Automation & Control Consulting

Steigerung der Anlageneffizienz durch regelungstechnische Prozessoptimierung

Chemieanlagen können von einer Optimierung ihrer Regelungen in vielfältiger Weise profitieren. Ich biete diese Aktivität als Dienstleistung an. Was erreicht werden kann und wie ich dies umsetze, wird im folgenden dargelegt.

Was kann mittels regelungstechnischer Prozessoptimierung erreicht werden?

Durch die Optimierung der Regelungstechnik kann die Variabilität wichtiger Prozessparameter deutlich vermindert werden. Dies kann an sich schon ein großer Gewinn sein, z.B. wenn es sich bei dem Prozessparameter um ein Qualitätskriterium handelt und in der Folge weniger Ausschuss produziert wird. Oft ergibt sich auch die Möglichkeit, den Prozess mit Gewinn dichter an seinen Grenzen zu betreiben. Mögliche Ergebnisse können sein:

1. Erhöhung des Anlagendurchsatzes

Chemische Prozesse bestehen in vielen Fällen aus einer Aneinanderreihung von einzelnen Prozessschritten. Diese Kette ist so stark wie ihr schwächstes Glied. Kann eines dieser Glieder durch Verbesserungen in der Prozessführung verstärkt werden und damit der Flaschenhals in der Anlage eliminiert werden, so wird mit geringem Aufwand eine erhebliche Steigerung in der Profitabilität erreicht. Da die Fixkosten der Anlage konstant bleiben und nur der variable Kostenanteil vom Durchsatz abhängt, wird bei einer Steigerung des Durchsatzes der Gewinn deutlich verbessert.

2. Erhöhung der Energieeffizienz

Eine Erhöhung der Energieeffizienz ist gleichbedeutend mit einer Verminderung des Energieverbrauches und damit einer Minderung des CO2-Ausstoßes. Dieses Ziel kann durch viele regelungstechnische Optimierungen erreicht werden, z.B. durch zielgenaues Einhalten der erforderlichen Produktqualität (Vermeidung von Overprocessing). In der Praxis bedeutet dies z.B. bei Destillationskolonnen eine Verminderung des erforderlichen Rücklaufs und in der Folge eine Verringerung der einzusetzenden Heizenergie im Kolonnensumpf. In anderen Situationen kann durch die Vermeidung/Verminderung von Recyclingmengen sowohl Energie gespart als auch der mögliche Durchsatz verbessert werden.

3. Erhöhung der Prozesseffizienz

Wenn die Prozesseffizienz verbessert wird, so kann sowohl Rohmaterial als auch Energie eingespart werden, was die Profitabilität verbessert und die Umwelt entlastet. Genaue Temperatur- und Druckführung in Reaktoren verbessert die Selektivität vieler Reaktionsprozesse. Ebenso kann z.B. in Kristallern die Korngröße als entscheidendes Qualitätskriterium besser kontrolliert werden.

4. Erhöhung der Verfügbarkeit

Schlecht kontrollierte Prozesse reagieren sensibel auf Änderungen der Produktionsbedingungen. Unbeobachtete Störungen können überraschend auf den Prozess einwirken und kritische Prozesswerte so aus dem Ruder laufen lassen, dass in der Folge Ausschuss produziert wird oder die Anlage sogar abgefahren und neu aufgestartet werden muss, was zu erheblichen finanziellen Einbußen führen kann. Durch Optimierung der Regelungen mittels verbesserten Tunings, Störgrößenaufschaltungen oder anderen Maßnahmen kann dies verhindert werden.

5. Erhöhung des Automatisierungsgrades

Mit funktionierender Prozessführung durch zuverlässige Regelungen können Chemieanlagen mit deutlich weniger Handeingriffen gefahren werden. Hierdurch werden die Anlagenfahrer entlastet, des Weiteren wird die Anlagenfahrweise reproduzierbarer. Der Anlagenfahrer wird im Idealfall zu einem Anlagenüberwacher und Störungsmanager. Dieser Ansatz nutzt die Vorteile von Computer und Mensch optimal aus. Computer können unermüdlich, vierundzwanzig Stunden am Tag Messungen im Sekundentakt überwachen und Regeleingriffe durchführen, für Hunderte von Prozessparametern gleichzeitig, was kein Mensch leisten kann. Menschen hingegen sind intuitiv, nicht durch ihre Programmierung limitiert und können auch mit unvollständigen Informationen zu sinnvollen Ergebnissen kommen, womit Computersteuerungen außerhalb eines begrenzten Parameterrahmens in der Regel überfordert sind. Daher ist die oben vorgeschlagene Aufgabenteilung langfristig zwingend. In der Kraftwerkstechnik ist diese Form der Aufgabenverteilung schon seit langem Standard.

Wie erreicht regelungstechnische Prozessoptimierung diese Vorteile?

Entscheidend für eine optimierte Prozessführung ist, dass wichtige Prozessparameter möglichst dicht an ihre Designparameter herangeführt werden können. Dies ist die zentrale Aufgabe der Regelungstechnik. Es gibt allerdings vielfältige Ursachen, wieso diese Aufgabe nicht optimal erfüllt wird:

Häufig werden diese Defizite gar nicht bemerkt. Es gibt Veröffentlichungen in der Fachliteratur zur Nutzung von PID-Reglern, in denen regelmäßig eine unzureichende Qualität festgestellt wird. So arbeiten typischerweise etwa 1/3 der Regler suboptimal, 1/3 wird gar nicht genutzt und nur 1/3 arbeitet hinreichend gut. Bei ungenutzten Reglern reichen die Ursachen von defekter Hardware über ungünstiges Design bis hin zu ungeeignetem Regelverhalten, so dass der Anlagenfahrer den Regelkreis nicht nutzt und die Handfahrweise bevorzugt.

Die Optimierung der Regelungstechnik ist eine vielversprechende und mit wenig Aufwand einsetzbare Methode:

Anbei eine Auswahl meines Dienstleistungsangebotes zur Prozessoptimierung:

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