Einstellung von Anlageninstrumenten für einen reibungslosen Betrieb

von Frank Joop, Intergraph, USA

Weitere Informationen

Der Originalartikel ist in englischer Sprache in Hydrocarbon Engineering, Ausgabe May 2012 erschienen.

 

Engineeringunternehmen und Anlageneigner suchen ständig nach Lösungen, die ihre Anforderungen im Hinblick auf eine Verbesserung von Geschäftsabläufen und eine Verringerung der Projekt- und Anlagenrisiken erfüllen. Die Engineeringgrundlagen sind im Wesentlichen gleich geblieben: Ein Ingenieur muss noch immer Instrumente wählen, Datenblätter erstellen, Kabel verbinden usw.. Die geschäftlichen Treiber haben sich jedoch deutlich verändert (Zeitpläne, Kosten, Projektumfang, Markteinführungszeit). Das führt zu dem Ruf nach einem umfassenderen Ansatz und einer effizienteren Verwaltung von Engineeringdaten.

Der Steuerungsbau ist ein Schlüsselbaustein für Anlagenlaufzeit, Qualität der Fertigung, Flexibilität, Anlagenzuverlässigkeit und Betriebskosten. Daher suchen Eigner nach Wegen, um Ihre Steuerungen auf dem neuesten Stand zu halten. Oftmals werden diese auf eine modernere Technik umgestellt, um den zunehmenden Marktanforderungen gerecht zu werden und die gesteckten Ziele zu realisieren. Hinzu kommt: Die Anlagen von heute werden immer größer und komplexer. Viele müssen unter erheblichem Zeitdruck errichtet werden, um den steigenden Energiebedarf in Schwellenländern wie Indien, Russland und China zu erfüllen.

Aus Planungs- und Umsetzungsperspektive werden derart große Projekte von immer mehr Engineering-, Beschaffungs- und Bauunternehmen (EPC) durchgeführt. Dies sorgt jedoch für neue Herausforderungen: Es gilt, die Methoden und Anforderungen des Eigners bei der Planung und dem Aufbau von Steuerungen einzuhalten.

Grundlagen
Engineeringentwicklungen fokussieren sich derzeit auf die Förderung intelligenterer und stärker inte-grierter Lösungen, mit denen sich die Herausforderungen von heute bewältigen lassen. Dabei werden Verbesserungen im Steuerungsbau durch drei grundlegende Prinzipien geprägt:

• Regelgetriebenes Design: Bestimmte Regeln werden bereitgestellt und angepasst. So können Eigentümer Normen und Best Practices durchgängig festlegen. Dies sorgt wiederum über die gesamte Projektlaufzeit für Konsistenz auf Seiten der Auftragnehmer und ermöglicht eine schnellere und bessere Entscheidungsfindung.
• Beziehungs-Engineering: Dies betrifft die Verbindung zwischen Anlagenteilen, Steuerungen und den verschiedenen Teams – die Beziehungen zwischen diesen und das gesamte Konnektivitätsmodell zum Verständnis und zum Betrieb der ganzen Anlage und zur simultanen Reproduktion von Veränderungen in allen Anlagenteilen.
• Dokumente, die eine präzise Darstellung (Ansicht) der Konstruktion ermöglichen: Diese werden als Report aus der Instrumentendatenbank erzeugt. Zwar handelt es sich hierbei primär um eine Produktivitätsfunktion, doch die Darstellung des eigentlichen Zwecks der Konstruktion ist für Ingenieure und Anlageneigner sogar noch wichtiger.

