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Plattformbasierter Ansatz reduziert Komplexität sowie Kosten und steigert Effizienz : Ausgabe 20/2015, 03.12.2015

Mehr Wartungssicherheit für rotierende Maschinen

In unsicheren Zeiten kann der Ölpreis schnell um 50 Prozent fallen. Die Ölindustrie kann da wenig tun, um den Verlauf dieses milliardenschweren Marktes zu verändern. Es gilt, die Effizienz der Ölförderung deutlich zu erhöhen und dabei Gesundheit, Arbeitssicherheit und Umweltschutz nicht zu vernachlässigen. Der sorgfältige Unterhalt der Pumpen und rotierenden Maschinen spielt da eine zentrale Rolle.

Autor: Brian Phillippi, Product Marketing Manager, NI

Bilder: NI, fotolia | kuznetsov_konsta

Vom täglichen Zähneputzen bis hin zum Ölwechsel – auch Menschen folgen einem regelmässigen Wartungsprogramm, um alles so gut wie möglich im Originalzustand zu erhalten. Somit ist es nicht überraschend, dass diese Vorgehensweise auch auf rotierende Maschinen angewandt wird. Dank eines regelmässigen Wartungsprogramms lassen sich Geld für teure Reparaturen einsparen und die Effizienz der Maschinen verbessern.

Trotz teurer Wartung gibt es viele Unwägbarkeiten

In der Realität kostet die Wartung aber oft mehr, als die Maschine bis zum Ausfall zu betreiben und dann zu reparieren. Wartung braucht viel Zeit, Geld und man unternimmt oft grosse Anstrengungen für etwas, was sich prinzipiell in einwandfreiem Zustand befindet. Die Kosten für Sicherheitsprobleme, die durch schwerwiegende Ausfälle verursacht werden, lassen sich nur schwer präzise abschätzen. Denn obwohl die Ausfallwahrscheinlichkeit durch regelmässige Wartung verringert wird, ist es immer noch möglich, dass ein unvorhergesehener oder schwerwiegender Ausfall an einer Maschine auftritt, wenn ein Teil der Maschine vor dem vom Hersteller empfohlenen Reparaturzeitraum nicht mehr funktioniert. Es muss einen besseren Weg geben, um die Lebensdauer einer Maschine zu verlängern, und dabei Gesundheit, Arbeitssicherheit und Umweltschutz nicht ausser Acht zu lassen.

Wartungskosten pro Jahr und PS

Damit sich die Kosten, die mit der Wartung der rotierenden Maschinen einhergehen, besser nachvollziehen lassen, hat das amerikanische Electric Power Research Institute (EPRI) vergleichbare Wartungskosten für verschiedene Methoden in Dollar pro Pferdestärke (PS) im Jahr errechnet. Die Forscher fanden heraus, dass eine regelmässige Wartungsstrategie hinsichtlich der Ausführung mit 24 Dollar pro PS am teuersten ist. Eine reaktive Wartungsstrategie (Betrieb bis zum Ausfall) folgt mit 17 Dollar pro PS an zweiter Stelle – enthält jedoch nicht die zusätzlichen Kosten für Arbeitssicherheit.

Hier lässt sich eine Parallele zu den bei der Ölförderung eingesetzten Pumpen ziehen: Ein Motor mit 1500 PS würde Kosten von etwa 36 000 Dollar pro Jahr verursachen, während eine reaktive Wartungsstrategie laut der EPRI-Studie 25 500 Dollar pro Jahr kosten würde. Das scheint zunächst nicht viel zu sein. Wird diese Zahl jedoch mit der Anzahl der Fördertürme eines ganzen Ölfeldes (z. B. 1500) multipliziert, schnellen die Kosten für einen regelmässigen Wartungsplan auf 54 Mio. Dollar und für eine reaktive Strategie auf 38 Mio. Dollar pro Jahr in die Höhe. Diese Zahlen summieren sich und verdeutlichen so, weshalb die Maschinenwartung ein solch bedeutendes Thema ist.

Effiziente Wartungsstrategie ist wichtig

Die Maschinen müssen nicht nur gewartet werden – es muss vor allem eine effiziente Strategie für die Wartung geben. Daraus ist bereits ein so wichtiges Thema geworden, dass laut Forbes Magazine «einer von drei Dollar, der für vorausschauende Instandhaltung ausgegeben wird, vergeudet wird». Ein Blick auf die Wartungskosten von grossen Anlagen in einer Flotte kann ein Verständnis für die Kosten der Maschinenwartung vermitteln. Doch dies ist nur die Spitze des Eisbergs, wenn es um die tatsächlichen Kosten für das fehlerhafte Verwalten von Maschinen geht.

Fliesst kein Öl, fliesst kein Geld

Um die tatsächlichen Kosten zu bestimmen, muss man das Problem auf Produktionsebene betrachten. Eine Pumpe zu reparieren kann 36 000 Dollar kosten und die Kapitalkosten für eine neue Drei- oder Fünffachpumpe können auf bis zu 350 000 Dollar ansteigen – der tatsächliche Verlust liegt in der Förderung. In der Erdöl- und Erdgasindustrie besteht ein direkter Zusammenhang zum Reingewinn eines Erdölunternehmens, da der Kapitalfluss direkt an die Öl- und Gasproduktion gekoppelt ist.

