Stillstand? Nicht mit uns!

Anlagen-Management

Chemieanlagen sollen einsatzbereit sein, wenn man sie braucht, und dann hohe Qualität liefern. Um beides unter betriebswirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu gewährleisten, gibt es bei Bayer Technology Services die Abteilung Asset Life Cycle Management.

Als Carlos Hedler vor kurzem einen neuen Mixer für die Küche kaufte, schaute er nicht nur nach dem Preis. Für den Elektroingenieur und Master of Business and Administration war viel wichtiger, dass das neue Gerät solide verarbeitet ist und aus robusten Materialien besteht. „Dafür gebe ich dann gerne mehr Geld aus“, so der gebürtige Brasilianer. Ein Mehraufwand, der sich am Ende auszahle. „Was nützt es, wenn ich schon nach einem Jahr wieder einen neuen Mixer kaufen muss?“ Das kostet dann nicht nur erneut Geld, sondern auch Zeit. Und vielleicht sogar Nerven. Zum Beispiel, wenn das Gerät genau in einem Moment den Dienst einstellt, in dem man es unbedingt verwenden möchte.

Ein vermeintlich banales Beispiel aus dem heimischen Haushalt. Doch es spiegelt sehr gut eine übergeordnete Philosophie wider, die auch in Hedlers Berufsalltag eine zentrale Rolle spielt. Der Ingenieur leitet bei Bayer Technology Services den Bereich Asset Life Cycle Management (ALCM). Gemeinsam mit den Partnern in den Bayer-Teilkonzernen die bestmögliche Verfügbarkeit und maximale Zuverlässigkeit aller Bayer-Anlagen sicherstellen – so könnte man die Aufgabe der rund 40-köpfigen Mannschaft formulieren. Es geht dabei um Reaktoren, Destillationskolonnen und Rührwerke, aber auch um kleinere Komponenten wie Pumpen, Kompressoren, Ventile oder Rohre. Und auch dort ist es wichtig, die richtige Lösung zu finden und nicht die preisgünstigste. Das gilt insbesondere dann, wenn man bei einer Produktionsanlage hohe Verfügbarkeit und lange Lebensdauer sicherstellen möchte.

„Bei der jüngsten Inspektion hatten wir 60 Prozent weniger Aufwand und damit auch weniger Produktionsausfall“

Erwin Dieterich

Leiter Anilin-Betrieb Antwerpen, Bayer MaterialScience

Die ALCM-Arbeit beginnt bereits beim Planen eines neuen Betriebs. Beispiel Dormagen. Dort errichtet Bayer MaterialScience derzeit eine neue World-Scale-Anlage zur Produktion von Toluylen-Diisocyanat (TDI; siehe auch „technology solutions 2013“, S.26). TDI ist ein wichtiger Rohstoff für Polyurethan- Weichschaum, wie er in Polstermöbeln, Matratzen und Autositzen eingesetzt wird. Die neue Anlage wurde auch von Kollegen aus Hedlers Team vorbereitet. Etwa, als es um die Materialauswahl für Komponenten ging, die unter Korrosion leiden können. „Wir machen in so einem Fall eine penible Korrosionsstudie“, erklärt Hedler. Komplexes Modellieren am Computer, in das die geplanten Betriebsbedingungen ebenso eingehen wie die Eigenschaften der jeweiligen Stoffe, mit denen die Anlagenteile in Kontakt kommen. „Aufgrund solcher Berechnungen haben wir das Material an zwei Stellen noch einmal gegenüber den vorherigen Planungen geändert“, so Hedler. Beispielsweise sind die Rohre für das Betriebswasser jetzt aus korrosionsbeständigem VA-Stahl.

So etwas gehört zum „Design for Reliability“, wie es im Fachjargon heißt. Dieser Ansatz sorgt bei der anfänglichen Planung zwar für mehr Aufwand. Doch der rechnet sich spätestens an dem Tag, an dem die Anlage zum Beispiel wegen eines Pumpenausfalls oder einer notwendigen Instandhaltung stillstünde. Solche ungeplanten Ausfälle gehen schnell ins Geld. Nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen des Produktionsausfalls. Eine TDI-Anlage etwa produziert jeden Tag Substanz im Wert von rund einer Million Euro. Das Ziel ist, dass die ALCM-Experten schon bei der Konzepterstellung und bei der Kostenplanung die gesamte Lebensdauer einer Anlage ins Auge fassen. „Total Cost of Ownership“ heißt dieser Ansatz. Er ist nicht weniger als ein Paradigmenwechsel. „Lange Zeit haben wir in der chemischen Industrie den Fokus auf die unmittelbaren Investitionskosten gerichtet“, sagt Hedler, der seit 1986 bei Bayer ist und schon mit vielen Anlagen zu tun hatte. „Genau das ändern wir gerade.“

