Prozessindustrie transformieren: Digitales Operations Management für Sicherheit & Effizienz

Vorwort: Sichere Prozesse – oberste Priorität der Prozessindustrie

Raffinerien und Petrochemieanlagen handhaben gefährliche Stoffe und Prozesse. Der 24/7-Betrieb stellt enorme Herausforderungen an Sicherheit, Compliance, Zuverlässigkeit. Neben Wettbewerbsfähigkeit, Produktqualität, stetiger Versorgung steht der sichere, umweltverträgliche Betrieb im Fokus jeder Anlage.

Digitalisierung in der Prozessindustrie: Der definitive Weg

In den letzten 5–10 Jahren erzeugten diverse Stakeholder großes Interesse an Industry-4.0-Merkmalen: Automatisierung, Robotik, IIoT, Blockchain, Cloud Computing, IT/OT-Integration. Führende Unternehmen (Shell, Exxon, BP, Reliance, Aramco) setzen automatisierte Geschäftsprozesse mit robustem Datenmanagement, präventiver/prädiktiver Analytik, Digital Twins u. a. ein – integriert oder separat für ganzheitliche Vorteile. Projekte umfassen Produktionssteigerung, agiles Profit Improvement Opportunity (PIO) Management, Qualitätserfüllung mit minimalen Qualitätszugeständnissen, günstigere Rohstoffe.

Viele Automatisierungs-/Digitalisierungsprojekte zielen auch auf Prozesssicherheit, Arbeitssicherheit, Umweltcompliance, Anlagen- und Betriebszuverlässigkeit, Anlagenegrität ab. Fast jede Anlage verfolgt Digitalisierung schrittweise unter Kosten-Nutzen-Abwägung.

Operations Management

Betriebsführung einer Prozessanlage gliedert sich in zwei Vertikalen: Schichtbetrieb (Shift Operations) und Tagesbetrieb (Day Operations).

Schichtbetrieb läuft 24/7. Ziel: Alle Aktivitäten sicher und fehlerfrei ausführen. Drei Aspekte:

1. Anlage und Ausrüstung permanent im definierten Betriebsfenster (Operating Window) halten
2. Alle Operationen nach definierten Verfahren durchführen
3. Anlage nach Plänen und Anweisungen des Tagesbetriebs führen

Typischerweise ca. 40 % der rotierenden Ausrüstung im Standby, Rest im Laufbetrieb. Je nach Anlagenzustand ist das „Betriebsfenster“ definiert und einzuhalten. Auch stillgelegte Anlagen müssen auf definiertem Shutdown-Zustand gehalten werden. Nicht selten: Überdruck in Kolonnen oder Überfüllung von Tanks während Shutdown → unerwünschte Ereignisse.

Unfallanalysen zeigen: Oft fehlen Verfahren oder es werden falsche angewandt.

Schichtpersonal braucht schriftliche Pläne/Anweisungen zur Vermeidung von Missverständnissen. Falsche Entladung in falschen Tank, Falschlieferung an Kunden – häufig bei fehlenden Anweisungen.

Tagesbetrieb: mittelfristige Operationssicht, Abstimmung mit Geschäftsplänen. Zusammenarbeit mit technischem Personal/Engineering: richtiges Betriebsfenster definieren und Schichtbetrieb bereitstellen; alle Verfahren verfügbar machen. Tägliche Aufgabe: Produktionspläne und Betriebsanweisungen an Schichtcrew übergeben.

Tagesbetrieb kümmert sich auch um Kompetenzen der anlagenbedienenden Crew – ausführliches Programm zur Definition und Entwicklung.

Dritter Aspekt: Standortbetrieb (Site Operations) – Administration und Governance aller Programme und Aktivitäten des Gesamtstandorts. Verschiedene Stabsfunktionen stellen sicher, dass übergeordnete Ziele definiert und erreicht werden.

Digitalisierung des Operations Managements

Zur Zielerreichung von Schicht-, Tages- und Standortbetrieb können diverse Managementaspekte digitalisiert werden:

Betriebsfenster digitalisieren

Traditionell: Operating Window als Excel/Word/PDF-Dokument, alle 3–12 Monate revidiert. Anlage läuft mit in DCS eingebettetem Fenster (Alarme), Schichtpersonal soll darin bleiben. Da Anlagen unter verschiedenen Zuständen laufen und Ausrüstung unterschiedliche Zustände hat, ist es vorteilhaft, für alle Geräte/Prozesse gegen verschiedene Zustände ein Betriebsfenster auf digitaler Plattform zu definieren. Dieser digitale Datensatz wird auf IT-Plattform deployed und bei Echtzeit-Integration mit DCS sichergestellt, dass Schichtpersonal das definierte Fenster in Echtzeit sieht und Anlage entsprechend führt.

