiter Produktions- und Automatisierungstechnik,
Evonik Degussa GmbH, Hanau
VDI-Fachkonferenz 16. - 17. Februar 2011 in Frankfurt am Main


Prozessanalysenmesstechnik ist ein ganzheitliches und nachhaltiges Konzept

Eine verbesserte Prozessführung ist nur mit zuverlässigen Prozessinformationen möglich,
die die Prozessanalysenmesstechnik zur Verfügung stellen muss.
Mit Temperaturen, Drücken und Füllständen zu regeln, ist seit langem Stand der Technik. Viele unterrschiedliche Methoden zur Messung von Stoffkonzentrationen und zur Bestimmung von Stoffeigenschaften wurden als eigenständige Messverfahren entwickelt, jedoch setzt ihr Einsatz zur Prozessregelung ein ganzheitliches und nachhaltiges Konzept voraus :

  • Planung,
  • Auswahl des Analyseverfahrens
  • Art der Probenaufbereitung/Probennahme
  • Schulung des Personals
  • Potenziale verbesserter Prozessführung
  • Benefit einer Prozessanalysenmessstelle
  • Betriebsweisen ändern -Analktik liefert die Informationen
  • Rendite
  • Fähiges Personal
Die Planung der Prozess-Analysenmesstechnik

Bereits die Planung entscheidet über die künftige Zuverlässigkeit des Analysenmessstelle. Normalerweise wir deine verlässliche Regelungsgröße benötigt und kein hochgenaues Analysenzertifikat.
Somit kann oft eine ungenauere inline-Messung verwendet werden anstatt eines hoch genauen Analsensystems, das eine aufwändige Probenvorbehandlung benötigt.
In der Planungsphase sind Kenntnis über

• die zu analysierende Probe,
• den Ort der Probenahme, aber auch
• die Verfahrenstechnik und
• Änderung der Probe beim Anfahren oder Ausfall der Anlage und Reinigungsprozeduren wichtig,

um einen maßgeschneiderten Analysator auszuwählen und am Prozess zu applizieren.

Die Auswahl des Analyseverfahrens  

Bei der Auswahl des Analyseverfahrens sollte das
• zuverlässigste und
• über den Betriebszeitraum kostengünstigste Analysensystem gewählt werden.

Ideal ist ein möglichst einfaches System.

Weitere Auswahlkriterien sind :
• Inline-Messung,
• integrale Messung,
• wartungsarm,
• fehlertolerant,
• selbstüberwachend,
• selbstkalibierend,
• Melden von Wartungsbedarf.

In der Prozessführung bewährt haben sich
• Dichtemessungen,
• Kombinationen aus Dichte, Schallgeschwindigkeit und elektrische Leitfähikeit.

Erst wenn die Selektivität dieser Analysenmethofden nicht ausreicht, sollten andere Analysatoren eingesetzt wqerden.
Verstärkt werden hier in letzter Zeit optische Messverfahren genutzt. Beispiel hierfür sind die UV-Vis, NIR und IR-Photometrie und Spektroskopie. Wobei wenn möglich Photometer den Spektrometern vorzuziehen sind.

Die Probenaufbereitung
Erfahrungen aus unterschiedlichen Bereichen haben gezeigt, dass die meisten Ausfälle einer Prozessanalysenmessstelle durch Störungen bei der Probenaufbereitung verursacht werden. Hier ist der Weg von der online-Messstelle zur inline-Messstelle ein großer Fortschritt. Ein schönes Beispiel hier für sind die Laser-Spektrometer in der Gasanalytik.
Die Schulung der Anlagefahrer  
Nach dem eine Prozessmessstelle installiert ist, darf die Schulung der Anlagefahrer, die mit dem Ergebnis der Analyse ja den Benefit erzielen müssen, nicht außer acht gelassen werden.
Bevor eine Regelung automatisch mit den Analysenergebnissen die Anlage kontrolliert, muss erstmal das Vertrauen in das Messergebnis erzeugt werden. Dabei müssen Fehlfunktionen in den ersten Betriebsmonaten so schnell wie möglich behoben werden und möglichst die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse durch Bilanzierungen erklärt und belegt werden.
Gerade bei komplexeren Systemen im Ausland helfen hier die Möglichkeiten der Ferndiagnose und der Zugfriff auf Prozessinformationssysteme.
Die Potenziale verbesserter Prozessführung
Erlaubt die zuverlässige Prozessanalytik eine verbesserte Prozessführung, können wirtschaftliche Potenziale genutzt werden.
Durch die genauere Fahrweise der Anlage kann
• die Sicherheit bei der Anlagenführung,
• die Anlagenkapazität und
• die Produktionsausbeute erhöht,
• Einsatzmengen und
• Energien reduziert werden.
Eine verbesserte Qualitätsregeliung reduziert die Verlustmengen und ermöglicht höhere und konstantere Qualität.
Der Benefit einer Prozessanalysenmessstelle

