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PHASENMODELL: VERFAHRENSTECHNISCHER ANLAGENBAU IV

Die Projektphasen im Verfahrenstechnischen Anlagenbau Teil IV

28. Apr 2017 | 0 Kommentare

Die Inbetriebnahme

Allgemein

Als letzter Schritt bei der Realisierung einer verfahrenstechnischen Anlage ist die Phase der Inbetriebnahme.
Wenn diese Überführung der Anlage vom Ruhezustand in den Dauerbetriebszustand zum ersten Mal stattfindet, so sprechen wir über die Erstinbetriebnahme, sonst sprechen wir über die Wiederinbetriebnahme (sie erfolgt z.B. nach einem Stillstand).
Die Erstinbetriebnahme ist wesentlich aufwendiger als die Wiederinbetriebnahme

Die Phase der Inbetriebnahme beginnt sobald die mechanische Fertigstellung der Anlage erfolgt ist und gilt als abgeschlossen sobald 3 Teilziele erreicht sind:

  • Maßnahmen zur Herstellung der Betriebsbereitschaft und erfolgreiches Anfahren (alle Anlagenteile
    funktionieren)
  • Probelauf
  • Garantielauf und Abnahme

Eine Inbetriebnahme gilt als erfolgreich, wenn die Anlage sicher betrieben werden kann (im Sinne der Störfallverordnung und Arbeitssicherheit), die Anlagenverfügbarkeit nachgewiesen ist und die Anlage das Produkt in der vorgeschriebene Menge und Qualität herstellt.

Interessant ist, dass man für die erfolgreiche Inbetriebnahme nicht nur auf einer erfolgreichen Inbetriebnahmeprozedur setzt, sondern man beginnt viel früher an.
Während der Konzeptfindung sollte eigentlich das inbetriebnahmefreundlichste Verfahren ausgewählt werden, während der Engineering Phasen sollten die Anforderungen der Inbetriebnahme bei der Planung und Abwicklung berücksichtigt werden
So wählt man Werkstoffe aus, die gegenüber Spül- und Reinigungsmedien beständig sind oder die Anlage wird so ausgelegt, dass inbetriebnahmespezifische Fahrweisen der Anlage, diese nicht beschädigen.

Daher ist es sinnvoll, dass der Inbetriebnahmeleiter auch schon während der Konzeptfindungsphase mit an Bord ist und mitentscheidet und ebenfalls nachdem die Auslegung der R&I Schemata abgeschlossen ist mit der Fertigung der Bedienungsanleitung (Teil des Betriebshandbuches) begonnen wird. Dadurch hat das Engineering- und Abwicklungsteam einen Überblick der Besonderheiten, die für die Inbetriebnahme aber auch für die Instandhaltung der Anlage (z. B. Wartung von Pumpen, Austausch von Anlagenkomponenten usw.) berücksichtigt werden müssen.

Der Verlauf der Inbetriebnahme

Wenn die mechanische Fertigstellung der Anlage den Beginn der Inbetriebnahmeaktivitäten bedeutet, so ist das Ende dieser der Übergang zum Dauerbetrieb der Anlage, d.h. erst dann fängt die Anlage Geld zu verdienen. Dazwischen liegen je nach Größe der Anlage und natürlich Arbeitsqualität in den vorherigen Phasen, Wochen oder sogar Monate, während dessen, ein Team aus Experten unter der Leitung des Inbetriebnahmeleiters die Anlage betreut. Wie weit diese Betreuung geht, hängt davon ab, was im Anlagenbauvertrag vereinbart wurde (bis zu welcher Phase der Inbetriebnahmeprozedur hat der Endkunde/Investor den Anlagenbauer beauftragt).
Die einzelnen Schritte der Inbetriebnahme sind:

  1. Inbetriebnahmevorbereitung (nach dem Ende der Inbetriebnahmevorbereitung ist der Zustand „mechanische Fertigstellung“ erreicht.I. Überprüfen der Anlage – Montagekontrolle

