Anlagen am Optimum fahren

Die meisten Raffinerie- und Petrochemieanlagen arbeiten zum großen Teil mit nicht-linearen Prozessen. Besteht jedoch ein enger Rahmen an Prozessbedingungen, gelten die Prozessmodelle als linear. Die Regelung und Optimierung dieser Prozesse kann mit Hilfe einer linearen multivariablen prädiktiven Regelungslösung (MPC) erfolgen. Ihre Vorteile liegen in erster Linie in einer verbesserten Qualitätskontrolle und in der Fähigkeit, enger an den Prozessbeschränkungen zu arbeiten. Die meisten Einheiten produzieren mehrere Produkte und manchmal sogar Produktfamilien. Der Betriebsfokus liegt folglich nicht nur auf der Sicherung der definierten Produktqualität, sondern auch auf dem Wechsel der Produktqualitätsstufen. Da Chemieanlagen einem breiten Spektrum von Bedingungen unterliegen, ist das Verhalten der Prozesse äußerst nicht-linear. Aufgrund dieser Nicht-Linearität sind klassische Advanced Control-Werkzeuge ungeeignet.

Pavilion-Technologies-Softwarelösungen für die Chemie- und Polymerindustrie sind eine Familie prozessspezifischer Applikationen zur Regelung und Optimierung verschiedener Produktionseinheiten wie Reaktoren und Extruder. Die Applikationen basieren auf der Pavilion 8-Technologie, die nichtlineare Modellierung und Regelung ermöglicht.

Die Software verfügt über Features für die Verbesserung der Modellgenauigkeit und der Performance bei der Sensorvalidierung. Darüber hinaus unterstützt die Software die simultane Regelung und Optimierung mehrerer Prozesse. Das beschleunigt die Projektimplementierung, verringert Prozessschwankungen und steigert den Nutzwert während der gesamten Einsatzdauer der Software. Angesichts engerer Margen und gestiegener Anforderungen sorgt die Software für eine optimale Beherrschung des Fahrverhaltens der Prozesse. Prozesse mit variabler Dynamik sind präzise regelbar. Dieses wichtige Feature ermöglicht eine bessere Regelungsgüte über einen größeren Betriebsbereich sowie eine höhere Konsistenz bei Sollwertänderungen. Hersteller können in einem laufenden dynamischen Modell wichtige Parameter wie Verstärkungsfaktoren, Verzugszeit, Ausgleichszeit und Zeitkonstante modifizieren. Dies erhöht den Ertrag beim Endprodukt und reduziert das Material außerhalb der Spezifikation. Dank Import-Tools lassen sich Datensätze und wichtige Regelungsvariablen schnell und einfach importieren und handhaben. Der Einsatz wissensbasierter Gleichungen und betrieblicher Kenntnisse in der Modellentwicklung runden die Lösung ab. Damit können Produzenten ihr Know-how noch besser nutzen, um schneller robuste Regelungsanwendungen zu erstellen, die einen weiteren Betriebsbereich abdecken, mit der Geschwindigkeit empirischer Modelle ablaufen und eine höhere Effizienz als Alternativlösungen bieten.

Eine typische Chemieanlage lässt sich in vier wesentlichen Punkten verbessern:

Der Einsatz der Software in einer Chemieanlage, beispielsweise in der Polymerproduktion, umfasst Reaktor- und Extruderapplikation. Die Reaktorapplikation regelt die Eigenschaften und die Zusammensetzung des Kunstharzes in den Reaktoren und verbessert so die Qualität und Stabilität. Die Reaktoranwendung unterstützt Prozesse mit einem oder mehreren Reaktoren und umfasst prädiktive Echtzeitmessungen von Schmelzflussrate, Schmelzindex, Dichte, Xylol-Löslichkeit und anderen wichtigen Prozessparametern. Ein Sequenzregler sorgt für schnellere Übergänge mit weniger Output außerhalb der Spezifikation.

Die Extruderapplikation regelt die Qualität des fertigen Granulats. Diese Anwendung bietet eine enge Regelung bei festgelegter Produktionsrate oder eine maximale Produktion innerhalb der Prozessbeschränkungen. Die Anwendung passt die Produktionsrate des Extruders automatisch an die des Reaktors an, um Störungen zu vermeiden.

