Die beste Prozessanalysentechnik (PAT) ist die, die man nicht braucht. Fakt ist: Wie bei allen Investitionsentscheidungen muss auch bei einer PAT-Messstelle von vornherein deren Nutzen klar sein und der Aufwand in einem vernünftigen Verhältnis dazu stehen. Bilfinger Maintenance verfügt über die geeigneten Patentrezepte, mit denen der Erfolg der Prozessanalysentechnik sichergestellt wird.
Der Trend zur Inline-Analytik, bei der ein Sensor oder eine Sonde direkt in das Messmedium eintaucht, hält unvermindert an. Allerdings werden nach wie vor viele PAT-Messstellen in extraktiver Technik ausgeführt: eine Probe wird entnommen, zum Analysators transportiert, aufbereitet und nach der Messung entsorgt oder zurückgeführt. Die Vorteile dieser Methode sind einfache Kalibriermöglichkeiten und weniger Verschmutzung des Analysator selbst. Allerdings erfordert das Design der Probenaufbereitung sehr viel Erfahrung. Hochviskose, heiße, toxische, korrosive und feststoffbeladene Proben müssen mit messstellenspezifischer Aufbereitungstechnik behandelt werden, sonst sind hohe Instandhaltungskosten durch häufige Störungen die Folge oder es treten Verfälschungen der Komponentenkonzentrationen auf.
Bei der automatisierten Bestimmung von Stoffkonzentrationen und Prozesszuständen wird, im Gegensatz zu Laboranalysen, die zu messende Probe vollautomatisch analysiert. Die Verfahren reichen von einfachen Messeinrichtungen über ausgereifte optische, chromatografische, spektroskopische und magnetische Verfahren bis hin zu komplexer Analytik mit aufwendiger Probenaufbereitung. Die PAT-Ingenieure von Bilfinger beraten Anlagenbetreiber, welche PAT-Technologie zur Lösung ihrer Aufgabenstellung am besten geeignet ist. Dies erfolgt unabhängig von einem Geräteportfolio und es kann mit dem Betreiber gemeinsam kurzfristig die voraussichtliche Rücklaufzeit der Investition abgeschätzt werden. Betrachtet man einen Zeitraum von zehn Jahren, so entfallen durchschnittlich 50 bis 70 % der Gesamtkosten einer PAT-Messstelle auf die Instandhaltung. Daher ist es wichtig, PAT-Messstellen von Anfang an so zu designen, dass die künftigen Instandhaltungskosten möglichst niedrig sind.
PAT als Teil von PLT-Schutzeinrichtungen
PAT-Systeme werden unter anderem als Sensor in der Kette Sensor – Signalverarbeitung – Aktor von PLT-Sicherheitseinrichtungen eingesetzt. Nach DIN EN 61511 ist die sicherheitstechnische Eignung einer PLT-Sicherheitseinrichtung rechnerisch nachzuweisen. Für PAT-Systeme wird die grundsätzliche Vorgehensweise in der Namur-Empfehlung 146 „Systeme der Prozessanalysentechnik als Teil von PLT-Schutzeinrichtungen“ beschrieben. Zunächst sind mit einer Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA) die möglichen Störungen und ihre Konsequenzen zu identifizieren. Die aus den Instandhaltungserfahrungen gewonnenen Fehlerraten von Analysatoren und Bauteilen des Probenhandhabungssystems fließen dann in eine Berechnung ein, die für das PAT-Gesamtsystem (Analysator und Probenhandhabungssystem) die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit (PFD) berechnet. Dabei wird auch die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt, mit der die Selbstüberwachung des Systems (z. B. Durchflusskontrolle) ausfallen könnte. Da Bilfinger über einen Erfahrungsschatz an betriebsbewährten Geräten und Systemen verfügt, kann nach IEC 61511 mit reduzierter Hardware-Fehler-Toleranz (HFT) ausgerüstet werden. Das bedeutet zum Beispiel eine ganz erhebliche Kosteneinsparung durch eine 1- statt 2-kanalige Ausführung.
