Die Prozessanalytik aus dem Haus Siemens wird als ganzheitliche Lösung vorgestellt, die den gesamten Life Cycle umfasst
Das Konzept umfast die durchgehende Betrachtung aller Entwicklungsstufen einer Kundenapplikation mit einer einheitlichen Strategie - der `Total Analytical Solution`.

Technologische und analytische Kompetenz im globalen Maßstab anzubieten ist der Anspruch der Siemens Prozessanalytik. Kerngebiete sind hier die

• ProzessChromatographie,
• Analytik mit MEMS ( Micro- Electro- Mechanical-Systems),
• Sauerstoffmessung,
• insitu-Laserspektroskopie
• Netzwerktechnik,
• Kommunikation und Fernbedienung.

Beispielhaft wird diese Kompetenz belegt in der einem Industriekomplex in der Nähe von Houston/Texas, wo zahlreiche Raffinerien, Chemische und Petrochemische Produktion und Kühltürme zu finden sind. Aufgrund des "Clean Air Acts" (Luftreinhaltungsgesetz) muss die Emission von Ozon bildenden Komponenten reduziert werden, d.h. die hoch reaktiven flüchtigen organischen Komponenten (HR-VOC: Highly Reactive Volatile Components) müssen kontrolliert werden.
Für die prozessanalytische Lösung dieser Anforderungen hat Siemens , unter besonderer Berücksichtigung der örtlichen Randbedingungen in den Prozessanlagen schon während der Projektierungsphase (FEED-Phase: Front End Engineering Design) ein PGC-System installiert, das die wichtigsten Kundenwünsche zur selben Zeit efüllt:

• Unkomplizierte Hadrware: durch Parallel-Chromatographie und standardisierte "Applet-Module"
• Schnelle Analysen: durch Halbierung der Zykluszeiten (von ca. 7,5 Minuten anstelle der sonst üblichen ca. 15 Minuten)
• Hohe Analysenqualität: durch geringes Grundlinienrauschen und Autokalibration
• Kostengünstig: durch standardisierte Analysengeräte und Analysenhäuser.

Die Prozessanalytik aus der Sicht des Kunden ExxonMobil - eine exemplarische Darstellung

Die Anforderungen , Trends und zukünftigen Erfordernisse an die prozesstaugliche Analytik werden hier klar und eindeutig formuliert:

Die Anforderungen

• Sicherheit: Die örtlichen und nationalen Sicherheits- und Designvorschriften werden erfüllt.
• Umwelt: Belastungen sollen reduziert werden durch
  durch geringeren Materialverbrauch wie Enegieoder Probenmenge.
• Verfügbarkeit des integrierten Analysensystems: geringe, aber registrierbare, Ausfallquote der Komponenten,
• Zuverlässige Integrierte Systemkomponenten: wie Proben~nahme, ~transport, ~vorbereitung, ~entsorgung oder die Gerätekommunikation
• Fehlerdiagnose: Eindeutig und Handlungsvorgaben.
• Prozesskontrolle: steigender Bedarf für zeitnahe und genauere Analysen sowie von zusätzlichen Prozessparametern wie Produkt~eigenschaften und ~verunreinigungen.
• Geringe "cost of ownwership": Laufzeit 10-20 Jahre und Integration vorhandener Geräte
• Standardisierte Applikationen: reduzieren Entwicklungskosten und Serviceaufwand

Die Trends

• Unterstützung für Bedienpersonal : ExxonMobil ist global aufgestellt - Der Lieferant der PA muss dem Rechnung tragen
• Unterstützung für Vor-Ort-Technologie: Fernwartung und Zugangskontrolle sind Pflicht.
• Standardisierte Ausführungen der Analysensysteme: weil die Analytik immer komplexer wird und Einzellösungen nicht mehr vernünftig sind. Ethernet TCP/IP ist bevorzugtes Kommunikationsprotokoll, Windows Betriebssysteme sind die übliche Plattform (Sicherheitsprobleme!).
• Mehr Spurenanalytik: komplexere Analytik
• Probenvorbereitung: Standardisierte Systeme zur Erfüllung lokaler Normen und Kommunikation mit dem Analysator.
• Total system concept: Analytik und Perepherie (Probenaufbereitung, Datenaufbereitung) als ganzheitliches Konzept.
• Steigende Anforderung an die Zuverlässigkeit der Analysendaten: zentrale Systemparameter, wie z.B. die Verfügbarkeit, müssen dokumentiert werden, um die Betriebsweise zu kontrollieren und den Service zu unterstützen.
  Auch werden immer mehr detaillierte Daten von den Systemen verlangt um jeden Analysenzyklus einzeln kontrollieren zu können.