Das Werk von Sabic EuroPetrochemicals in Gelsenkirchen stellt jährlich 500 000 t Polypropylen her. Die Verantwortlichen wollten eine langfristige Lösung, mit deren Hilfe sie bestimmte Produktionsziele erreichen und Material außerhalb der Spezifikation reduzieren konnten. 2002 installierte das Unternehmen die Pavilion-Lösung Virtual Online Analyzer (VOA), um den Schmelzindex des Granulates aus dem Extruder der Unipol-Polypropylenanlage vorherzusagen. Dank dieser Echtzeitmessung ließ sich die Endqualität des Granulates aus diesem Extruder besser überwachen und regeln.

Nach dem Erfolg der VOA-Lösung in Gelsenkirchen entschied sich Sabic EuroPetrochemicals für den Einsatz von Pavilions Polymer-Lösung in drei Polypropylenanlagen in den Produktionsstandorten in Gelsenkirchen und Geleen, die nach dem Innovene-Verfahren von BP arbeiten. Polymeranwendungen auf Basis von Pavilion 8 berücksichtigen Prozesswissen, Fahrdaten, wissensbasierte Modelle und Echtzeit-Produktionsberichte, um den Produktionsprozess dynamisch zu regeln und zu optimieren.

Das Sabic/Pavilion-Team setzte das erste APC-Projekt für die PPF-5-Anlage in Gelsenkirchen um. Die Lösung wurde binnen vier Monaten nach dem ursprünglichen Auftrag installiert, implementiert, getestet und in Betrieb genommen, wobei Budget- und zeitliche Vorgaben unterschritten wurden. Mittlerweile konnte bei der Anlage in Gelsenkirchen eine neue Betriebsphilosophie für intelligentere Produktionswechsel umgesetzt werden. Neben einer Verkürzung der Zeiten für Sortenwechsel von durchschnittlich 25 % setzt das Team die bestmögliche Wechselstrategie ein, um die Geschäftsziele zu erreichen. In Folge erhöhte sich der Ertrag des Endprodukts um 4,5 %. Da Sabic jetzt die Entlüftung beim Sortenwechsel vermeiden kann, lassen sich jährlich 300 t Propylen einsparen. Dadurch verringert sich der Emissionsausstoß und Vorgaben zur Luftqualität lassen sich effizienter einhalten.

Neben profitableren Sortenwechseln konnte Sabic Reaktorabweichungen um 30 % und Abweichungen bei den Eigenschaften wichtiger Produkte um 35 % reduzieren. Dadurch wurde eine höhere Produktkonsistenz erreicht. Aufgrund verbesserter Regelungsmöglichkeiten ist Sabic in der Lage, das Produktionsspektrum flexibler zu gestalten, um besser auf Marktanforderungen reagieren zu können. Diese erhöhte Flexibilität und Effizienz führen zu einer verbesserten Ausnutzung bestehender Anlagen.

cav 451

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APC-Network

Pavilion-Technologies-Softwarelösungen für die Chemie- und Polymerindustrie sind eine Familie prozessspezifischer Applikationen zur Regelung und Optimierung verschiedener Produktionseinheiten wie Reaktoren und Extruder. Die Applikationen basieren auf der Pavilion-8-Technologie.

Die reinen Software-Lösungen werden heute in zahlreichen variablen Produktionsumgebungen eingesetzt. Die Software verbindet statische Optimierung mit modellgestützter Regelung. Somit bietet sie eine Advanced-Process-Control-Lösung (zu deutsch: gehobene industrielle Prozessregelungssysteme) für das Management von Sollwerten und Übergängen der Prozesse. Die Software wird vor allem in der Polymerindustrie, in der chemischen Industrie, für die Produktion von Zement, Papier, Zellstoff und Konsumgütern sowie in der Energiewirtschaft eingesetzt, um Produktivität zu steigern und Kosten zu senken.

Es muss keine zusätzliche Messtechnik installiert werden. Die Software nutzt bestehende verteilte Regelungssysteme und Prozessverläufe, um Prozesse und Verfahren zu modellieren und zu regeln. Standardschnittstellen werden eingesetzt, um Prozessdaten von den verteilten Regelungssystemen abzulesen oder Sollwerte in die verteilten Regelungssysteme zu übertragen, während die Modelle und Regler in Echtzeit laufen. Die Advanced Process Control-Software ist meistens in der MES-Ebene angesiedelt. Sie nutzt Industrienormen wie OPC, XML und SQL, um Daten mit Regelungssystemen und Geschäftssystemen von Drittanbietern auszutauschen.