Die Genauigkeit im Fokus

Ohne Dampf geht nichts in der chemischen Industrie, so auch bei Rütgers am Standort Castrop-Rauxel. In den Produktionsanlagen sorgt er dafür, dass in Reaktoren chemische Prozesse kontrolliert ablaufen, in Büro- und Verwaltungsgebäuden garantiert er angenehme Wärme. Doch Dampf verbraucht in der Herstellung viel an Primärenergie und ist somit ein großer Kostentreiber. Hinsichtlich einer umweltschonenden Herstellung wurde von Rütgers in den letzten Jahren bereits viel investiert: Im Jahre 2004 wurde ein eigenes Energiecenter mit einer Gas- und Dampfturbinenanlage in Betrieb genommen, mit der allein der CO2-Ausstoß des Standorts um ein Drittel gesenkt werden konnte. Nun rückt auch das Thema Energiekostenreduktion, Aufdeckung und Minimierung von Bilanzierungsverlusten sowie ein aktives Energiemanagement verstärkt in den Fokus der Unternehmenssteuerung. Eine Zertifizierung des Energiemanagementsystems gemäß ISO 50001 ist in Vorbereitung. Doch auch hier gilt: Nur was man messen kann, kann auch gesteuert werden. Und das was man misst, sollte nachweislich genau sein.

Die Situation bei Rütgers ist vergleichbar mit vielen anderen Chemiestandorten: Ein Kraftwerk, betrieben von einem externen Energieversorger, liefert Energie und Dampf, der gemessen und verrechnet werden muss. Innerhalb des Standortes wird der Dampf über mehr als 100 Messstellen in verschiedene Betriebsteile zu den Abnehmern weiterverteilt. Um nun die teilweise seit Jahrzehnten betriebenen Messstellen hinsichtlich ihrer aktuellen Praxisgenauigkeit zu bewerten, wäre eine Überprüfung durch Verifikation oder Kalibrierung die genaueste Lösung. Da die Hilfskreisläufe und Versorgungsenergien in den meisten Fällen jedoch nicht einfach unterbrochen werden können und Prüfungen im Falle eines Verdachts auf Messabweichungen bei herkömmlicher Messtechnik nicht möglich sind oder zu kostenintensiv wären, hat man sich bei Rütgers zunächst auf ein alternatives Lösungskonzept verständigt. Dies ermöglicht die Berechnung der maximalen theoretischen Gesamtmessunsicherheit unter Prozessbedingungen, also auch bei ungünstigsten Betriebsbedingungen, die erfahrungsgemäß zu den maximalen Messabweichungen führen. Die Berechnung erfolgte mit dem Applicator Sizing Energy Tool von Endress+Hauser. Kernfunktionalität des Tools ist die Berechnung der Durchfluss- und Energieströme unter Angabe der Messgenauigkeit, die eine wichtige, vielmals die entscheidende Größe für die Qualität einer Messung ist. Hierbei werden die Messunsicherheiten aller verwendeten Sensoren und Messgeräte einzeln ermittelt, gewichtet und daraus die kombinierte Messunsicherheit (Gesamtmessunsicherheit) der Messstelle gemäß ISO-Richtlinien (Internationale Organisation für Normung) berechnet. Die kombinierte Berechnung der Unsicherheit ist für den Anwender von herausragender Bedeutung, da derartige Berechnungen nur von wenigen Experten zu bewerkstelligen sind und oft selbst kaum durchführbar sind.

Das Überprüfungskonzept bei Rütgers wird in mehreren Stufen umgesetzt. Eine erste Messstellenauflistung und Kategorisierung hinsichtlich Relevanz und Kritikalität erfolgt durch Rütgers selbst. Ein Servicetechniker von Endress+Hauser führt anschließend für jede als kritisch eingestufte Messstelle durch eine Anlagenbegehung eine Bewertung der Einbausituation, Betriebsbedingungen und Arbeitsbereiche durch. Diese Bewertungen werden dann bei der sich anschließenden Genauigkeitsberechnung individuell mit berücksichtigt. Der Techniker erstellt abschließend für jede Messstelle ein Berechnungsprotokoll in der die Gesamtmessunsicherheit ausgewiesen ist, das als Basis für weitere Maßnahmen dient. Wie könnten weitere Maßnahmen aussehen?

Sollte eine Berechnung angezweifelt werden oder liegt die berechnete Gesamtgenauigkeit außerhalb des akzeptierten Fehlerniveaus, kann die theoretisch berechnete Genauigkeit der Komplettmessstelle praktisch überprüft werden. Hierzu bietet Endress+Hauser als akkreditierter Kalibrierdienstleister gemäß ISO/IEC 17025 eine durchgängige Messstellen-Validierung. Diese beinhaltet eine Vor-Ort-Kalibrierung und Verifikation zur nachhaltigen Überprüfung von Dampfmessstellen an. Jede Komponente einer Messstelle lässt sich generell durch Einzelkalibrierungen vor Ort mit rückführbaren Kalibratoren überprüfen. Ein Ausbau zur Kalibrierung der Geräte ist dabei nur zum Teil notwendig. Ist eine Kalibrierung nicht möglich, können durch eine Verifikation mittels Fieldcheck und Heartbeat-Technology Durchflussmessgeräte auch im eingebauten Zustand ohne Prozessunterbrechung kontrolliert werden.

Abschließender Baustein der Validierung ist eine Gesamtgenauigkeitsberechnung, die im Unterschied zur theoretischen Berechnung die Kalibrier- und Verifikationsergebnisse sämtlicher Messstellenkomponenten berücksichtigt. Die Genauigkeitsberechnung wird in einem Messstellen-Validierungsbericht dokumentiert und stellt somit einen Nachweis der Präzision der Dampfmessungen des Messsystems dar. Neben der Spezifizierung der Gesamtmessunsicherheit enthält der Bericht eine anteilige Darstellung der Einzelkomponenten des Messkreises, die zu der Gesamtmessunsicherheit beitragen. Diese Darstellung bildet somit eine wertvolle Informationsbasis für mögliche Optimierungsmaßnahmen der Messstelle, wie beispielsweise der Austausch einer defekten oder unzureichend genauen Messkomponente durch ein Messgerät mit höherer Genauigkeit.

Durch das mehrstufige Überprüfungskonzept haben sich die Ursachen von Messabweichungen und darauf aufbauend geeignete Optimierungsansätze schnell gefunden. Sowohl Energieversorger als auch Abnehmer können sich nun wieder anderen Dingen widmen.

Halle 4A, Stand 135

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Die Rütgers-Gruppe ist mit acht internationalen Produktionsstandorten Europas führender Hersteller von Chemierohstoffen aus Steinkohleteer. Mit rund 1000 hochqualifizierten Mitarbeitern weltweit produziert Rütgers aus einem Nebenprodukt der Steinkohleverkokung unverzichtbare Grundstoffe für die Aluminium- und Stahlindustrie sowie technische Öle, Naphthalin und weitere Basis-Chemikalien. Damit werden der Industrie entscheidende Grundstoffe zur Verfügung gestellt, die zu wichtigen Industriegütern wie Kohlenstoffelektroden, Feuerfestmaterialien, Klebstoffen und Gummiprodukten, beim Betonbau und in vielen anderen Bereichen weiterverarbeitet werden.

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Endress+Hauser Messtechnik