Konsistenz und Präzision
Ob Greenfield- oder Brownfieldprojekt: Die Installation und Inbetriebnahme einer Steuerung ist eine komplexe Aufgabe, an der zahlreiche Stellen beteiligt sind. Hierzu zählen Eigner, externe Anbieter, Paketanbieter, Engineeringunternehmen und das für den Betrieb zuständige Team. Ein effizienter Planungs- und Installationsprozess ist für den Projekterfolg entscheidend. Eine regelgetriebene Software für den Steuerungsbau könnte hier frühzeitig durchgängige Indikatoren und Instrumente bereitstellen, die sich wiederum einfach durch Steuer- und Wartungsteams überwachen lassen. So können Ingenieure sicher sein, dass die Konstruktion der Best Practice des Kunden und den lokal geltenden Konstruktionsnormen entspricht. Ein regelgetriebenes Design, das bereits frühzeitig ansetzt, bietet zudem wirtschaftliche Vorteile: Man geht davon aus, dass ein Fehler, der während der Planungsphase identifiziert wird, den Eigner normalerweise nur 1 USD kostet. Stellt man diesen gleichen Fehler während der Bearbeitungsphase fest, dann kostet er bereits 10 USD, während der Konstruktionsphase gar 1.000 USD.

Beziehungen sind ein weiterer wesentlicher Aspekt des Steuerungsbaus. Die Planung von Steuerungen ist typischerweise ein Gewerk, bei dem verschiedene Ansichten eines Instrumentes dargestellt werden. So kann ein Instrument in einem Kreisbild, einem Schaltplan, einem Lastenheft oder einer Einbauzeichnung abgebildet werden. Kommt es zu einer Änderung, so müssen all diese Dokumente durchgängig und präzise angepasst werden – und das so schnell wie möglich. Die Dokumente und die Beziehung zwischen diesen sollten also auf der Basis von ein und derselben Quelle erzeugt werden: Dies sorgt für Präzision und Konsistenz und ermöglicht eine optimale Einarbeitung von Änderungen. Diese Ergebnisbeziehung und entsprechende Anpassungen wirken sich in erheblichem Maß auf Anlagenbetrieb und -wartung und damit letztlich auch auf die Anlagenleistung aus.

Intergraph©SmartPlant© Instrumentation, eines der modernsten, regelgetriebenen und beziehungsbasierten Tools, das auf dem Markt erhältlich ist, nutzt nur eine Quelle für Instrumentendaten, die leicht zugänglich ist und problemlos aktualisiert werden kann. So sorgt die Lösung für Konsistenz über die verschiedenen Instrumentengewerke und -unterlagen hinweg.

Integrierte Instrumente
Der Steuerungsbau ist kein alleinstehendes Gewerk. Er verfügt über zahlreiche „Verbindungen“ zu anderen Gewerken und Lieferanten. Der Steuerungsbau spielt somit eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die Integration der Daten anderer Gewerke und die effiziente Projektdurchführung.

Das Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild (P&ID) stellt den Prozess und die Steuerfunktionen einer Anlage dar. Diese Funktionen werden erfasst und auf die physischen Komponenten angewendet, die diese übernehmen: ein Prozess auf der Grundlage von Datenintegration und Regeln. So beinhalten Strömungsmessung und -regulierung Strömungselemente, Geber, Eingang/Ausgang, Ventil, Strom-Druck-Wandler und hunderte von Kreisen.

Sämtliche Instrumenten- und Prozessdaten müssen in Lastenheften aufgeführt werden – eine der ersten und wichtigsten Unterlagen für ein Projekt. Obgleich Lastenhefte schon seit Jahren erstellt werden, ist es möglich, diese Aufgabe effizienter gestalten: Indem man die Qualität der Daten verbessert und die Zeit zur Erstellung verkürzt. In moderner Software für den Steuerungsbau helfen Lastenhefte, Listen auszuwählen, um Daten schnell und durchgängig einzutragen. Darüber hinaus verwaltet die Software Daten intelligenter, indem ein bestimmtes Feld je nach Funktion der Instrumente markiert wird. Diese Methode gewährleistet, dass für jedes Instrument die wesentlichen Felder ausgefüllt werden.