Die langfristige Kalkulation führt aber nicht immer dazu, die hochwertigsten Materialien oder Apparate zu verwenden. Manchmal genügt auch eine günstige Lösung. „Manche Anlagen haben schon nach kurzen Intervallen geplante Stillstände“, erklärt Hedler. „In solchen Fällen stellen häufig auch preiswerte Komponenten die Verfügbarkeit sicher.“

Zum „Design for Reliability“-Konzept gehört es auch, die optimalen Bereiche für bestimmte Betriebsgrößen wie Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit in den jeweiligen Anlagensegmenten festzulegen. Hedler spricht gerne von den „guten Zuständen“ oder auch von den „Integrity Operating Windows“ (IOW). „Das sind die Bereiche, bei denen eine Anlage besonders schonend, und damit lange, betrieben werden kann“, so der Brasilianer. Ein zentrales Thema ist aufgrund der vielen metallischen Komponenten auch hier die Korrosion. „Wir schauen dann ganz konkret nach Grenzwerten, jenseits derer das Korrosionsrisiko signifikant stiege“, erklärt Hedler. Danach werden zum Beispiel Alarmfunktionen eingerichtet, die beim Verlassen dieser Zustandsbereiche reagieren. So wie im Auto. Erhöht der Fahrer die Motordrehzahl zu stark, wandert der Zeiger in den roten Bereich. Im Zusammenhang mit Sicherheitsbelangen sind solche „Operating Windows“ schon lange Standard. „Wir haben diesen Ansatz nun auch auf Verfügbarkeitsaspekte erweitert“, erklärt Hedler. Die jeweiligen „guten Zustandsbereiche“ kalkuliert sein Team in komplexen Modellen – und simuliert dabei neben dem Regelbetrieb auch weitere Szenarien, etwa das An- und Abfahren einer Anlage. Die generellen Ziele sind klar: die Lebensdauer der Anlagenkomponenten zu erhöhen und schadensbedingte Anlagenausfälle zu verhindern.

Die neue TDI-Anlage in Dormagen
Schon bei der Planung auf Zuverlässigkeit und Langlebigkeit getrimmt: Neue TDI-Anlage in Dormagen

Aber ganz ohne Stillstände geht der spätere Betrieb einer Anlage natürlich auch nicht. Zum Beispiel gibt es behördlich vorgeschriebene Inspektionen, die, je nach Land, in einem bestimmten Turnus erfolgen. Es fällt ebenfalls in den Aufgabenbereich der ALCM-Experten, die Kunden zu beraten und dabei zu unterstützen, solche Stillstände optimal und möglichst effizient durchzuführen. Auch dies haben die Experten bereits bei den Planungen einer neuen Anlage im Auge. Für die Dormagener TDI-Anlage etwa berücksichtigte das Team von Anfang an, wo später eine Wanddicke gemessen oder eine Dichtigkeit geprüft werden muss. „Inzwischen bauen wir solche Stellen von vornherein gut zugänglich und richten zum Beispiel eigens ein Fenster im Dämmmaterial ein“, so Hedler. Vorausschauende Gedanken, die man sich früher nicht unbedingt gemacht habe.

Und noch etwas ist inzwischen Standard. Während früher die Wandstärken an neuralgischen Anlagenstellen erst im Zuge einer Inspektion gemessen wurden, führt ALCM jetzt schon vor der ersten Inbetriebnahme ein solches Messprogramm durch. Eine „Nullmessung“ sozusagen. Spätestens bei der ersten Inspektion sind diese Bezugswerte von großem Vorteil. „Wir sehen dann nicht nur, ob alle Werte okay sind, sondern direkt auch die zeitliche Veränderung“, so Hedler. So wie ein Autofahrer nur weiß, ob er Motoröl verliert, wenn er zuvor schon einmal gemessen hat, können auch die Anlagenbetreiber viel aus den Nullmessungen lernen. Zum Beispiel, an welchen Stellen die Materialstärke schneller schrumpft als woanders.