Die zukünftigen Anforderungen

• Weniger Wartungsaufwand: Der MicroSam (PGC) von Siemens ist hier gutes Beispiel."Fehlerbäume" sollten den Service erleichtern.
  Fehler sollten ihre Entstehung und Ursachen autmatisch melden.
• Standardausführungen: Selbstverstädnlch für Applikation, Probennahme und Analysator.
  Wichtig für das Asset Managemnent: lernende und adaptiv wirkende Analysatoren zur Aufnahme erfolgreicher Bedienparameter oder Abgabe von Serviceempfehlungen.
• Cost of Ownwership c.o.s.: Verbrauch an Einsatzmaterialien reduzieren, Laufzeiten maximieren, Möglichkeit zur kostengünstigen Erneuerung vorhandener Systeme,
• Integration in die Werksrechner: Zuverlässige, ausgereifte Standard-Interface, Fernwartung und erhöhte Anforderung an die Betriebssicherheit der Prozessanalytik.
• Zuverlässigkeit: Module zur Prüfung der Zuverlässigkeit sollen im System eingebaut sein, Kontrolldaten über die Systemqualität und über die Verfügbarkeit sollen vom System selber ermittelt werden können, ebenso die laufenden Betriebskosten aus zugeführten Verbrauchsdaten.
• Asset Management: Risikoeinschätzung durch registrieren der fehlerhaften oder verbrauchten Teile ermöglicht vorausschauende anstelle von zeitgebundener Wartung.
• Neue Technologien: Nachträglicher Einbau sollte möglich sein.

Schnelle Projektrealisierung:
Knapp vier Monate liegen zwischen der Projektierung mit Siemens und der Übergabe an BP (Ende Dezember 2005-Mitte März 2006).

Projektumfang
Die Prozessanalytik umfasst fünf Maximum Edition 2 GC`s mit je 14 Messstellen

Projekthintergrund
Der Grund für diese Eile war der Versorgungsengpass für Gas im UK, der BP veranlasste das Rhum Erdgasfeld zu erschließen.
Während eines Kaltstarts werden Methanol und Ethanol injeziert. Dies verlangt die online-Messung von MeOH und EtOH, um den Kinneil-Prozess innerhalb der verlangten Spezifikationen zu halten.
Aufgabe der ist, das Abfackeln von off-spec gas zu minimieren, da dies sonst etwa 1 Million $ kostet.

Erreichter Nutzen und Ansätze für zukünftige Erweiterungen

• Partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen BP und Siemens
• Die neue Technologie des Maximum PGC´s gibt die Möglichkeit weiterer Optimierung der Betriebsführung
• Aufgrund der erfolgreichen Projektrealsierung wurden drei weitere, ähnliche PGC´s bei Siemens gekauft
• Der Kauf w eiterer sechs PGC´s ist für Ende 2006 vorgesehen.

Das Institut CT&CL hat im Zeitraum von Februar bis April 2006 den Siemens PGC SITRANS CV geprüft im Hinblick auf die Erfüllung wichtiger Normen in der Erdgasanalytik.

Das Testprogramm umfasste diese Aufgaben:

• Allgemeine Überprüfung: Einsatzbereich, Zertifikate, Betriebsanweisungen und andere Dokumente
• Verbrauch an technischen Gasen
• Überprüfung der analytischen Parameter: Messbereiche - Wiederholbarkeiten, Reproduzierbarkeiten - Genauigkeiten - Nachweisgrenzen
• Klimatests
• Tests auf "memory" Effekte
• Detektor: WLD
• Messkomponenten: C1 - C6+, Stickstoff, Kohlendioxid

Ergebnisse:

• Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit: erfüllt die Norm ISO 6974
• Auswerterechner: erfüllt die Norm ISO 6976

Ethylendichlorid C₂H₄Cl₂ - Produktionsanlage

Messaufgabe
0 ... 1 Vol % Ethylen in reinem EDC.
Warum? Um Chlordämpfe im reinen Ethylendiclorid zu vermeiden und um die Bildung von Nebenprodukten zu minimieren.