Die Anlage hat nach dem Ende der Montagearbeiten theoretisch einen Zustand erreicht, der sehr nah an der Herstellung der Betriebsbereitschaft liegt. In der Praxis aber findet eine Anlageüberprüfung statt, um festzustellen, welche Montageabweichungen vorliegen, die nicht dokumentiert sind (Übereinstimmung mit den Planungsunterlagen, As Built Dokumentation wird überprüft), ob Montagefehler noch vorhanden sind bzw. ob Restmontagearbeiten noch erledigt werden müssen, welche ergänzende Maßnahmen notwendig sind um den Verlauf der Inbetriebnahme störungsfrei zu gestalten.
Diese „Abnahme“ der Anlage (mit Hilfe von Checklisten) macht zu diesem Zeitpunkt Sinn, da sonst wenn die Anlage Produkt herstellt (während des Anfahrens der Anlage), ist der Aufwand diese Mängel zu beheben erheblich größer.

II. Reinigung der Anlage

Die Reinigung einer Anlage ist eine Prozedur, die sowohl den inneren als auch den äußeren Bereich dieser betrifft. Ziel der Reinigung ist im inneren Bereich (z. B. Innenraum von Rohrleitungen oder von Apparaten) Verunreinigungen und Fremdkörper zu entfernen, im Außenbereich wird durch die Reinigungs- und Aufräumarbeiten die Arbeitssicherheit gewährleistet.
Für die Reinigungsarbeiten werden am Anfang mechanische Verfahren eingesetzt, wie Fegen, Wischen, Bürsten, Abschleifen, Strahlen. Diese Reinigungsmaßnahmen bewirken, dass der grobe „Schmutz“ wie Schweißperlen entfernt wird, reicht aber nicht aus um die Anlage zu reinigen.

Ein sogenanntes Ausblasen der Anlage findet mit Hilfe von gasförmigen Medien statt wie Luft, Dampf oder Stickstoff statt. Anhand von einem Gasspülprogramm wird das Strömungsmedium mit ausreichender Geschwindigkeit (50-60 m/s) in die vorgesehene Anlagenteile geführt. Die Strömungskräfte entfernen dabei Verunreinigungen wie Staub, Bearbeitungsreste, Schweißperlen usw. Dabei wird sorgfältig beachtet, dass empfindliche Anlagenteile und Instrumente durch die Strömungskräfte nicht beschädigt werden. Das Gasspülprogramm gibt vor welche Bereiche geschützt werden, diese werden dann mit Hilfe von Steckscheiben isoliert.

Üblich bei der Reinigungsprozedur einer Anlage ist diese zu spülen. Als Spülmedium wird i.d.R. Wasser benutzt, aber auch alternative Medien wenn Prozessvorschriften das Spülen mit Wasser untersagen. Dabei werden Filter eingesetzt (Spül- und Anfahrsiebe), die den Schmutz auffangen. Sollte Säure als Spülmedium eingesetzt werden, dann sprechen wir von einer chemischen Reinigung der Anlage oder auch als Beizen bekannt. Diese Sonderform des Spülens wird eingesetzt hauptsächlich um feststehenden Verunreinigungen zu entfernen (wie z. B. Zunder- und Oxidationsschichten), Korrosionserscheinungen zu beseitigen, aber auch um Leitungen korrosionsbeständig gegenüber bestimmte Medien zu machen (Passivierung).

Eine weitere Form der Reinigung hauptsächlich bei der Rohrleitungsreinigung ist die Molchreinigung. Dabei wird ein zylindrischer Körper in die Rohrleitung gepresst und wandert durch das Rohr mit Hilfe von Wasser oder Luft (unter Druck).

III. Sicherheits-, Funktions- und Abnahmeprüfung

Der Hintergrund der Sicherheitsprüfungen ist die Feststellung, dass alle Anlagenteile und somit auch die Gesamtanlage selbst, den Genehmigungen bzw. Sicherheitsverordnungen und Richtlinien entsprechend geplant, und gebaut sind. Solche Verordnungen, Richtlinien und Gesetze sind z.B. WHG, BetrSichV, ArbStättV, ATEX-RL. Die entsprechenden Prüfungen werden durch Behörden und Überwachungsstellen durchgeführt, die dann die Betriebserlaubnis erteilen.