Honeywell, Emerson, Yokogawa u. a. entwickelten IT-Applikationen für digitales Operating Window mit DCS-Integration. Das Abnormal Situation Consortium (Shell, Exxon, Emerson, Honeywell u. a.) analysierte: ~40 % Anlagenausfälle/Degradationen vermeidbar, wenn Ausrüstung permanent im definierten Fenster betrieben wird. Digitale Plattform befähigt Schichtpersonal zur kontinuierlichen Kenntnis des richtigen Fensters und Echtzeit-Steuerung.

Verfahren & Checklisten digitalisieren

Schichtpersonal erhält Standard Operating Procedures (SOPs). Fast alle Schichtaktivitäten sind in SOPs dokumentiert, oft mit Checklisten. SOPs meist als Word/PDF auf leistungsfähigem CMS auf IT-Plattform. Schichtpersonal druckt aus und nutzt nach Standortpraxis. Ausgefüllte Checklisten werden abgeheftet oder gescannt/hochgeladen.

Chance: SOPs und Checklisten digitalisieren. Digitalisierte SOPs/Checklisten pro Ausrüstung so rigoros anpassbar, dass falsche Checkliste/Verfahren für jede Schichtaufgabe vermieden wird.

Betriebspläne & Anweisungen digitalisieren

Betriebsanweisungen traditionell: Eintrag in Register im Leitstand. Schichtcrew liest und quittiert.

Digitalisiert: Einfache Überwachung, wie Schichtcrew Anweisungen folgte, welche Schwierigkeiten auftraten. Analyse von Ereignissen/Trends vs. Schichtanweisungen. „Aktivierung“ von Anweisungen unter bestimmten Bedingungen – Vermeidung personenabhängiger Entscheidungen in kontextsensitiven Situationen.

Kompetenzrahmen digitalisieren

Anlagenpersonal-Kompetenz hängt von Praxisgelegenheiten ab. Schichtaufgaben: Zustandsüberwachung, Ausrüstungswechsel, Isolierung/Übergabe, An-/Abfahren. Erstreagierende bei Notfällen.

Traditionell: Kompetenzen definiert/gemessen an Schulungsteilnahmen, bestandenen Tests, Simulatorstunden. Digitalisiertes Kompetenzmanagement: Messung tatsächlicher Gelegenheiten (z. B. Filterrückspülung, Molekularsieb-Regeneration, Isolierung/sichere Übergabe). Erfolgreiche Aktionen und Ausführungsfehler digital trackbar für Verbesserung.

Standortbetrieb digitalisieren

Site Operations = Administration/Governance: Zentrale Standards, Verfahren, Praktiken, Richtlinien definieren/managen. Umfasst Business Coordination, Planung/Terminierung, Bestandsmanagement, Materialmanagement, Contractor Management, HR, Regulatory Compliance, Kunden-/Lieferanten-/Community-Engagement, Security u. v. m.

Digitalisierung bietet Effizienzpotenziale in vielen Bereichen, besonders Produktionsplanung & Bestandsführung. Auch: Qualitätssicherung, Kostenkontrolle, Management von Katalysatoren/Chemikalien/Materialien, Contractor Management.

Zur Sicherheitsverbesserung: Prozesssicherheitsinformationen digitalisieren (PFD, P&ID, Datablätter). End-to-End-Digitalisierung – gestützt auf robuste Datenstrukturen diverser Process Safety Management (PSM) Prozesse – liefert kurz- und langfristige Vorteile.

Weitere Digitalisierungsvorteile

Digitalisierte Operationsdaten ermöglichen Modellbildung & Analytik: Diagnostik, präventive/präskriptive Analytik, Restlebensdauer-Vorhersage, Katalysator-Laufzeitprognose, Statistical Process Control u. v. m. Richtig durchgeführte Digitalisierung liefert tiefere Einblicke in Prozessfähigkeiten und -grenzen für effektivere Planung.