Es wurden zwei verschiedene Testinstallationen erprobt:
Testsystem #1: mit Stickstoffverdünnung zur Senkung des Taupunktes
Testsystem #2: ohne Stickstoffverdünnung

Ergebnis zu Test #1 (im Vergleich zu einer Messung mit einem ULTRAMAT im Abgas): Das Analysensystem gibt zufriedenstellende Messungen.

Ergebnis zu Test #2: Keine stabile Messung bei der Injektion von reinem EDC.

Ursache: Druckschwankungen, verursacht durch Verunreinigungen in den Probenleitungen und in den Flammensperren, belegt durch die Spülung mit Stickstoff.

Resumeé:
1. Der PGC selber zeigt richtige Messergebnisse.
2. Mit einem modifiziertem Analysensystem kann die Messung von Ethylen in EDC möglich sein.

GTL = Gas to Liquid
CTL = Coal to Liquid

Die Verflüssigung von Erdgas und Kohle ist von zunehmender Beeutung für die Enrgieversorgung der Industrieländer.

Im Vortrag wird auf die globale Situation der Lagerstätten für Erdgas eingegangen und die Preisentwicklung dargestellt.

Ausführlich werden die einzelnen Stufen des GTL-Prozesses beschrieben und die notwendigen Messpunkte/Messkomponenten.

Das Haus ist hierfür mit seinen PGC´s Maxum ed II und MicroSAM gut vorbereitet.

Im Vortrag werden mehrere Erweiterungen und Verbesserungen in Hard- Und Softeare vorgestellt.

• Die Auswertesoftware kann auch für kleine Konzentrationen angewendet werden, die Wiederholbarkewit ist erheblich verbessert worden.
• Vollständige Master-Slve Funktion
• Neue und verbesserte Detektoren:
  Neuer FPD
  Neue Zündquelle für den FID
  Neuer Pulse Charge Detektor mit den Betriebsmodi:
  HID Helium Ionisation Detector
  ECD Eletron Capture Detector
  PID Photo Ionisation Detector
  Verbesserter TCD mit höherer Empfindlichkeit
• Anwendungsen in der Simulierten Destillation
• Die erweiterte Netzwerkfähigkeit für Ethernet und Datanet
• Trends:
  Einbau von Profibus
  Entwicklung zur Fernbedienung
  Entwicklung von Tools für das Asset Management

Kontinuierliche Messung von Feuchtigkeitsspuren in korrosiven Gasen, z.B. der Chlorgasproduktion.

Warum diese Messung?
Stahl ist ein geeigneter Werstoff für die Chlorproduktion, Eisen reagiert mit Chlor zu FeCl₃ und bildet so eine Schutzschicht auf der Stahloberfläche.

Diese Schutzschicht kann aber infolge von Feuchtigkeit zerstört werden durch die Bildung von Hydraten des FeCl₃: Die Wasserdampfkonzentration im Chlorgas muss kleiner als 20 ppm sein.

Eine bekannte Methode der Online-Feuchtemessung ist die elektrotrolytische mit einer P₂O₅-Zelle (dem AKWA-Meter).

In einer eigenen Versuchsreihe wurde für die Inline-Messung das Tunable Diode Laser Spectroscopy LDS 6 zur Wasserdampfmessung (Absorptionsmessung) im Chlorgas eingesetzt.
Dieses Verfahren zeichnet sich durch die Schmalbandigkeit der Absorptionslinie und fehlende Querempfindlichkeiten aus, aber auch durch die Möglichkeit der elektronischen Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses.

Das Ergebnis im Vergleich AKWA-Meter und LDS 6 spricht für den Einsatz des LDS 6 bei neuen Chlorproduktionen (J.G.Weimink):

• das LDS 6 ist doppelt so genau wie das AKWA-Meter
• das LDS 6 ist wesentlich schneller als das AKWA-Meter: einige Sekunden gegenüber einigen zehn Minuten
• die Unterhaltungskosten sind gleich
• der Kalibrationsaufwand ist gleich
• Die Gerätekosten sind gleich

VCM = Vinyl Chlorid Monomer

Für die Sauerstoffmessung bei der VCM-Produktion werden zwei verschieden Analysensysteme im Einsatz verglichen:

Der elektrochemische polarograhische Sensor von Beckmann

und das Dioden Laser Spektrometer LDS 6 von Siemens.

