Systematische Planung des allgemeinen Layouts eines Stahlwerks

Systematische Planung des allgemeinen Layouts eines Stahlwerks

Das Entwerfen des allgemeinen Layouts des Stahlwerks besteht aus einem Mechanismus, der die Kenntnis des Platzbedarfs der Anlagen und auch deren richtige Anordnung beinhaltet, damit eine kontinuierliche und stetige Bewegung des Produktionszyklus stattfindet. Das allgemeine Layout der Anlage hat einen großen Beitrag zur Produktivität und Effizienz der Anlage.

Die Gestaltung des allgemeinen Layouts des Stahlwerks ist eine sehr wichtige Tätigkeit und erfordert höchste Aufmerksamkeit. Denn sobald ein Stahlwerksbau beendet ist; die grundlegende Art des allgemeinen Layouts der Anlage kann bis zur Lebensdauer der Anlage nicht geändert werden. Eine nachträgliche Änderung des Layouts ist nicht nur schwierig, sondern auch mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden. Außerdem hängt die Leistungsfähigkeit des Stahlwerks in großem Umfang von seiner allgemeinen Auslegung ab. Da Layoutfehler in der Regel nicht nur teuer, sondern dauerhaft sind, ist es wichtig, dass während der Anlagenplanung viel Zeit und Mühe aufgewendet wird, um das beste Layout der Anlage zu entwickeln. Ein typisches allgemeines Layout für ein Stahlwerk (Stahlwerk Bethlehem) ist in Abb. 1 dargestellt.

Bild 1 Typisches allgemeines Layout für ein Stahlwerk

Der Begriff allgemeines Layout wird hauptsächlich verwendet, um die physische Anordnung der verschiedenen Einrichtungen der Anlage darzustellen. Diese Einrichtungen werden für die Herstellung der Endprodukte aus den Rohstoffen benötigt und umfassen (i) Einrichtungen zur Aufnahme aller für die Produktion erforderlichen Materialien, (ii) Produktionseinrichtungen gemäß den technologischen Anforderungen, (iii) unterstützende Produktionseinrichtungen, (iv ) Einrichtungen für die Bewegung und Kommunikation von Menschen und Material, (v) Einrichtungen für den Produktversand, (vi) Einrichtungen für die Lagerung verschiedener Materialien und Produkte, (vii) Einrichtungen, die für die Verwaltung benötigt werden, (viii) Einrichtungen, die für das Wohlergehen der Humanressourcen benötigt werden , (ix) Einrichtungen, die für die Aufrechterhaltung der Umwelt benötigt werden, und (x) Einrichtungen, die für Sicherheit und Schutz benötigt werden.

Das allgemeine Layout eines Stahlwerks ist die physische Anordnung seiner Produktions- und Unterstützungseinrichtungen wie Produktionshallen, Ausrüstung, Maschinen, Gebäude und Straßen-, Schienen- und Rohrnetz usw.  Das Layout bestimmt die Art und Weise, in der Materialien und andere Inputs (wie z B. Informationen etc.) durch den Betrieb fließen. Das Layout ist so zu planen, dass ein reibungsloser technologischer Prozessfluss von Materialien und Betriebsmitteln mit minimalem Handhabungsaufwand vom Eingang der Rohstoffe bis zum Versand der Endprodukte gewährleistet ist. Es geht um die sinnvolle Anordnung aller Einrichtungen, die für eine reibungslose Produktion erforderlich sind. Eine fehlerhafte Planung des Layouts in der Engineering-Phase führt zu Ineffizienz, Inflexibilität, großen Mengen an Lagerbeständen und laufenden Arbeiten sowie hohen Betriebskosten usw.

Kurz gesagt, das übergeordnete Ziel des Konstrukteurs des Stahlwerks besteht darin, eine physische Anordnung zu entwerfen, die die Zuweisung des erforderlichen Raums und die Zuweisung von Anlagen und Einrichtungen umfasst, um die Anforderungen des Endprodukts sowohl qualitativ als auch quantitativ zu erfüllen und gleichzeitig sicherzustellen gleichzeitig die wirtschaftliche Herstellung der gewünschten Produkte.