Die Lastenhefte lassen sich dann zur Teileauswahl und für die endgültige Berechnung an externe Anbieter versenden. Diese können die Abmessungen des Instruments (z.B. Ventil) wiederum in eine 3D-Lösung wie SmartPlant 3D einlesen. Auf Grundlage dieser Maße lässt sich das Teil dann mit der parametrischen 3D-Engine modellieren, bevor der Rohrleitungsingenieur es mit den passenden Flanschabmessungen in die Leitung einbaut. So sind Isometrien und Abmessungen für Schnittstelle, Zugriff und Wartung korrekt.
Bei der Projektumsetzung stellen Automatisierungsanbieter eine zunehmend aktive Rolle. Daher sind Schnittstellen zu ihren Systemen von enormer Bedeutung, beispielsweise bei der Konfiguration von verteilten Steuersystemen (DCS) und deren Verdrahtung. Diese Anbieter – z.B. Emersson – nutzen modernste Lösungen wie CHARMS, ein flexibles System für Single Strip Marshalling. Intelligente Software wie SP Instrumentation eignet sich für eine enge Zusammenarbeit mit externen Anbietern, um innovative Engineeringlösungen zu unterstützen. Die Lösung bietet Pakete für vereinfachte Instrumentenkonstruktion und -inbetriebnahme und liefert einen präzisen, aktuellen Teststatus für Planungs- und Reportingzwecke.

Aufbewahrung der As-Built-Dokumentation
In Zukunft werden sich Upgrades von Steuersystemen auf eine Verringerung der Betriebskosten, eine Steigerung der Produktqualität, der Anlageneffizienz und -produktivität konzentrieren. Die Erreichung dieser Ziele durch eine Modernisierung oder einen Ausbau der Anlage hängt stark davon ab, welche Anlagendaten und As-Built-Dokumente verfügbar sind. In zahlreichen Brownfieldprojekten (Anlagen-renovierung, Modernisierung bestehender Anlagen) sind die As-Built-Dokumente allerdings nicht auf dem neuesten Stand, nur in Papierform verfügbar, gar nicht verfügbar oder verloren gegangen.

Eine mögliche Lösung besteht in der erneuten Erstellung aller Daten mithilfe von Laserscanning der Anlage, um die bestehenden Installationen einschließlich Anordnung und aktuellem Zustand zu dokumentieren. Gerade bei neuen Systemen auf Feldbus-Basis ist dies entscheidend (Kabellänge und Anzahl der Instrumente mit einer Leitung). Das Laserscanning kann durch das Anbringen von Etiketten an Anlagenteilen wie Instrumenten und Klemmenkästen verbessert werden. Damit lassen sich Kosten und Zeitaufwand reduzieren, sodass die Anlage schneller wieder mit Vollast läuft.
Die zügige Bereitstellung von Istdaten bietet eine Plattform für den sicheren Anlauf und Betrieb ent-sprechend den geltenden Vorschriften und ermöglicht eine zuverlässigere Planung von Anlagenstillständen. Präzise, aktuelle Daten und ein langfristiger Überblick über das Verhalten von Instrumenten sind zudem die Grundlage für die Umsetzung mehrerer Projekte und liefern darüber hinaus umfassende Informationen für Produktionsszenarien.

Bei Greenfieldprojekten ist ein kompletter Neuanfang ein enormer Vorteil. Doch auch wenn zwei Projekte niemals identisch sind, lassen sich gesammelte Erfahrungen durchaus nutzen. Die Erstellung von Engineeringregeln und die Erzeugung automatisierter Daten direkt von Anfang an bietet die Möglichkeit, Prozesse und Betrieb kontinuierlich zu verbessern.