Das Ergenis dieses Vergleichs lautet:

• Das Laser Spektrometerhat erfolgreich den elektrochem. Sensor ersetzt
• mit vergleichbarer Präzision
• mit reduzierter Verzögerungszeit
• mit reduzierten Unterhaltskosten

TOC = Total Organic Carbon in water

Abwasser an verschiedenen Stellen in Industriebetrieben muss gemesen werden, um z.B. den Gehalt an Ölen, Pestiziden, Säuren etc. bestimmem zu können.

Im TOC-Analysensystzem von Siemens wird hierzu konrinuierlich eine geringe Menge des Abwassers katalytisch in einem Ofen erhitzt und die Kohlenwasserstoffe zu CO2 verbrannt, das mit einem ULTRAMT gemessen wird.

Die Vorteile dieses Verfahrens liegen u.a. im

• diskontinuierlichen Betrieb, sodass z.B. hohe Salzfrachten ausgesteuert werden können
• Flexibles Probenvorbereitungssyystem
• Profibus-Kommunikation
• Preisvorteil von > 15.000 € pro Jahr

EADMS = Enhances Analytical Data Management Systems und so kann es funtionieren.

Der Vortrag beschreibt die heutigen und zukünftigen Möglichkeiten der Komminikation und des Datenverkehrs zwischen komplexen analytsichen Systemen und den Produktionsleitstellen und dem Betriebsmanagement.

Ausgangspunkt der technischen Anforderungen ist die unterschiedliche Anforderung an ein Analysennetzwerk sowie die sehr verschiedenen Messintervalle, von kleiner 1 s bis größer als 30 min.
Die digitalisierung des 4-20 mA-Signals mit einer HART-Schnittstelle ist heute allgemein eingeführt.

Es werden weitere Informationen über die kommenden Entwicklungen gegeben wie Profibus PA, Ethernet, WLAN, Chromlan und Advanced Network.
Dem Ethernet könnte die Zukunft gehören.

Funktionelle Sicherheit in der Prozessinstrumentierung und Prozessanalytik ist ein wachsender Markt, doppelt so schnell der fürdie Kontrollsysteme.

Das Image eines Herstellers wird hier geprägt durch seine Maßnahmen zum

• der Belegschaft
• der Werksanlagen
• der Umwelt

Funktionelle Sicherheit heißt Schutz gegen

• Elektrische Schocks
• Hitze und Feuer
• Strahlung
• Fehlfunktionen

Das Ziel der funktionellen Sicherheit ist die Reduzierungng des Risikos auf ein beherrschbares Niveau.

Ein gefährlicher Prozess hat immer mehrere Sicherheitsebenen. Die "Gefahrenabschaltung (emergency shut dow)" mit dem Safety Instrumented System (SIS) ist der letzte Zeitpunkt vor der Zerstörung der Anlage. SIS umfasst den Sensor, die Aktuatoren, alle Kommunikationselemente u.a., deren Gefährdungsanteile aber unterschiedlich sind.

FEED = Front End Engineering and Design

Siemens erstellt jährlich hunderte Analysenhäuser, und einige tausen Analysatoren. Dieses aus über vierzig Jahren Erfahrung in der Prozessanalytik resultierende Wissen um die Notwendigkeiten an einem beliebigen Einsatzort ist Voraussetzung für die Zusammenführung von Kundenwunsch und letzlicher Ausführung.

Dies beinhaltet die projektbegleitende Beratung vom Konzept bis zur Ausschreibung.

Die Vorteile für das Projekt sind

• Das FEED trainierte Personal von Siemens ist Teil des Kundenteams.
• Mit Prozessanalytik vertautes Kundenpersonal ist nicht notwendig
• Prozessanalytiksysteme werden in Übereinstimmung mit den Anlagenstandards ausgeführt.
• Prozessanalytiksysteme können den Betriebsbedingungen optimal angepasst werden.

Das Portefolio von Siemens für die Instandhaltung und Wartung ist auf lokale die Unterstützung des Kunden ausgerichtet, aber auch global organisiert.

Wartungsverträge in differenzierter Form, angepasst an die Kundenvorstellungen, erhöhen signifikant die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Prozessanalytik.