Für die Entwicklung eines geeigneten allgemeinen Layouts muss der Designer des Layouts (i) die mit dem Grundstück verbundenen Einschränkungen, (ii) einen Lageplan mit Außenstraßen, Nachbarschaft und Grundstücksgrenze, (iii) Bodeneigenschaften und Konturkarte haben des Standorts mit Ebenen, (iv) Lage der Verfügbarkeit von Wasser, Strom und anderen Versorgungseinrichtungen, (v) Ausrichtung des externen Straßen- und Eisenbahnsystems und Richtung des ein- und ausgehenden Verkehrs sowie die Ausrichtung für die externe Stromversorgung Übertragungsleitung und ankommende Wasserleitung. Außerdem muss der Konstrukteur über (i) Grundkenntnisse der ausgewählten Technologien, Prozesse sowie der Anlagen und Ausrüstungen, (ii) der Anlagenkapazitäten und geplanten zukünftigen Erweiterungen und (iii) gesetzlicher Anforderungen verfügen.

Das allgemeine Layout des Stahlwerks besteht darin, (i) die lokalen natürlichen Bedingungen in Verbindung mit einer rationellen Flächennutzung optimal zu nutzen, (ii) eine systematische Anordnung von Anlageneinheiten zur Schaffung von Synergien zu haben, (iii) sicherzustellen, dass es nur ein Minimum gibt Anstrengungen, die für verschiedene Aktivitäten erforderlich sind, und (iv) einen wirksamen Schutz der Umwelt zu gewährleisten.

Es gibt mehrere Methoden, die für den Entwurf des allgemeinen Layouts der Anlage verwendet werden. Dazu gehören (i) systematische Layoutplanung (SLP), (ii) Algorithmen und (iii) Arenasimulation. Die SLP-Methode zum Entwerfen des Layouts ist am besten für ein Stahlwerk geeignet.

Definition des allgemeinen Anlagenlayouts

Es gibt mehrere Definitionen für das allgemeine Anlagenlayout. Einige davon sind unten aufgeführt.

Moore hat das Anlagenlayout als „den Plan oder den Planungsakt, eine optimale Anordnung von Einrichtungen, einschließlich Personal, Betriebsausrüstung, Lagerraum, Materialhandhabungsausrüstung und aller anderen unterstützenden Dienstleistungen, zusammen mit dem Entwurf der besten Struktur, um diese unterzubringen, erklärt Einrichtungen'.

Laut Riggs „besteht das Gesamtziel des Anlagenlayouts darin, eine physische Anordnung zu entwerfen, die die erforderliche Produktionsmenge und -qualität am wirtschaftlichsten erfüllt.“

Laut J. L. Zundi umfasst das „Anlagenlayout die Zuweisung von Raum und die Anordnung der Ausrüstung in einer Weise, dass die Gesamtbetriebskosten minimiert werden“.

Laut Dr. MN Dastur „ist das allgemeine Layout eines integrierten Stahlwerks im Grunde eine Übung zur rationellen Anordnung der Hauptproduktionseinheiten, der Energienetze und der Nebenbetriebe innerhalb der Grenzen des ausgewählten Standorts“.

Prinzipien für die Gestaltung eines allgemeinen Layouts

Das allgemeine Layout im Stahlwerk entscheidet über den Standort verschiedener Produktionsanlagen und die Kommunikationsmöglichkeiten zwischen den Produktionsanlagen. Das Layout der Produktionsstätte umfasst die detaillierte Anordnung von Geräten und Maschinen innerhalb einer Produktionsstätte.

Es gibt acht Prinzipien, die zum Entwerfen eines allgemeinen Layouts verwendet werden. Dies sind (i) Prinzip des minimalen Verfahrwegs, (ii) Prinzip der Reihenfolge oder des Flusses und (iii) Prinzip der Verwendung, (iv) Prinzip der Kompaktheit, (v) Prinzip der Sicherheit und Zufriedenheit, (vi) Prinzip der Flexibilität, (vii) Grundsatz der gegenseitigen Abhängigkeit und (viii) Grundsatz der Mindestanlage.

