Digitalisierung des Betriebsmanagements in der Prozessindustrie

Vorwort:Sicherer Betrieb ist das Hauptanliegen der Prozessindustrie

Raffinerien und petrochemische Anlagen handhaben verschiedene gefährliche Materialien und Prozesse. Der 24/7-Betrieb stellt sie vor enorme Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit, Compliance und Zuverlässigkeit. Während ein kontinuierlicher Schwerpunkt auf Wettbewerbsfähigkeit, Produktqualität und der Erfüllung der gesellschaftlichen Anforderungen an einen stetigen Versorgungsfluss gelegt wird, liegt das Hauptaugenmerk jeder Anlage auf einem sicheren und umweltverträglichen Betrieb.

Digitalisierung in der Prozessindustrie:Ein definitiver Weg nach vorn

In den letzten fünf bis zehn Jahren hat eine Vielzahl von Interessengruppen großes Interesse an Merkmalen von Industrie 4.0 wie Automatisierung, Einsatz von Robotik, IIoT, Blockchain, Cloud Computing und IT/OT-Integrationen geweckt. Führende Unternehmen haben automatisierte Geschäftsprozesse mit robusten Datenverwaltungssystemen, präventiven und prädiktiven Analysen, digitalen Zwillingen usw. implementiert. Unternehmen wie Shell, Exxon, BP, Reliance und Aramco haben diese Arten von Technologien auf unterschiedliche und/oder integrierte Weise für ganzheitliche Vorteile eingesetzt. Die Projekte umfassten beispielsweise Bereiche wie Produktionssteigerung, flexibles Management von Gewinnverbesserungsmöglichkeiten (PIO), Erzielung der erforderlichen Produktqualität mit minimalen Qualitätsverlusten und Verarbeitung billigerer Ausgangsmaterialien.

Viele Automatisierungs- und/oder Digitalisierungsprojekte wurden auch zur Verbesserung der Prozesssicherheit, der Arbeitssicherheit, der Umweltverträglichkeit, der Geräte- und Betriebssicherheit, der Anlagenintegrität usw. umgesetzt. Nahezu jedes Werk oder Unternehmen hat versucht, gewisse Aspekte der Digitalisierung unter Berücksichtigung von Kosten und Nutzen behutsam voranzutreiben.

Betriebsmanagement

Die Betriebsführung einer verfahrenstechnischen Anlage lässt sich in zwei Branchen unterteilen:Schichtbetrieb und Tagbetrieb. Typischerweise wird im Schichtbetrieb rund um die Uhr gearbeitet. Ziel des Schichtbetriebs ist es, alle Tätigkeiten sicher und fehlerfrei auszuführen. Dieses Ziel hat drei Aspekte, nämlich:

1. Betreiben Sie die Anlage und Ausrüstung ständig innerhalb des definierten Betriebsfensters
2. Führen Sie alle Vorgänge gemäß den festgelegten Verfahren durch
3. Betreiben Sie die Anlage gemäß den Plänen und Anweisungen, die Sie vom Tagesbetrieb erhalten haben

In einer Prozessanlage befinden sich typischerweise etwa 40 % der rotierenden Ausrüstung im Standby-Modus, der Rest im Betriebsmodus. Je nach Zustand der Anlage wird ihr „Betriebsfenster“ definiert und muss eingehalten werden. Ebenso muss eine abgeschaltete Anlage überwacht und in einem definierten Abschaltzustand gehalten werden. Es ist nicht ungewöhnlich, dass in einer abgeschalteten Anlage Säulen unter Überdruck geraten oder Tanks überfüllt sind, was zu unerwünschten Ereignissen führt.

Ein kurzer Rückblick auf vergangene Unfälle in der Prozessindustrie zeigt uns, dass Situationen oft dadurch entstehen, dass man ohne ein festgelegtes Verfahren arbeitet – oder manchmal ein falsches Verfahren anwendet.

Der Schichtbetriebsmannschaft müssen geeignete Pläne und Anweisungen in schriftlicher Form zur Verfügung gestellt werden, um Missverständnisse zu vermeiden. Das Entladen eines Tankwagens in das falsche Lagerschiff oder das Versenden des falschen Produkts an einen Kunden sind beispielsweise keine Seltenheit, wenn Pläne oder Anweisungen nicht verfügbar sind.

