Wesentliche Phasen bei Planung und Bau eines Stahlwerks

Ein Stahlwerk ist ein Projekt, das extrem kapitalintensiv ist und sehr lange für Bau und Inbetriebnahme benötigt. Zudem muss ein Stahlwerk nach Inbetriebnahme über sehr viele Jahre betrieben werden und muss in dieser Zeit mit Veränderungen der Betriebsumgebung zurechtkommen. Daher ist richtige Entscheidungsfindung während der verschiedenen Phasen der Anlage bis zur Inbetriebnahme von größter Wichtigkeit. Jede fehlerhafte Entscheidung in der Umsetzungsphase kann große Probleme für das Betriebspersonal schaffen, mit denen es über die gesamte Lebensdauer der Anlage leben muss. Die verschiedenen Phasen der Planung eines Stahlwerks und die dabei benötigten Entscheidungen werden hier beschrieben.

Produktmix-Auswahl

Ein Stahlwerk wird errichtet, um bestimmte primäre Stahlprodukte herzustellen, die von Kunden benötigt werden. Während der Produktion primärer Stahlprodukte werden auch einige Sekundärprodukte und Nebenprodukte erzeugt, die verkauft werden sollen. Die Auswahl des Produktmixes ist ein sehr wichtiger Entscheidungsprozess, da die Technologie- und Produktionsprozessauswahl im Werk vom Produktmix abhängt. Kriterien für die Produktmix-Auswahl sind Markterhebungen, zukünftige Nachfrageprognosen vertrauenswürdiger Institutionen, Regierungsrichtlinien und -prognosen etc. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Art des Marktes, den das Werk nach Inbetriebnahme bedienen soll. Der Markt kann sein: (i) Eigenbedarf, (ii) lokaler Markt, (iii) nationaler Markt, (iv) Exportmarkt, oder (v) alle davon.

Standortauswahl und Grundstückserwerb

Nach Festlegung des Produktmixes ist der nächste Schritt die Standortauswahl für das Stahlwerk. Die Auswahl eines geeigneten Standorts ist eine äußerst kritische Aktivität, da die Investition sehr groß ist und die Ökonomie der Region stark beeinflusst. Es ist eine strategische Entscheidung, die einmal getroffen nicht mehr geändert werden kann. Änderungen am gewählten Standort sind nur mit erheblichem Zeit- und Geldverlust möglich. Normalerweise erfolgt die endgültige Standortauswahl nach Bewertung mehrerer Standorte. Die Details der Aktivitäten zur Standortauswahl sind im Artikel https://www.ispatguru.com/site-selection-activity-for-a-greenfield-steel-plant/ beschrieben.

Das Grundstück für das Werk muss am gewählten Standort erworben werden. Zusätzlich zum für das Werk und die Anlagen benötigten Land sollte der zu erwerbende Grundbesitz umfassen: (i) Land für Grüngürtel gemäß Norm (derzeit 33 % des für Werk und Anlagen benötigten Lands), (ii) Land für Straßen- und Schienenanbindungen, (iii) Land für die eingehende Hochspannungsleitung, (iv) Land für Einrichtungen zur Wasserversorgung im Werk, und (v) Land für Wohnanlagen für einen bestimmten Prozentsatz der Mitarbeiter.

Machbarkeitsstudie

Die Erstellung der Machbarkeitsstudie (FR) ist der nächste Schritt. Die Machbarkeitsstudie kann eine kurze Machbarkeitsstudie (manchmal technischer Hinweis genannt), eine detaillierte Machbarkeitsstudie (DFR) oder eine techno-ökonomische Machbarkeitsstudie (TEFR) sein. Früher wurde nach der Machbarkeitsstudie ein detaillierter Projektbericht (DPR) erstellt. Heutzutage wird DPR nicht mehr erstellt.