Der Hintergrund der Funktionsprüfungen ist die Feststellung der einwandfreien Funktion der Teilanlagen oder Komponenten nach deren Montage. So wird z. B. bei der maschinentechnischen Ausrüstung wie Pumpen, Gebläse usw. die Drehrichtung, überprüft und dabei z. B. Wasser oder Luft als Medium eingesetzt.
Weitere Funktionsprüfungen werden für die elektrotechnischen Komponenten, für die Prozessleittechnik (z. B. Loop-Checks) bzw. Prozessleitsystem und für Teilanlagen, die autonom laufen können, durchgeführt. Die Funktionsprüfung der Gesamtanlage mit Wasser und Luft/Stickstoff ist als Wasserfahrt bekannt.

Die Abnahmeprüfungen haben als Ziel den Nachweis zu erbringen, dass ausgewählte Teilanlagen nicht nur funktionstüchtig sind, sondern den Wirkungsgrad und das gesamte Leistungsspektrum (wofür sie auch spezifiziert und ausgelegt sind) erreichen und halten können.

IV. Gesamtdichtigkeitsprüfung

Bei einer komplizierten verfahrenstechnischen Anlage mit allen Maschinen, Apparaten, Rohrleitungen usw. stellt sich die Frage, ob alle Verbindungen dicht sind oder ob beim Betrieb Leckagen zu befürchten sind. Daher wird die Gesamtanlage überprüft, indem alle offene Entleerungen und Entlüftungsflanschen verschlossen werden und danach mit Hilfe von Luft oder Stickstoff die Anlage auf einen Druck zwischen 0.3 und 1 bar gebracht. Die Flanschverbindungen werden dann auf Dichtigkeit überprüft (z. B. Abpinseln mit schaumbildenden Lösungen) und ggf. nach Bedarf nachgezogen.

V. Inertisieren der Anlage

Nachdem die Gesamtdichtigkeitsprüfung der Anlage abgeschlossen ist und Katalysator eingefüllt ist, wird die Anlage inertisiert, nämlich der Sauerstoff wird mit Hilfe eines Inertgases z.B. Stickstoff aus dem inneren der Anlage entfernt. Der Grund für das Inertiesieren der Atmosphäre im inneren der Anlage, ist dass der Sauerstoff in vielen Prozessen unerwünschte Nebenwirkungen auslöst wie z.B. Korrosion oder Explosionsgefahr.

  1. Anfahren der Anlage

Nachdem die Betriebsbereitschaft hergestellt wird, soll die Anlage angefahren werden. Wie sie angefahren wird hängt stark vom eingesetzten Verfahren ab, aber es gilt, dass eine Etappenweise Inbetriebnahme der Anlage bis zum Erreichen des Dauerbetriebs notwendig ist.
Der sogenannte Probebetrieb besteht aus folgenden Schritten (mit den wichtigsten Teilzielen jedes Schrittes) :
– Anfahren (Start der Inbetriebnahme, Beginn der Produktherstellung)
– Stabilisieren (Herstellung eines stabilen und funktionsgerechten Anlagenbetriebs)
– Hochfahren (Die Nennlast der Anlage wird erreicht)
– Einfahren (Die Anlage bleibt im Nennzustand, alle Parameter werden eingestellt, die Produktqualität wird überprüft)
– Abfahren (Die Anlage wird runtergefahren und für Reparaturen vorbereitet)
– Technische Vorbereitung des Garantieversuches (Mängelbeseitigung)
– Wiederanfahren (die Anlage erreicht wieder die 100%ige Kapazitätsgrenze)
– Optimieren (Prüfen aller betroffenen Maßnahmen)

  1. Leistungsfahrt (Garantieversuch)

Der letzter Schritt bevor die Schlüsselübergabe der Anlage stattfindet (d. h. die Anlage funktioniert wie bestellt und die As-Built Dokumentation ist aktuell und vollständig) ist die Leistungsfahrt. Dann wird der Nachweis erbracht, dass die garantierte Leistung der Anlage erreicht wird (i.d.R. hält die Dauer der Leistungsfahrt 72 Std.).
Der Garantieversuch ist erfolgreich wenn:
– Menge und Qualität des Endproduktes stimmt
– Das Mengenverhältnis von Rostoffen zum Endprodukt stimmt
– Der Energieverbrauch für den Dauerbetrieb der Anlage liegt in den vorgegeben Parametern
– Menge und Qualität der Neben- und Abfallprodukte stimmt

Wenn alle diese Kriterien erfüllt sind, dann gilt die Anlage als erfolgreich inbetriebgenommen und ein langer Weg von der ersten Investitionsidee bis zur Herstellung des Produktes endet.