Alle Daten, die für Planung und Konstruktion einer Anlage zusammengestellt werden, kommen auch während des Betriebs zum Einsatz. Die Zeiten, in denen man einfach einen Stapel Papier übergab, sind endgültig vorbei: Heute können alle Daten von der Planungsphase bis zum Betrieb digital bereitgestellt werden. Intergraph SmartPlant for Owner Operators, das mit SmartPlant Instrumentation integriert ist, kann Primärdaten wie auch Daten und Unterlagen Dritter speichern und verwalten. Die Software ist in der Lage, Beziehungen zu erstellen, sodass die Teams im Betrieb schnell bestimmte Anbieterunterlagen, Dokumente verschiedener Gewerke oder Unterlagen zu der Steuerung auffinden können. Darüber hinaus lässt sich die Integration auf Enterprise Resource Planning-Systemen (ERP) wie SAP ausweiten, um entsprechende Wartungsaufzeichnungen darzustellen.

Datenaustausch und -überwachung
SmartPlant bietet zudem operative Funktionen wie die Kalibrierung über einen Link zu FLURKE, mit dem sich die ursprünglichen Kalibrierungsdaten erfassen lassen. Sind Instrumentenkalibrierung, Datenverifizierung und Elektrotechnik erst einmal unter Kontrolle, verändert sich der gesamte Engineeringumfang und auch die Methodik. Änderungen sind dann keine Bedrohung mehr, da die für Betrieb und Wartung zuständigen Ingenieure wissen, was sie tun müssen, und wo sich Änderungen ergeben haben.

Intelligente Software für den Steuerungsbau bietet aber noch mehr: ein umfassendes Worksharing, bei dem zahlreiche Gewerke, Auftragnehmer oder Anbieter alle Instrumentendaten austauschen und sofort auf Updates zugreifen können. Immer mehr Eigner/Betreiber verfügen über Anlagen in einem Land und hosten ihre Instrumenten-Datenbanken andernorts. Zahlreiche EPC-Unternehmen arbeiten von verschiedenen Standorten aus an einem Projekt und nutzen dabei denselben Speicher.

Und schließlich spielt der Steuerungsbau auch für die Sicherheit eine Schlüsselrolle. Automatisierte Lösungen verbessern die Ergebnisse von Gefahren- und Betriebsfähigkeitsstudien, und oftmals sorgen Steuerungen für die Identifizierung von Risiken und eine schnelle Reaktion. In SmartPlant© Process Safety lassen sich die empfohlenen integrierten Sicherheitsfaktoren einbauen, bevor diese an SmartPlant Instrumentation übertragen werden. Anhand dieser Informationen kann die Software dann ein passendes System mit geeignetem Schutz und Backup-Layers gestalten. Das System ermöglicht auch eine schnelle Durchführung von HAZOP-Analysen während Planung und Betrieb und eine automatische Erzeugung von Ursachen- und Folgeberichten.

Schlussfolgerungen
Immer größere und komplexere Greenfield- und Brownfieldprojekte stellen die Grenzen und die Leistung von verfahrenstechnischen Anlagen und Steuerungen infrage. Die Unternehmen stehen unter zunehmendem Druck: Projektlaufzeiten sollen verkürzt und Planungsprozesse effizienter gestaltet werden. Infolge dessen richtet sich das Augenmerk der für Planung und Betrieb zuständigen Ingenieure auf Instrumente und Steuerung, da sich dieses Gewerk auf alle Bereiche des Anlagenbetriebs auswirkt und Annlagenzuverlässigkeit, -effizienz sowie Betriebs- und Wartungskosten erheblich beeinflussen kann. Durch eine Steigerung der Zuverlässigkeit bestehender Instrumente und Steuerungen und ihrer Bestandteile können Anlagenbetreiber bereits frühzeitig im Workflow informierte Entscheidungen treffen. Dies vermeidet teure Nacharbeit oder im schlimmsten Fall die Nachbestellung kostspieliger Anlagenkomponenten oder sogar Stillstände.

Right Hand
 
© Copyright 2012 Intergraph Corporation - Printed from www.intergraph.com on 4/19/2018 3:58:14 PM