Das Prinzip des minimalen Verfahrwegs gewährleistet eine minimale Bewegung von Menschen und Material in der Anlage und hilft, Zeit sowie Materialverschwendung während der Materialbewegung zu sparen. Das Prinzip der Reihenfolge oder des Flusses sorgt dafür, dass Produktionseinheiten gemäß dem von der Produktionstechnologie geforderten Prozessfluss angeordnet werden. Dadurch wird unnötiges Hin- und Herbewegen der Materialien vermieden. Das Nutzungsprinzip stellt sicher, dass sich der Platzbedarf an seiner optimalen Ausnutzung orientiert. Das Prinzip der Kompaktheit erfordert, dass alle wesentlichen Faktoren vollständig integriert und in Beziehung gesetzt werden müssen, um ein gut integriertes allgemeines Layout zu erzeugen. Das Prinzip der Sicherheit und Zufriedenheit erfordert, dass das Layout Vorkehrungen für die Sicherheit der Anlage und Ausrüstung sowie für die in der Anlage arbeitenden Personen enthält. Es muss auf der Grundlage des Komforts und der Bequemlichkeit der in der Anlage arbeitenden Menschen geplant werden, damit sie sich zufrieden fühlen. In dieser Hinsicht muss das Layout alle regulatorischen Anforderungen erfüllen. Dabei umfasst die Sicherheit neben der Sicherheit auch den Brandschutz. Das Prinzip der Flexibilität stellt sicher, dass das Layout Verbesserungen mit minimalen Schwierigkeiten und zu minimalen Kosten ermöglicht. In dieser Hinsicht ist das allgemeine Anlagenlayout so ausgelegt, dass es für zukünftige Erweiterungen gerüstet ist. Das Prinzip der Interdependenz erfordert, dass die voneinander abhängigen Einheiten in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind. Das Prinzip der Mindestinvestition soll sicherstellen, dass das Layout niedrigere Anlageinvestitionen bietet, ohne die Installation aller erforderlichen Einrichtungen zu vernachlässigen, und indem die verfügbaren Einrichtungen effizient und optimal genutzt werden.

SLP-Methode des Layoutdesigns

Die SLP-Methode für die Layoutplanung ist sehr beliebt und wird nicht nur zum Entwerfen des allgemeinen Werkslayouts, sondern auch zum Entwerfen des detaillierten Layouts von Produktionshallen sowie zum Entwerfen des Layouts verschiedener Einrichtungen verwendet.

Bevor man sich an die Gestaltung des allgemeinen Layouts macht, ist es wichtig, das Windrosendiagramm des Gebiets zu studieren. Dieses Diagramm informiert den Designer über die Richtungen und Frequenzen der Winde, die das ganze Jahr über im Werksbereich wehen. Neben dem Windrosendiagramm sind andere wichtige Dinge zu untersuchen (i) verschiedene Ebenen des verfügbaren Landes innerhalb der Landgrenze, (ii) die verfügbaren Ansätze für Straße und Schiene zum Anschluss der Anlage an das externe Straßen- und Schienennetz, (iii ) verfügbarer Zugang für die ankommende Wasserleitung, (iv) verfügbarer Zugang für die Übertragungsleitung zum Empfang von Strom aus einem externen Stromnetz und (v) Bereiche für die Entsorgung der festen und flüssigen Abfälle der Anlage. Die Einebnung des Geländes ist nicht nur eine große Aufgabe, sondern erfordert auch einen erheblichen Aufwand. Die Nutzung der verfügbaren Landkonturen während der Fertigstellung des allgemeinen Layouts ist immer wünschenswert, um die Nivellierungskosten zu reduzieren.