Hier endet aber auch die erste Lebensphase der Anlage. Danach folgt der jahrelange Dauerbetrieb mit den angesetzten Shutdowns zwecks Wartung und Modernisierung ggf. Erweiterung, bevor die letzte Phase, nämlich der Rückbau der Anlage kommt, der ebenfalls sehr sorgfältig geplant und realisiert werden muss.

Das Inbetriebnahmepersonal

Wie bei jedem Projekt gilt auch für die Inbetriebnahme, dass die straffe und durchdachte Organisation der Hauptgarant für den Erfolg des Vorhabens ist. So ist die Besetzung der Schlüsselpositionen im Organigramm der Inbetriebnahme mit erfahrenem Personal genauso wichtig, wie die enge Zusammenarbeit des Inbetriebnahmeleiters mit dem Projektleiter, mit dem Betriebsleiter der Anlage und mit dem Laborleiter, dessen Mannschaft die Qualität des Produktes untersucht und freigibt.

Der Inbetriebnahmeleiter (IBN-Leiter)
Er erstellt das Inbetriebnahmekonzept und das dazugehörige Terminplan, er legt die Prozeduren für die Vorinbetriebnahme und Inbetriebnahme fest. Er führt und koordiniert das Inbetriebnahmepersonal und natürlich alle relevante Aktivitäten in Zusammenarbeit mit dem Kunden und mit dem Baustellenleiter. Er koordiniert auch die Schulungen des zukünftigen Betriebspersonals (Operators). Er übergibt die Anlage an den Kunden.

Der Inbetriebnehmer
Er führt die Fachinbetriebsetzung von Teilanlagen und Komponenten durch. Er koordiniert die IBN-Aktivitäten seines „Fachbereiches“ nämlich die Überwachung der Vorinbetriebnahme-Aktivitäten, den Probebetrieb bis zu der Leistungsfahrt, zwischen Lieferanten, Subunternehmen und dem Kunden. Seine Priorität ist die Verfolgung und Einhaltung des Terminplanes für seinen IBN-Bereich und die Vervollständigung der Inbetriebnahme-Dokumentation. Er berichtet regelmäßig an die IBN-Leitung.

Der Inbetriebnahmevorbereiter
Er koordiniert alle relevante Aktivitäten, die als Ziel haben die Betriebsbereitschaft der Anlage herzustellen. Er arbeitet eng mit dem Fachinbetriebnehmer, mit dem Montageleiter und mit den Handwerksmeistern und berichtet auch an die IBN-Leitung.

Pawlos Charamis

Pawlos Charamis

Sales HR & Engineering Services

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Literaturverzeichnis

  1. Klaus H. Weber: Engineering verfahrenstechnischer Anlagen: Praxishandbuch mit Checklisten und Beispielen, (VDI-Buch): Springer Vieweg Verlag, Ausgabe September 2014
  2. Klaus H. Weber: Dokumentation verfahrenstechnischer Anlagen: Praxishandbuch mit Checklisten und Beispielen, (VDI-Buch): Springer Verlag, Ausgabe August 2008
  3. Klaus H. Weber: Inbetriebnahme verfahrenstechnischer Anlagen: Praxishandbuch mit Checklisten und Beispielen (VDI-Buch): Springer Verlag, Ausgabe September 2006 (3. Auflage)
  4. Walter Wagner: Planung im Anlagenbau: Vogel Business Media; Auflage: 1
  5. Gerhard Bernecker: Planung und Bau verfahrenstechnischer Anlagen: Projektmanagement und Fachplanungsfunktionen (VDI-Buch): Springer Verlag, Ausgabe 2001 (4. Auflage)

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