Geeignete Analysenmethoden
Zur Erlangung bestimmter Prozessinformationen müssen nicht immer die exakten Konzentrationen aller Einzelkomponenten gemessen werden. Häufig genügt eine Summen-/ bzw. Gesamtinformation wie der Gesamtkohlenstoffgehalt, der pH-Wert, die Leitfähigkeit oder eine Ultraschallgeschwindigkeit. Beispielsweise haben Untersuchungen mit einem UV-Spektrometer am Auslauf einer präparativen Chromatografie in einer Pharmaproduktion ergeben, dass ein Spektrometer für die Prozessführung keinen erheblichen Zusatznutzen gegenüber einem Prozessfotometer bringen muss. In einem solchen Fall genügt ein wesentlich preisgünstigeres UV-Fotometer.
Bei der Überwachung von Kühlwasserkreisläufen auf Verschmutzung durch halogenierte Kohlenwasserstoffe (HKW) muss nicht jeder HKW mit exakter Konzentration einzeln bestimmt werden, es genügt ein Gerät mit Monitorfunktion. Hierfür hat Bilfinger den HKW-Monitor entwickelt, der besonders niedrige Lebensdauerkosten aufweist. Ein Spektrometer ist also nur dann notwendig, wenn es z. B. um die exakte Bestimmung von Produkt und Nebenprodukt in einem Reaktor oder um die exakte Feuchtemessung in einem Zentrifugaltrockner geht.
Instandhaltung der Messstellen
Der hohe Anteil der Instandhaltung an den gesamten Lebensdauerkosten von PAT-Messstellen wurde oben bereits erwähnt. Neben instandhaltungsfreundlichem Design ist die Methodik für niedrige Instandhaltungskosten von entscheidender Bedeutung. Hier greift das Bilfinger Maintenance Concept (BMC). In dem Instandhaltungskompendium ist in 16 Kapiteln das Instandhaltungs-Know-how zusammengefasst und wird anforderungsgerecht und rollenbasiert geschult. In der PAT-Instandhaltung kommen z. B. folgende Module zur Anwendung:
- Risikomanagement: Die Intensität der planbaren Instandhaltung ist abhängig vom Risiko, das mit einem Ausfall der PAT-Messstelle verbunden ist (Risk Centered Maintenance, RCM). Auch die Reaktionszeit der Instandsetzung bei Störungen ist eindeutig mit dem Ausfallrisiko verknüpft.
- IT: Wartungs- und Inspektionspläne sind in der EDV hinterlegt. Alle Instandsetzungen werden in einer Datenbank auswertbar geführt, Konzepte für Mobile Maintenance auf Tablets sind vorhanden.
- Methoden: Bilfinger bietet Betreibern eine Bilfinger Maintenance Analyse (BMA) an. Hier wird die bestehende Instandhaltung anhand von 18 Kriterien bewertet.
- Verbesserung: Die Instandhaltungsstatistiken und die Maintenance-Analyse fließen in den kontinuierlichen Verbesserungsprozess ein, in den alle Mitarbeiter eingebunden sind.
- Der bekannte Spruch „wer misst, misst Mist“ bewahrheitet sich in der Prozessanalysentechnik leider schnell, wenn den Kalibrierverfahren und Prüfmitteln nicht genügend Aufmerksamkeit gewidmet wird. Die PAT-Instandhalter von Bilfinger erhöhen die Verfügbarkeit und Reproduzierbarkeit der PAT-Messstellen u. a. mit folgenden Maßnahmen: Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Reinstwasser-TOC-Geräten durch eigene Herstellung von TOC-Kalibrierlösungen, Betreiben eines stationären Ozonprüfstandes zur Kalibrierung von Ozonsensoren (Ersatzkalibration mit Luftsauerstoff kann hier völlig falsche Ergebnisse liefern), Einsatz mobiler Ozon-Kalibriervorrichtungen zur regelmäßigen Qualifizierung der Ozonsensoren vor Ort in der Anlage, Verwendung von Verdampferstationen zur Erzeugung spezieller Prüfgase für die Kalibrierung von Emissionsmesseinrichtungen sowie Rückführung von Feuchtesensoren in Gasen und organischen Flüssigkeiten auf hochempfindliche Prüfvorrichtungen.
Effektive Kalibrierverfahren
www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav0916bilfinger
Dr. Stefan Stieler
Leiter MSR- und Analysentechnik, Bilfinger Maintenance
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