Anlagenbau & Prozesstechnik

Aufs richtige Pferd setzen

Mit zielgerichteten Investitionen Energie- und Betriebskosten reduzieren

25.02.2010 -

Steigende Energie- und Rohstoffpreise, stärkerer Wettbewerb sowie die derzeitige geringe Auslastung der Produktionsanlagen erhöhen in der Prozessindustrie zunehmend den Kostendruck. Um ihre Wettbewerbsfähigkeit oder sogar den Standort zu sichern, sind Unternehmen auf der Suche nach Einsparpotenzialen. Geeignete Lösungen und Strategien sollen nachhaltig die Energie- und Betriebskosten senken, ohne dabei Qualität, Verfügbarkeit oder aber die Sicherheit der Produktionsanlagen ungünstig zu beeinflussen oder zu gefährden.

In der Vergangenheit wurden Investitionsentscheidungen bei automatisierungs- oder messtechnischen Lösungen überwiegend zu Gunsten des Anschaffungspreises getroffen. Dabei sind die Gesamtkosten (TOC - Total Cost of Ownership), die neben dem Anschaffungspreis auch die Betriebskosten (Energie, Wartung und Instandhaltung) und die Verbrauchsmaterialien berücksichtigen, für den wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen maßgebend. Trotz der Forderung nach einer höheren Energie- und Instandhaltungseffizienz werden Neuinvestitionen nach wie vor auf dieser Grundlage entschieden. Demselben Druck sehen sich die Anlagenbauer bei der Angebotsabgabe für Investitionsprojekte ihrer Kunden ausgesetzt. Da häufig in der Angebotsphase keine Spezifikationen bzw. Anforderungen hinsichtlich der späteren Betriebskosten seitens Betreiber vorliegen, entscheidet letztendlich der Angebotspreis bei der Projektvergabe. Betriebskosten- und energieeffizientere Lösungen fallen so durch das Raster.

Messtechnische Einsparpotentiale

In vielen messtechnischen Betriebs- und Überwachungseinrichtungen unterschiedlichster Anlagenbereiche der Prozessindustrie schlummern daher ungenutzte Einsparpotenziale. So zum Beispiel in der Reduzierung des Wartungs- und Instandhaltungsaufwandes, in einer effizienteren Qualitätssicherung oder in der Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der Erzeugung, Verteilung und Nutzung. Trotz der momentanen Zurückhaltung bei Neuinvestitionen haben diese Maßnahmen und Lösungen gerade dann eine hohe Chance realisiert zu werden, wenn sie schnell umsetzbar sind und versprechen, sich innerhalb kürzester Zeit zu amortisieren. Angesprochen sind hier speziell Betriebsleiter und Investoren, welche für die gesamtwirtschaftliche Situation ihres Unternehmens bzw. Unternehmensbereiches verantwortlich sind. Mit der Gesamtkostenbetrachtung und Entscheidung für die richtige Investition sichern sie den Erfolg ihres Unternehmens.