Zunächst ist das Verhältnis zwischen den verschiedenen anlagentechnisch notwendigen Produktionsprozessen und den für die Produktion benötigten Stoffströmen (Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase) zu betrachten. Dazu ist es üblich, eine Stoffbilanz und ein Fließschema für die Anlage zu erstellen. Für die Erstellung des Stoffbilanz- und Fließschemas wird der Materialbedarf (Roh- und Hilfsstoffe, Brenn- und Zwischenstoffe etc.) anhand der Ausbeuten und Verwertung der Materialien berechnet. Dazu müssen verschiedene Bilanzdiagramme wie Wasserbilanzdiagramm, Energiebilanzdiagramm etc. entwickelt werden. Schließlich soll eine umfassende Beziehung entwickelt werden, nachdem die verschiedenen Aktivitäten, die in der Anlage benötigt werden, gebührend gewichtet werden. Ein typisches Materialbilanz- und Flussdiagramm ist in Abb. 2 dargestellt, und ein typisches Wasserbilanzdiagramm ist in Abb. 3 zu sehen.

Abb. 2 Typisches Materialbilanz-Flussdiagramm

Abb. 3 Typisches Wasserhaushaltsdiagramm

Der nächste Schritt besteht darin, das Werksgelände gemäß dem Prozessablauf in separate Blöcke und Einheiten zu unterteilen, bevor die Einrichtungen der Einheit in dem Gebiet lokalisiert werden. Dieser Schritt ergibt den Parzellenplan der Anlage. Bei der Erstellung des Grundstückslayouts wird zunächst dem Standort der Hauptproduktionsstätten gemäß dem Produktionsfluss und in einem anschließenden Schritt dem Standort der unterstützenden Produktionsanlagen Bedeutung beigemessen. Das in dieser Phase erstellte Layout wird als Blocklayout der Anlage bezeichnet.

Nachdem das Blocklayout zufriedenstellend erstellt wurde, beginnt die Verortung der produktionstechnisch notwendigen Einrichtungen im Block anhand des Flächenbedarfs. Bei der Platzierung der Anlagen ist der erforderliche Mindestabstand zwischen den Anlagen zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen sowie für die Materialbewegungen (wie Neigung des Förderbandes etc.) zu beachten.

Danach muss über den Standort der Lager- und Materialflusseinrichtungen entschieden werden. Die Entscheidung über den Materialfluss muss den Materialeingang von externen Quellen und den Versand der Produkte aus dem Werk umfassen. In diesem Schritt werden auch das Rohrleitungsnetz, das Stromübertragungsnetz sowie das Straßen- und Schienennetz der Anlage festgelegt. Bei der Planung der unterschiedlichen Netze ist zu beachten, dass je länger das Netz ist, desto höher die erforderlichen Investitionen sind, zusätzlich zu den höheren Verlusten, die beim Materialtransport erzielt werden. Auch Netze müssen die gesetzlichen Mindestabstände für die Ortung einhalten.

Ein gutes Layout in einem Projekt planen

Die Entscheidung für ein Layout ist von größter Bedeutung, da es sich um eine langfristige Verpflichtung handelt. Wenn das Verhältnis zwischen Leistung, Fläche und dem technologischen Prozess nicht optimal ist, wirkt sich dies auf den Anlagenbetrieb über die gesamte Lebensdauer aus. Die technischen Normen für die Gestaltung eines guten Layouts sind unten angegeben.

Integration – Ein Layout ist erforderlich, um eine enge Integration von Menschen, Material und Ausrüstung und Unterstützungsdiensten zu haben, um die optimale Leistung der Ressourcen zu erzielen.

Nutzung von Land (Raum) – Ein Layout muss sowohl horizontale als auch vertikale Räume richtig nutzen. Sowohl die Höhe als auch die Länge der Anlagen sollen optimiert werden. Das Werksgelände soll möglichst wirtschaftlich genutzt werden.

Entfernung – Ein gutes Layout ist erforderlich, um Mindestwege für Männer und Material zu gewährleisten. Die Gesamtwegstrecke für Mensch und Material ist so gering wie möglich zu halten. Weiterhin sind geradlinige Bewegungen in einem guten Layout zu bevorzugen.

Layout der Produktionseinheiten – In einem guten Layout müssen die Produktionseinheiten so angeordnet sein, dass die Bewegung von Menschen, Materialien, Zwischenprodukten und Endprodukten gemäß dem technologischen Fluss in Vorwärtsrichtung zur Endstufe erfolgt.