Die TEFR ist das wichtigste Dokument, da sie die Basis für alle zukünftigen Arbeiten bildet. Es ist wichtig, dass die TEFR mit großer Sorgfalt und Genauigkeit erstellt wird. Die TEFR wird von Finanzinstituten zur Projektfinanzierung benötigt. Die TEFR enthält folgende Projektaspekte:

• Allgemeines Szenario
• Produktmix für das Werk einschließlich Primär-, Sekundär- und Nebenprodukten
• Technologie- und Prozessauswahl für das Werk
• Stoffbilanz für das Werk und Entwicklung des Prozessflussdiagramms für das gesamte Werk
• Ermittlung der Rohstoffanforderungen, deren Spezifikation sowie Beschreibung von Anlieferung und Handhabung im Werk
• Finalisierung des allgemeinen Werkslayouts. Dies wird im Artikel https://www.ispatguru.com/considerations-in-general-layout-of-a-steel-plant/ detaillierter beschrieben
• Vorläufige Detaillierung der Werkprozesse und -anlagen und Entwicklung vorläufiger Abteilungslayouts
• Vorläufige Detaillierung der Werkhilfsprozesse und -anlagen und Entwicklung vorläufiger Abteilungslayouts. Ein typisches Abteilungslayout für eine Luftzerlegungsanlage ist in Abb. 1 dargestellt
• Ermittlung von Strom-, Wasser-, Brennstoff- und Versorgungsanforderungen und Einrichtungen für deren Anlieferung, Handhabung und Speicherung
• Gas-, Strom- und Wasserbilanz für das Werk
• Beschreibung der werkinternen Logistik
• Ermittlung des Personalbedarfs für Bau- und Betriebsphase und Empfehlungen für Einsatzpläne
• Prognose des Baustoffbedarfs für das Werk
• Werkbauplan in ausreichender Detaillierung
• Ermittlung der Projektkosten und Betriebskosten
• Ermittlung der Werkrentabilität und IRR (interner Zinsfuß) über einen Zeitraum

Abb. 1 Typisches Abteilungslayout für eine Luftzerlegungsanlage

Aktivitäten nach der Machbarkeitsstudie

Nach Erstellung der TEFR sind mehrere Aktivitäten abzuschließen, bevor die detaillierte Ingenieurplanung und Bauaktivitäten beginnen. Diese sind:

• Die TEFR wird nach Annahme durch den Werkeigentümer den Finanzinstituten zur Sicherung der erforderlichen Finanzmittel für Bau und Inbetriebnahme des Stahlwerks vorgelegt.
• Die Umweltgenehmigung (EC) für das Werk wird an eine autorisierte Agentur vergeben. Die Umweltgenehmigung ist zeitaufwändig und die Arbeit daran sollte so früh wie möglich beginnen. Die Arbeit an der EC kann während der TEFR-Erstellung beginnen. Wichtige Schritte für die EC sind: Scoping, Öffentlichkeitsbeteiligung, NOC (No Objection Certificate) von lokalen Umweltschutzbehörden, Erstellung von Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) und Umweltmanagementplan (UMP) Bericht gemäß Normen und Einreichung bei den Behörden, sowie Verteidigung des Berichts vor den Behörden. Die Erstellung von UVP und UMP dauert, da der Bericht auf tatsächlichen Felddaten basieren muss, die am Standort von der erstellenden Agentur erhoben werden. Baumaßnahmen vor Ort können erst nach Erhalt der EC von den Behörden beginnen.
• Zuteilung von Strom und Wasser von staatlichen Stellen für Bau und Betrieb muss gesichert werden.
• Die Regierung muss um Zuteilung von Gruben angesprochen werden, und bis dies geschieht, ist ein MOU mit führenden Rohstofflieferanten abzuschließen, um die Rohstoffversorgungssicherheit zu gewährleisten.
• Genehmigungen verschiedener anderer Regulierungsbehörden wie Gewerbeaufsichtsamt, Eisenbahn für Rohstoff- und Fertigprodukttransport, Arbeitsinspektion, Elektroinspektion etc. sind einzuholen.
• Vermessung des Grundstücks am Standort und Geländenivellierung
• Einstellung von Baupersonal
• Bau von Umfassungsmauer und Sicherheitswachen am Grundstück
• Durchführung von Erschließungsarbeiten: Bau von Zufahrtsstraße und -schiene, Baustrom- und Bauwasserversorgung, Kommunikationseinrichtungen während Bau, Baulager, Baubüros und Kantinen, Erste-Hilfe-Station, Brandschutzeinrichtungen, temporäre Siedlungen für Bauarbeiter, Betonmischanlage, Beschaffung von mobilen und Transportgeräten für den Bau etc.
• Die Organisation muss eine Zeichnenarchivabteilung aufbauen, damit alle im Werk eingehenden Zeichnungen und Dokumente systematisch aufbewahrt und bei Bedarf an Berater und Auftragnehmer ausgegeben werden. Für Aufzeichnungszwecke sollte immer ein „nicht auszugeben“-Exemplar und ein Referenzexemplar im Archiv vorgehalten werden.