Unterstützung durch bewährte Lösungen

Endress + Hauser unterstützt die Betreiber von Prozessanlagen bei der Suche nach Einsparpotentialen. So ist die genaue Messung und Konstanthaltung bestimmter pH-Werte ist für eine Vielzahl industrieller Prozesse entscheidend. Gerade die pH-Messung erfordert häufiger als andere Messgrößen eine regelmäßige Kalibrierung bzw. Justierung, oft sogar mehrmals pro Woche. Die eingesetzten klassischen, analogen Systeme sind hochohmig und sehr anfällig, z. B. gegenüber Feuchtigkeit. Darum müssen Sensor, Kabel und Messumformer zusammen kalibriert werden. Die Kalibrierung/Justierung in der Anlage vor Ort erfordert einen hohen Personal-, Sach- und Zeitaufwand. Oft befinden sich diese Messstellen an schwer zugänglichen Stellen und verlangen umfangreiche Sicherheits- und Schutzmaßnahmen. Bei Nacht und an Wochenenden müssen Fachkräfte eingeplant werden. Während der durchgeführten Arbeiten ist der Messwert über einen langen Zeitraum nicht verfügbar.
Die Lösung bietet die pH-Messung mit der digitalen Memosens Technologie, die sich inzwischen zum Industriestandard entwickelt. Störeinflüsse wie bei analogen Sonden werden durch eine induktive, kontaktlose Daten- und Energieübertragung im Sensorstecker vermieden. Die Speicherung der Kalibrierdaten im Sensorkopf erspart die Kalibrierung vor Ort in der Anlage. Alle Instandhaltungsmaßnahmen (Reinigung, Konditionierung, Regenerierung, Kalibrierung, Justierung) können an zentraler Stelle unter reproduzierbaren Laborbedingungen durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine präzisere Kalibrierung und damit eine genauere Prozessführung. Die Datenbank Memobase protokolliert alle Kalibrierdaten für die Qualitätssicherung und zur Erzielung der maximalen Nutzungsdauer der pH-Elektroden bzw. vorausschauenden Wartung. Der Sensortausch erfordert keine speziellen Fachkenntnisse und kann auch vom Betriebspersonal jederzeit durchgeführt werden. Die dabei kurze Unterbrechung garantiert eine hohe Verfügbarkeit des Messwertes.
In einem Fall mit zehn neu installierten pH-Messstellen, monatlicher Kalibrierung und zweimaligem Elektrodenwechsel jährlich pro Messstelle, amortisierten sich die Mehrkosten für die digitale Memosens-Technik - im wesentlichen für die Mehrkosten des Kalibrierplatzes - in weniger als einem Jahr. In einem weiteren Fall mit 48 vorhandenen pH-Messungen in einer Produktionsanlage ergab die Umrüstung auf Memosens-Technik eine Einsparung der Instandhaltungskosten von 45.000 €/Jahr und amortisierte sich nach 1 ½ Jahren.

Das Fass nicht überlaufen lassen

Für den Umgang mit wassergefährdenden Stoffen fordert das Wasserhaushaltsgesetz den Einsatz von Überfüllsicherungen. Die bestimmungsgemäße Funktion einer Überfüllsicherung ist während der Betriebszeit mindestens einmal jährlich zu überprüfen. In den Zulassungsgrundsätzen für Überfüllsicherungen (ZG-ÜS) werden verschiedene Prüfmethoden vorgeschlagen. Die wiederkehrende Prüfung an einer Überfüllsicherung kann je nach Prüfmethode und verwendeten Überwachungskomponenten aufwendig und mit hohen Kosten verbunden sein.
Das „Nass Anfahren" bis zur Ansprechhöhe ist in der Praxis nicht immer mit vertretbarem Aufwand möglich. Die Ersatzprüfung durch Simulation des Füllstandes oder des physikalischen Messeffektes um die Überfüllsicherung zum Ansprechen zu bringen erfordert oft einen sehr hohen zeitlichen, materiellen und personellen Aufwand. Die häufig verwendete, vereinfachte wiederkehrende Prüfung durch Unterbrechung der Verbindungsleitung zwischen Standaufnehmer und Messumformer, oft in Verbindung mit einem Prüftaster, muss durch eine „Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung" des DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) zugelassen sein. Die hohe Prüftiefe der Liquiphant-Geräteausführung „PFM" erlaubt die wiederkehrende Prüfung mittels Tastendruck, bescheinigt durch die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. Bei der Geräteausführung „FailSafe" entfällt sogar die wiederkehrende Prüfung für den Standaufnehmer und das Auswertegerät komplett. Lediglich die nachgeschalteten Anlagenteile müssen geprüft werden (auf Knopfdruck). Bei einer neu installierten Überfüllsicherung amortisieren sich die Mehrkosten für die PFM-Ausführung in einem Jahr, also nach der ersten Wiederholungsprüfung. Bei 100 Überfüllsicherungen ergibt dies eine jährliche Ersparnis von mindestens 30.000,- €.

Inline Konzentrationsmessung

Zu den heute üblichen Verfahren zur Bestimmung der Dichte bzw. Konzentration gehören Spindeln, Pyknometer oder Biegeschwinger, welches alle Laborprüfmethoden sind und sich nicht als Feldgeräte für den rauen Einsatz eignen. Bei chemisch aggressiven oder toxischen Medien birgt die dazu erforderliche Probenahme und der Transport in das Labor ein hohes Gefahrenpotenzial. Außerdem können sich die Proben auf dem Weg zum Labor ungünstig verändern. Die diskontinuierliche Erfassung der Prozessgröße kann bei kontinuierlichen Prozessen zu erheblichem Produktausschuss führen, wenn die Auswertung im Labor zu lange dauert. Dazu kommt ein hoher personeller und zeitlicher Aufwand, verbunden mit hohen Kosten.
Der Schwinggabelsensor Liquiphant M Dichte liefert Dichte- bzw. Konzentrationsinformationen online und unmittelbar aus dem Prozess (in situ). Die direkte Montage am Behälter oder an Rohrleitungen umgeht das Spindeln vor Ort oder im Labor, mit den damit verbundenen Messunsicherheiten, Gefahren und Zeitaufwand und senkt dabei die Kosten. Im Fall einer Konzentrationsmessung von Schwefelsäure wurde die Spindelung im Labor durch den Liquiphant M Dichte ersetzt. Bei zwei Spindelungen a 15 Minuten je Schicht im Drei-Schicht-Betrieb betragen die Einsparungen ca. 50.000 € / Jahr. Die Investition hat sich bereits nach zwei Monaten amortisiert.