Das Ziel des Tagesbetriebs ist es, eine mittelfristige Sicht auf den Betrieb zu haben und diesen mit den Geschäftsplänen in Einklang zu bringen. Der Tagbetrieb arbeitet mit Technikern und Ingenieuren zusammen und stellt sicher, dass das richtige Betriebsfenster definiert und für den Schichtbetrieb verfügbar gemacht wird. Sie stellen auch sicher, dass alle erforderlichen Verfahren verfügbar sind. Zu den täglichen Aufgaben des Tagesbetriebs gehört es, die Produktionspläne und Betriebsanweisungen an die Schichtmannschaft zu liefern.

Der Tagesbetrieb befasst sich auch mit den erforderlichen Kompetenzen der Asset-Facing-Crew und verfügt über ein ausgeklügeltes Programm, um diese zu definieren und zu entwickeln.

Neben dem Schicht- und Tagbetrieb gibt es noch einen dritten Aspekt:​​den Baustellenbetrieb. Das Ziel des Site-Betriebs ist die ordnungsgemäße Verwaltung und Steuerung aller Programme und Aktivitäten der gesamten Site. Verschiedene Mitarbeiter und Funktionen in der Organisation stellen sicher, dass dasselbe getan wird, damit die Gesamtziele des Standorts oder des Unternehmens definiert und erreicht werden.

Diagramm mit freundlicher Genehmigung des Autors.

Digitalisierung des Betriebsmanagements

Um alle Ziele des Schicht-, Tages- und Standortbetriebs zu erreichen, können mehrere Aspekte ihres Managements für die Digitalisierung in Betracht gezogen werden.

Bedienfenster digitalisieren

Bei einer herkömmlichen Operation wird das Operationsfenster als Dokument in Microsoft Excel, Word oder als .pdf-Dokument gespeichert. Ein solches Dokument wird normalerweise in Abständen von drei Monaten bis zu einem Jahr überprüft und überarbeitet. Die Anlage wird jedoch mit einem Betriebsfenster betrieben, das in Form von Alarmen in das DCS eingebettet ist, und es wird erwartet, dass der Schichtbetrieb innerhalb des Fensters abläuft.

Da Prozessanlagen in mehreren Zuständen laufen und sich verschiedene Ausrüstungsteile zu einem bestimmten Zeitpunkt in unterschiedlichen Zuständen befinden, ist es vorteilhaft, ein Betriebsfenster für alle Ausrüstungen und Prozesse für verschiedene Zustände auf einer digitalen Plattform zu definieren. Dieser digitale Datensatz wird über eine IT-Plattform bereitgestellt, und wenn er effektiv in DCS in Echtzeit integriert ist, besteht die Gewissheit, dass die Schichtbetriebe in der Lage sind, das definierte Betriebsfenster in Echtzeit zu betrachten und die Anlage entsprechend zu betreiben.

Honeywell, Emerson, Yokogawa und andere haben diese Art von IT-Anwendungen entwickelt, die das digitale Betriebsfenster aufnehmen und in DCS integrieren können. Das Abnormal Situation Consortium, das von mehreren Unternehmen wie Shell, Exxon, Emerson und Honeywell gefördert wird, hat eine Analyse herausgebracht, wonach etwa 40 % der Geräteausfälle oder -beeinträchtigungen vermieden werden können, wenn die Geräte die ganze Zeit innerhalb des definierten Zeitfensters betrieben werden. Die digitale Plattform versetzt Schichtbetriebe in die Lage, sich ständig des richtigen Betriebsfensters bewusst zu sein und die Anlagen- und Prozessbedingungen in Echtzeit zu steuern.

Verfahren und Checklisten digitalisieren

Der Schichtbetrieb ist mit Standard Operating Procedures (SOP) versehen. Nahezu alle Tätigkeiten, die typischerweise im Schichtbetrieb durchgeführt werden, sind in Form von SOPs dokumentiert. Nicht selten enthalten einige SOPs Checklisten. Diese SOPs sind normalerweise im Word- oder PDF-Format verfügbar. Solche SOPs werden in der Regel gut über ein leistungsfähiges Content-Management-System auf der IT-Plattform verwaltet. Es wird erwartet, dass Schichtbetriebe einen Ausdruck erstellen und ihn gemäß den Gepflogenheiten vor Ort verwenden. Die ausgefüllten Checklisten werden aufbewahrt oder gescannt und in das System hochgeladen.