Bestellung von Werksanlagen und -ausrüstung

Die Aktivität zur Bestellung von Werksanlagen und -ausrüstung kann unmittelbar nach Beginn der Umweltgenehmigungsaktivität starten. Tatsächliche Bestellungen sollen jedoch erst platziert werden, wenn ausreichender Fortschritt bezüglich der EC vorliegt. Für die Bestellung ist das komplette Werk in mehrere Pakete zu unterteilen. Die Anzahl der Pakete sollte nicht zu groß sein, da viele Pakete einen größeren Aufbau im Werk erfordern, dessen Nutzen nach Inbetriebnahme entfällt. Anlagen und Ausrüstung können entweder auf kompletter Turnkey-Basis oder teilweiser Turnkey-Basis bestellt werden, wobei Bauarbeiten, Gebäudestrukturen und Montageaktivitäten ausgeschlossen sind. Ein Führungskraft der Organisation ist für jedes Paket insgesamt verantwortlich. Diese Führungskraft koordiniert alle Aktivitäten bezüglich des Pakets innerhalb der Organisation und mit dem Lieferanten. Folgende Aktivitäten sind im Bestellprozess involviert:

• Erstellung allgemeiner Standard-Spezifikationen (GSS), die für das gesamte Werk gelten und Teil aller Ausschreibungsanfragen sind
• Erstellung paketweiser Ausschreibungsspezifikationen. Jede Ausschreibungsspezifikation hat vier Teile: (i) technische Spezifikation, (ii) kommerzielle Spezifikation, (iii) Auflistung anwendbarer Normen, und (iv) GSS
• Einladung zur Ausschreibung mit den vier Spezifikationen an ausgewählte, kurz gelistete Parteien. Um nur brauchbare Angebote zu erhalten, wird normalerweise ein beschränktes Ausschreibungsverfahren angewandt
• Eingang der Angebote
• Bewertung der Angebote. Die Angebote sollten von einem Team von Führungskräften bewertet werden, das alle in der Ausschreibungsspezifikation enthaltenen Disziplinen abdeckt
• Verhandlung mit dem ausgewählten Bieter
• Genehmigung der Verhandlung und Auftragserteilung

Nachbestellungs-Ingenieuraktivitäten

Folgende Aktivitäten erfolgen nach der Bestellung:

• Nach Auftragserteilung aktualisiert der Lieferant das Abteilungslayout, den relevanten Teil des allgemeinen Layouts, Liefer- und Bauplan und friert diese im Kick-off-Meeting mit der Organisation und ihrem Berater ein. Dabei sind Übergabepunkte für Strom, Wasser, Versorgungen und Brennstoffe festzulegen.
• Der Lieferant liefert Rückmeldedaten für die Bau- und Konstruktionszeichnungen, die von einem Berater erstellt werden, oder liefert die Bau- und Konstruktionszeichnungen gemäß Vertragsbedingungen.
• Die Mengen für Bau- und Konstruktionsarbeiten werden geschätzt und ein Auftragnehmer für diese Arbeiten festgelegt.
• Da die Bauarbeiten umfangreich sind, sind ein oder zwei Betonmischanlagen am Werksstandort zu errichten und in Betrieb zu nehmen.
• Beschaffungsmaßnahmen für Zement, Bewehrungsstahl, Stahlprofile, Bleche für Dach und Wände, Sand und Splitt sind zu starten und ein Sicherheitsbestand dieser Materialien in den Lagern vorzuhalten, um Baukontinuität zu gewährleisten.
• Beginn der Bauarbeiten. Die Beeinträchtigung durch Monsunzeit ist bei der Bauplanung zu berücksichtigen.
• Fertigung der Gebäudestrukturen ist zu starten, damit diese bereitstehen, wenn ihre Fundamente fertig sind.
• Listen für Ausrüstung, Inbetriebnahmeersatzteile, Verbrauchsmaterialien, Betriebsersatzteile, Generalarrangement-Zeichnungen (GA), Spezifikationen Hauptausrüstungen, Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramme (P&I), Flussdiagramme für Wasser, Versorgungen und Dampf, Steuerphilosophie und -schema, Einliniendiagramme für Strom sind vom Lieferant zur Genehmigung durch die Organisation oder deren Berater einzureichen.
• Montageanleitung für die Ausrüstung ist rechtzeitig vor Montagebeginn zu liefern.
• Fertigungszeichnungen mit detaillierten Spezifikationen für die Beschaffung schnelldrehender Ersatz- und Betriebsersatzteile sowie Listen für Zweijahresersatzteile und Versicherungsersatzteile sind vom Lieferanten einzureichen, damit die Organisation rechtzeitig Beschaffungsmaßnahmen ergreifen kann.
• Kräne und Handhabungsgeräte sind rechtzeitig zu errichten, damit Werkausrüstung soweit möglich mit permanenten Einrichtungen montiert werden kann.
• Die Ausrüstungslieferungen sind so zu steuern, dass sie unmittelbar nach Eingang im Werk auf Fundamenten platziert werden können. Handhabungsanweisungen müssen vorab für empfindliche Ausrüstung vorliegen.
• Gerätemontage wird vom Montageauftragnehmer unter Aufsicht der Lieferantenvertreter durchgeführt.
• Zur Unfallverhütung während Bau- und Montageaktivitäten sind Baustellensicherheitsnormen und Brandschutznormen strikt einzuhalten.
• Die Aktivitäten des Lieferanten und verschiedener Auftragnehmer sind regelmäßig zu überwachen. Es sollen regelmäßige Review-Meetings mit allen Beteiligten stattfinden, um alle Aktivitäten der Arbeitsagenturen eng zu koordinieren und Korrekturmaßnahmen einzuleiten, um einheitlichen Fortschritt gemäß Zeitplan auf allen Fronten sicherzustellen.
• Je nach Fortschritt der Ingenieuraktivitäten erfolgen kontinuierlich Revisionen des allgemeinen Layouts und der Abteilungslayouts, wofür ein Master-Layout geführt werden muss, um Verwirrung über die gültige Revision zu vermeiden.