Um den Benefit einer Prozessanalysenmessstelle zu bestimmen, müssen zuerst die gesamten Projektkosten ermittelt werden :

• Kosten für den Analsator
• Aufwand für Vorstudien und Tests,
• Probenahnesystem,
• Transport,
• Installation,
• Isolierung,
• Anbindung an das Prozessleitsytem,
• Inbetriebnahme und
• Dokumentation fallen an.

Eine Faustregel ist, die gesamten Projektkosten betragen etwa
das Dreifache des Preises des Analysators.

Diese Projektkosten müssen durch die verbesserte Anlagenfahrweise eines chemischen Anlagenteils eingespielt werden. Einsparungen nach außen zugeben, ist politisch recht schwierig.
Um einen Benefit zu berechnen, können aber allgemeine Kennzahlen herangezogen werden. Typische Anlagenkosten in der chemischen Industrie liegen bei 50 Millionen EURO und der jährliche Umsatz sollte etwa der Investitionssume entsprechen.
Ziel einer Neuanlage ist eine Rendite von 23% auf die Investition, bei abgeschriebenen Anlagen 10%. Pro Standardanlage sollte somit ein Gewinn von 5 Millionen EURO erwirtschaftet werden.
Mittels verbesserter Prozessführung kann dieser Betrag erhöht werden. Besonders lukrativ sind Ausbeuteerhöhungen, da ohne zusätzliche Einsatzstoffe mehr Endprodukt und gleichzeitig weinger Nebenprodukt erzeugt wird. 1% Ausbeuteerhöhung entsprechen bei den obengenannten Randbedingungen eine Gewinnsteigerung von etwa 500T€. Aber auch die Erhöhung der Anlagenleistung, so genanntes "debottle necking" lohnt sich, 1% mehr Ausbeute erhöht den Gewinn ebenfalls um 1%, dies entspricht 50 T€.

Betriebsweisen ändern - Prozessanalysentechnik ermittelt zeitnah die Produktzusammensetzung
Gerade in den Krisenjahren 2009-2010 wurde die Betrachtung des wirtschaftlichen Teillastbetriebes wichtig. Bei dieser Betriebsweise ändern sich z.B. die Trenneigenschaften von Kolonnen oder Produkteigenschaften infolge geänderter Verweilzeiten. Hier müssen Kenntnisse über Produktzusammensetzung und Produkteigenschaften zeitnah ermittelt werden, um eine Proozessführung bei geänderten Randbedingungen zu ermöglichen. Eine weitere Fragestellung ist die Enegieeinsparung durch gezieltes Abschalten von parallel betriebenen Aggregaten.
Die Rendite bei Prozessführung mit Prozessanalysentechnik

Unter den oben genannten Gesichtspunkten wurde die Rendite von 35 durchgeführten Projekten betrachtet. Als Resultat konnte festgestellt werden :

  • ROI ist in 75% der Fälle kleiner als 2,5 Jahre
  • ca. 10% der Projekte waren deutlich aufwändiger als erwartet und ergaben nicht die geforderte Rendite
  • Personaleinsparung ist nur wichtig, wenn der Schlüssel bei Anlagenerweiterungen geändert wird.
Fähiges Personal ist Bedingug für den Erfolg einer Automatisierung
Um bei chemischen Prozessen mit verbesserter Prozessanalysenmesstechnik die Rendite zu steigern, werden von den Mitarbeitern der Projektteams verschiedene Fähigkeiten gefordert. Es wird nicht nur
• das physikalische Verständnis über die Funktionsweise des Analysators benötigt,
• sondern auch Kenntnisse über die chemischen und verfahrenstechnischen Zusammenhänge,
• wie auch über das Verhalten der Apparate und Anlagenteile bei regelungstechnischen Eingriffen.
Diese Wissen ist entscheidend bei der Realisierung.

Bei Inbetriebnahme und dem "after sales"-Service
ist die Kommunikation mit den Anlagenfahrern wie auch der Produktionsleitung wichtig, auch Ausdauer und Hartnäckigkeit bei der Fehlerbehebung sind oft entscheidend für den Erfolg des Projektes.
 


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