Es besteht die Möglichkeit, die SOPs und Checklisten zu digitalisieren. Digitalisierte SOPs und Checklisten können für jedes Gerät so streng angepasst werden, dass sichergestellt werden kann, dass die Verwendung der falschen Checkliste oder des falschen Verfahrens für jede Schichtaufgabe vermieden wird.

Betriebspläne und Anweisungen digitalisieren

Betriebsanweisungen werden in der Regel schriftlich in einem Register übermittelt, das in der Werkswarte aufliegt. Die Schichtbesatzung muss dasselbe lesen und sich zur Bestätigung abmelden.

Wenn die Betriebspläne und Anweisungen digitalisiert sind, wird es einfach zu überwachen, wie die Schichtmannschaft die Anweisungen befolgt hat und welche Schwierigkeiten bei der Ausführung der Anweisungen oder Befehle aufgetreten sind. Es ist möglich, verschiedene Ereignisse und Trends in Bezug auf Schichtanweisungen zu analysieren, und man kann Anweisungen sogar unter bestimmten Bedingungen „aktivieren“, sodass die Abhängigkeit von Menschen in kontextabhängigen Situationen vermieden wird.

Kompetenzrahmen digitalisieren

Die vermögensbezogene Personalkompetenz wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Gelegenheiten zum Üben verschiedener Aufgaben geschliffen. Die Schichtaufgaben umfassen typischerweise die Überwachung des Gerätezustands, den Gerätewechsel, die Isolierung und Übergabe der Geräte, das Starten und Stoppen der Geräte und so weiter. Mitarbeiter mit Anlagenkontakt sind auch die ersten Personen vor Ort, die auf Notsituationen stoßen und mit den richtigen Maßnahmen reagieren.

In einer traditionellen Praxis werden Kompetenzen definiert und anhand der Anzahl der besuchten Schulungen, der Anzahl der bestandenen Tests, der Anzahl der Stunden, die für Trainingssimulatoren aufgewendet wurden, usw. gemessen. In einem digitalisierten Kompetenzmanagement-Framework ist es jedoch möglich, die Anzahl der Möglichkeiten zu messen, auf die ein bestimmter Bediener gestoßen ist, wie z. Die Anzahl erfolgreicher Aktionen und Fehler in der Ausführung kann digital nachverfolgt und zur Verbesserung genutzt werden.

Standortbetrieb digitalisieren

Wie bereits erwähnt, dreht sich beim Site-Betrieb alles um Verwaltung und Governance. Es umfasst die Definition und Verwaltung zentraler Standards, Verfahren, Praktiken und Richtlinien. Es umfasst die Geschäftskoordination; Planung und Zeitplanung; Bestandsverwaltung; Materialmanagement; Auftragnehmerverwaltung; Personalwesen; Einhaltung gesetzlicher Vorschriften; Kunden-, Lieferanten- und Community-Engagement; Sicherheit; und viele andere Fachgebiete.

Die Digitalisierung bietet Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung in vielen Aspekten des Standortbetriebs, insbesondere in der Produktionsplanung und Bestandskontrolle. Die Digitalisierung kann bei der Qualitätskontrolle und -sicherung helfen; Kostenkontrolle; Management von Katalysatoren, Chemikalien und anderen Materialien; Auftragnehmerverwaltung; und so weiter.

Um die Sicherheit zu verbessern, können verschiedene Arten von Prozesssicherheitsinformationen digitalisiert werden, z. B. PFDs, P&IDs und Datenblätter. Die End-to-End-Digitalisierung – unterstützt durch robuste Datenstrukturen verschiedener Process Safety Management (PSM)-Prozesse – wird der Organisation sowohl kurzfristige als auch langfristige Vorteile bieten.

Weitere Vorteile der Digitalisierung

Die Digitalisierung verschiedener Betriebsmanagementaktivitäten bietet immense Vorteile. Eine davon, die es wert ist, hier hervorgehoben zu werden, ist das Potenzial für die Entwicklung von Modellen und die Durchführung von Analysen. Digitalisierte Daten können für Diagnosen, präventive und präskriptive Analysen, Vorhersagen der Restlebensdauer von Geräten, Vorhersagen von Lauflängen von Katalysatoren, statistische Prozesskontrolle usw. verwendet werden. In vielen Fällen bietet eine richtig durchgeführte Digitalisierung bessere Einblicke in Prozessfähigkeiten und -grenzen, die für eine effektivere Planung genutzt werden können.