Wird eine Bohrung an einem Bohrplatz angehalten, hört buchstäblich auch der mit dem Bohrloch zusammenhängende Kapitalfluss auf zu fliessen. Dies verstärkt sich weiter, wenn man die Betriebskosten für Bohrtrupps vor Ort in Betracht zieht. Aus diesem Grund ist die Zuverlässigkeit der Ölförderung sehr entscheidend. Einige Unternehmen gehen sogar so weit, einige Reservetankwagen für den Notfall einzuplanen, da sie nicht wissen, ob ihre Pumpe ausfallen wird, auch wenn sie gerade erst gewartet wurde. Es muss eine bessere Möglichkeit geben, als darauf zu hoffen, dass Maschinen nicht ausfallen und man rein prophylaktisch teure Ersatzteile bereithält.

Vorbeugende Wartungsstrategie spart enorm Kosten

Gut, dass eine dritte Option sehr vielversprechend ist: die vorbeugende Wartungsstrategie. In derselben EPRI-Studie fanden Forscher heraus, dass bei der vorbeugenden Wartungsstrategie Kosten von nur 9 Dollar pro PS verursacht und dabei alle Risiken – bis auf Folgeschäden durch schwerwiegende Ausfälle – ausgeschlossen werden. Bei einer vorbeugender Wartungsstrategie kann man schon vorab erkennen, wann eine Maschine ausfallen wird, sodass man dann eine Wartung durchführen kann, wenn die Förderung nicht beeinträchtigt wird. Durch kontinuierliche Messungen und Analysen kann das Bedienpersonal nun voraussagen, wann Maschinen nicht mehr einwandfrei funktionieren werden, und diese bei Bedarf frühzeitig reparieren – und dazu muss das Personal nicht mehr in regelmässigen Abständen auf gut Glück testen, welches Bauteil ausfallen könnte.

Plattformbasierter Ansatz steigert die Effizienz

Dies lässt sich am besten realisieren, wenn das Bedienpersonal eine Schulung für die erforderlichen Tools erhalten hat. Die Tools für eine derartige Wartung sind bereits in Teilen vorhanden und können von Anlage zu Anlage variieren. Durch Hinzufügen eines separaten Zustandsüberwachungssystems nimmt die Ineffizienz zu, da mehrere unterschiedliche Werkzeuge benutzt werden müssen.

Effizienter ist hier ein plattformbasierter Ansatz, der sowohl für die Steuerung als auch die vorbeugende Wartung vor Ort eingesetzt werden kann. Dieselbe Hard- und Software lässt sich im ganzen Unternehmen nutzen: Dadurch wird nicht nur die Wartung effizienter, auch das Bedienpersonal muss sich nur auf ein System einstellen. Mit diesem Ansatz lässt sich ein Netzwerk aus ähnlichen Geräten, die miteinander kommunizieren, erstellen, und so anlagenübergreifende, wichtige Trends erkennen. Plattformbasierte Ansätze reduzieren erwiesenermassen die Komplexität und steigern dabei die Effizienz.

Individuelle Steuer-, Regel- und Überwachungssysteme

Eine derartige Plattform befindet sich im softwaredesignten NI-CompactRIO-Controller, der auf der LabVIEW-RIO-Architecture (rekonfigurierbare I/O) von NI basiert. Diese Architektur integriert einen Echtzeitprozessor nahtlos mit einem anwenderprogrammierbaren FPGA und modularer I/O, die mit der Systemdesignsoftware LabVIEW programmiert werden. Anwender können ihre Algorithmen in Hardware integrieren, was einem benutzerdefinierten Design mit FPGAs ähnelt. Mit diesem Ansatz können Anwender Steuer-, Regel- und Überwachungssysteme erstellen, die individuell auf ihre Anwendungen angepasst sind und dabei genug Flexibilität mitbringen, um weitläufig eingesetzt zu werden.

Praxisbeispiel – plattformbasierter Ansatz unterstützt den Anwender

Eine Firma, die diesen plattformbasierten Ansatz für die Wartung von Bohrlöchern und die Ölförderung nutzt, ist Lime Instruments in Houston (Texas). Mithilfe der umfangreichen Hard- und Softwareplattform von NI kann die Firma die ganze Ausrüstung und alle Maschinen steuern und überwachen, die in ihrer Branche üblicherweise eingesetzt werden.

Sie verwendet ein sehr zuverlässiges Steuer- und Regelsystem, das zahlreiche Sensormessungen erfassen, Hochgeschwindigkeitsanalysen durchführen und die Daten mithilfe des Kommunikationsprotokolls SAE J1939 zurück an eine zentrale Verteilerstelle übertragen kann. Dieser plattformbasierte Ansatz unterstützt den Anwender dabei, die aktuellen und künftigen Anforderungen an die Technik zu erfüllen, und ein Netzwerk aus Systemen für die vorbeugende Wartung einzusetzen, das darauf ausgelegt ist, miteinander in Echtzeit zu kommunizieren. So lassen sich die zahlreichen Maschinen, Pumpen, Fördereinrichtungen länger und effizienter betreiben und letztendlich der Öl- und Geldfluss sichern. 

Infoservice

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Tel. 056 200 51 51, Fax 056 200 51 55
ni.switzerland@ni.com
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Mit NI InsightCM Enterprise können Firmen Einblicke in den Zustand ihrer Anlagen im Rahmen von Maschinenwartung und -bedienung erhalten


Mitarbeiter beim Studieren der Wartungspläne für eine industrielle Pumpe in der Ölindustrie