Auch das Inspektionsprogramm selbst hat sich verändert. Inzwischen praktiziert Hedlers Team sogenannte „Risk-based Inspections“ (RBI) – und damit ein Vorgehen, das im Umfeld der chemischen Industrie noch vergleichsweise neu ist (siehe auch „technology solutions 2011“, S.20). Statt eines pauschal festgelegten Turnus fragt man für jedes Bauteil: Mit welcher Wahrscheinlichkeit kann dort etwas passieren, und welche Folgen hätte das? Daraus ergibt sich eine Art Risikomatrix, und nach der werden Prüfintervalle festgelegt. „Für manche Untersuchungen reicht dann beispielsweise ein zehnjährlicher Check“, so Hedler, „während kritischere Stellen möglicherweise in kürzerem Zyklus auf den Prüfstand kommen.“ Der Experte vergleicht das mit einem Autofuhrpark. „Statt die Fahrzeuge zum Beispiel alle zwei Jahre zu checken, kann es sinnvoller sein, die wirklich stark beanspruchten jedes Jahr zu prüfen, während man die seltener eingesetzten nur alle vier oder fünf Jahre unter die Lupe nimmt.“ Unter dem Strich sei der Aufwand damit vielleicht sogar geringer als beim zweijährlichen Pauschal-Check. Und trotzdem könnte sogar die Verfügbarkeit profitieren – wenn nämlich die stark beanspruchten Vehikel öfter überprüft werden und damit seltener ausfallen.

Die Erfahrungen mit RBI sind gut. Beispiel Antwerpen. Nach der jüngsten Inspektion im dortigen Anilinbetrieb von Bayer MaterialScience freute sich der Betriebsleiter Erwin Dieterich: „Wir hatten 60 Prozent weniger Aufwand, und das verringerte auch unseren stillstandsbedingten Produktionsausfall.“ Auch die Betriebswasserrohre der neuen TDI-Anlage in Dormagen wird man aufgrund des gewählten VA-Stahls künftig seltener überprüfen müssen, weil das Korrosionsrisiko kleiner ist als bei normalem Stahl.

Wenn Carlos Hedler über seine Arbeit spricht, dann verweist er gerne auf andere Branchen. Auf die Luftfahrt zum Beispiel. Dort haben die Planer natürlich das Ziel, die Zeit zu minimieren, die ihre Flotte am Boden verbringt. Bei Lufthansa Technik kommt Hedler geradezu ins Schwärmen. „Die haben eine systematische Online-Datenerfassung und Analyse – und wissen genau, wann sie wo welches Teil austauschen müssen, um ihre Maschinen verfügbar zu halten“, sagt Hedler. Überhaupt Daten und deren Nutzen. Da könne man noch viel machen.

Die gezielte Auswertung weltweit erhobener Daten soll nun auch bei Bayer zu wichtigen Erkenntnissen im Anlagenmanagement verhelfen. Moderne Datenbankmodelle, Data-Mining-Konzepte und selbstlernende Systeme sollen künftig ein „integriertes Asset-Monitoring“ möglich machen, so Hedler. Was bei der einzelnen Anlage vielleicht noch nicht viel verrät, kann aus der globalen Perspektive durchaus zu wichtigen Hinweisen führen. „Etwa, wenn wir plötzlich sehen, dass eine bestimmte Pumpe bei ganz bestimmten Betriebsbedingungen immer wieder vorzeitig ausfällt“, so Hedler. Wenn es nach ihm geht, werden künftig smarte Computerprogramme helfen, solche Erkenntnisse aus den weltweit anfallenden Datenmengen abzuleiten.

Anregungen für seine Arbeit hat sich Hedler auch schon in der Automobilindustrie geholt. Auf den ersten Blick hat ein Montageband für Autos vielleicht wenig mit der Planung einer Chemieanlage zu tun. Trotzdem sei vieles vergleichbar. „Die stellen ja auch Überlegungen dazu an, wie sie Stillstand ihrer Bänder verhindern können“, so Hedler. „Dabei nutzen sie eine umfangreiche Datenbasis zu historischen Ereignissen, um Fehlerwahrscheinlichkeiten zu kalkulieren. Dann schätzen sie die Auswirkungen solcher Fehler ab und suchen nach Vermeidungsstrategien. Von der prinzipiellen Vorgehensweise her ist da vieles genau wie bei uns“, so Hedler. Und letztlich ist es ja auch bei Hedlers zu Hause nicht viel anders. Der Küchenmixer jedenfalls ist seit seiner Anschaffung jederzeit verfügbar – dank der Life-Cycle-basierten Investitionsplanung.

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