Inbetriebnahmeaktivitäten

Wichtige Aspekte während der Inbetriebnahme:

• Inbetriebnahme beginnt nach Abschluss der Montage und Unterzeichnung eines Protokolls durch alle Beteiligten.
• Inbetriebnahme- und Bedienungsanleitungen sind rechtzeitig vor Inbetriebnahmebeginn einzureichen.
• Alle Betriebspersonal muss nach entsprechender Schulung an ihren Positionen verfügbar sein.
• Alle Inbetriebnahmeersatzteile, Betriebsersatzteile und Verbrauchsmaterialien müssen vor Ort verfügbar sein.
• Es ist wünschenswert, dass permanente Wasser- und Stromversorgung verfügbar sind.
• Für den Anlagenbetrieb benötigte Rohstoffe wurden beschafft und liegen im Rohstofflager bereit.
• Inbetriebnahme erfolgt in sequenzieller Reihenfolge. Hilfsanlagen, die für den Betrieb der Hauptanlagen benötigt werden, sind vor der Inbetriebnahme der Hauptanlagen in Betrieb zu nehmen und zu stabilisieren.
• Leitungen sind vor Inbetriebnahmebeginn zu laden.
• Inbetriebnahme erfolgt unter Aufsicht der Lieferanten-Inbetriebnahmerepräsentanten.
• Inbetriebnahme beginnt mit Leerlaufversuchen für den empfohlenen Zeitraum für Einzelgeräte. Nach Beseitigung der bei den Leerlaufversuchen der Einzelgeräte festgestellten Mängel wird integrierter Leerlaufversuch für den empfohlenen Zeitraum durchgeführt. Die beim integrierten Leerlaufversuch festgestellten Mängel sind zu beheben.
• Nach Abschluss der Inbetriebnahmeaktivitäten muss ein Protokoll unterzeichnet werden.
• Einlagerung der Materialien in die Speicherbehälter ist durchzuführen.
• Während der Inbetriebnahme sind alle Sicherheitsnormen einzuhalten, um Zwischenfälle zu vermeiden.

Nach-Inbetriebnahme-Aktivitäten

Folgende Aktivitäten erfolgen nach der Inbetriebnahme:

Werksanlagen werden unter Last genommen und die Produktion beginnt unter Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung von Kinderkrankheiten.

• Nach Stabilisierung der Werksproduktion und Erreichen eines respektablen Niveaus wird der Lieferant aufgefordert, die Leistungsgarantie des Werks gemäß Vertragsbedingungen nachzuweisen.
• Nach erfolgreichem Leistungsgarantietest kann die reguläre Werksproduktion fortgesetzt werden.