Koordination – Ein gutes Layout stellt sicher, dass der Ein- und Ausgang jeder Abteilung so geplant ist, dass es für beide Abteilungen, die versenden oder empfangen, am bequemsten ist. Das Layout ist als Ganzes zu betrachten.

Flexibilität – In einem Layout müssen ausreichend Vorkehrungen getroffen werden, um das Layout bei Bedarf für die Anlagenerweiterung ändern zu können.

Barrierefreiheit – In einem guten Layout ist es notwendig, dass alle Anlagenbereiche leicht zugänglich sind, um die Produktion und Wartung der Anlagen und Ausrüstungen zu erleichtern.

Sicherheit – In einem guten Layout ist die Berücksichtigung von Arbeitssicherheitsmethoden erforderlich. Das Layout muss nicht nur alle Sicherheitsanforderungen für Menschen und Anlagen erfüllen, sondern auch die Anforderungen für Verkehrssicherheit, Gassicherheit, elektrische Sicherheit sowie Brand- und Explosionssicherheit usw. erfüllen.

Materialtransport – Ein gutes Layout ist erforderlich, um die Materialhandhabung auf ein Minimum zu reduzieren. Eine übermäßige Materialhandhabung wirkt sich auf die Betriebszeit und die Produktionskosten aus.

Andere grundlegende Aspekte, die bei der Erstellung eines guten allgemeinen Layouts berücksichtigt werden müssen, sind (i) Es soll den Produktionsprozess erleichtern und alle betrieblichen Anforderungen erfüllen, (ii) es soll den reibungslosen Empfang von Rohstoffen und Lager erleichtern Materialien und reibungslosen Versand der Endprodukte, (iii) es soll den reibungslosen Fluss und die Lagerung von Zwischenprodukten ermöglichen, (iv) es soll einen reibungslosen Fluss aller Materialien in der Anlage ermöglichen, (v) es soll Flexibilität ermöglichen im Betrieb, (vi) es soll zu einem reibungslosen technologischen Ablauf des Produktionsprozesses beitragen, (vii) es soll den in der Anlage arbeitenden Menschen Bequemlichkeit und Komfort bieten und sich um ihr Wohlergehen und ihre arbeitsmedizinischen Bedürfnisse kümmern, (viii) es soll zur Effizienz, Überwachung und Kontrolle der Mitarbeiter beitragen, (ix) es soll alle gesetzlichen Anforderungen erfüllen, (x) es soll über ausreichend Platz verfügen, um sich um zukünftige Erweiterungen zu kümmern, und (xi) es soll bei der Minimierung von Kapital und Betrieb helfen kosten.

Ein allgemeines Layout wird normalerweise von seiner ersten Erstellung bis zum Gießen des letzten Fundaments einer Reihe von Überarbeitungen unterzogen. Trotzdem ist das „endgültige Layout“ notwendigerweise ein Kompromiss zwischen dem Wunsch, die verschiedenen oben genannten Kriterien zu erfüllen, und den Einschränkungen, die durch mehrere andere Faktoren auferlegt werden. Aber wenn der Konstrukteur die konzeptionelle Vision hat, über den gegenwärtigen Bedarf und die unmittelbaren Schwierigkeiten hinauszublicken, dann hat das resultierende Layout die Logik und Flexibilität sowie die Fähigkeit, die dringend benötigte Betriebsleistung der Anlage trotz der veränderten Bedingungen zu gewährleisten.

Die allgemeinen Layouts der Stahlwerke Fukuyama und Kurashiki in Japan sind in Abb. 4 dargestellt, und das Stahlwerk Visakhapatnam mit einer Kapazität von 3 Millionen Tonnen pro Jahr pro Jahr (Mtpa) ist in Abb. 5 dargestellt.

Abb. 4 Allgemeine Layouts der Stahlwerke Fukuyama und Kurashiki

Abb. 5 Allgemeiner Aufbau des Stahlwerks Visakhapatnam