Fieldcare: Herstellerübergreifendes Bedienung von Feldgeräten

In Prozessanlagen wird häufig eine Vielzahl unterschiedlicher Messgeräte verschiedener Hersteller eingesetzt. Für jeden Typ und jeden Hersteller muss üblicherweise ein besonderes Bedientool auf dem Rechner der Instandhaltung installiert werden. Dies erfordert neben einem hohen Schulungsaufwand auch Update-Kosten für alle Programmsysteme. Die Lösung heißt Fieldcare, ein anlagennahes Asset-Management-Tool. Die Funktionalität reicht von der einfachen Geräteparametrierung bis hin zu Lösungen zur Zustandsüberwachung. Der integrierte iDTM-Treiber bringt zwei Welten zusammen. Zum einen die Bedienung von Geräten über das FDT-Konzept mittels einer DTM und gleichzeitig völlig transparent die Bedienung von Geräten für die lediglich eine elektronische Gerätebeschreibung DD (Device Desciption) angeboten wird.
FieldCare Standard+iDTM ermöglicht damit die Parametrierung von Geräten unterschiedlichster Hersteller mit nur einem einzigen Bedienprogramm.
Durch die Reduktion der Vielfalt an Bedientools auf ein einziges, entfällt die Zeit für die Installation und Aktualisierung verschiedener Softwarepakete sowie der Schulungsaufwand. Dies spart Kosten und reduziert die Anwendungsprobleme auf ein Minimum.

Energiemonitoring

In allen Industriebranchen stellen Hilfskreisläufe Energie in geeigneter Form für den Betriebsprozess einer Anlage bereit. Strom, Druckluft, Dampf, Erdgas, Kühl- und Heißwasser sind nur einige, deren Erzeugung, Verteilung und Verbrauch immer höhere Energiekosten produzieren. Ziel eines jeden Anlagenbetreibers muss es deshalb sein, seine Versorgungsenergien effizient einzusetzen und zu überwachen, um Energiekosten zu senken. Erfahrungsgemäß können im Bereich der Versorgungsenergien zwischen 5 - 20% der Kosten eingespart werden.
Effektives Energiemonitoring deckt ungenutzte Einsparpotenziale auf und sichert nachhaltig die Effizienz der Anlage durch die Früherkennung von Energieverlusten z. B. durch Leckage, Ablagerung an Filtern oder Wärmetauschern. Der Ersatz von Blendenmessungen durch Staudrucksonden, thermische- oder Ultraschall-Durchflussmesser senkt den Druckverlust in den Versorgungsleitungen. Bei Druckluftanlagen hat der Druckverlust von 1 bar eine Erhöhung der Energiekosten von 6 - 10% zur Folge. Hier lassen sich schnell einige 1.000 € im Jahr an Energiekosten einsparen.

Zusammenfassung

Die Beispiele haben gezeigt, welche Einsparpotenziale durch messtechnische bzw. automatisierungstechnische Lösungen erschließbar sind. Es lohnt sich, bestehende Technik zu ersetzten, da sich diese Investitionen in kürzester Zeit amortisieren und in der Folge zu einem wirtschaftlicheren Betrieb der Anlage mit nachhaltigen Einsparungen an Energie- und Betriebskosten führen. Neben dem Angebot von Lösungen und Konzepten zur Energie- und Kosteneinsparung sieht Endress + Hauser die partnerschaftliche Aufgabe darin, die Kunden aktiv bei der effizienteren Gestaltung ihrer Prozesse zu unterstützen, um Lösungen zu finden, die Einsparungen im Energieverbrauch, Resourceneinsatz sowie Prozessverbesserung möglich machen.

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