Evonik2

Neue Methoden der
zustandsorientierten
Instandhaltung am Beispiel von
zwei Steag Kraftwerken
Evonik Energy Services
Mai 2010

Neue Methoden der zustandsorientierten Instand-
haltung am Beispiel von zwei Steag Kraftwerken

SWAN ca. 80 Sensoren SWAN ca. 80 Sensoren
Lünen 7 Herne 4
SR::SPC ca. 30 KPI‘s SR::SPC ca. 30 KPI‘s

ES-ST
Auswertung
Aufbereitung
Rü 1-3

Lünen 6 Herne 3
SR::SPC ca. 30 KPI‘s SR::SPC ca. 30 KPI‘s

Lieferung und Betreuung von Monitoring- und Analysesystemen
an den Kraftwerksstandorten HKW Herne und KW Lünen

23.04.2010 | Stresswellenanalyse | EMS-Technologietage 2010, Wesel Seite | 2


„ Prinzip der Stresswellenanalyse

„ Prinzip der statistischen Prozessanalyse

„ Ergebnisse SWAN

„ Ergebnisse SR::SPC

„ Zusammenfassung


Prinzip: Messung der Ultraschallenergie
aus Reibung und Stoßimpulsen

SWE = Stresswellenenergie Beispiel: Neuwertiges Wälzlager
¾ Geringe Oberflächenrauigkeiten,
Beispiel: Wälzlagerschaden geringe Reibung, ruhiger Lauf

SWAN
Stresswellen Impulsfolge

Ultraschall-
sensor
Stress

Zeit
z.B. 2 Sekunden



Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie
¾ Geringe Oberflächenrauigkeiten,
Beispiel: Wälzlagerschaden geringe Reibung, ruhiger Lauf

Geringe SWE aus
allgemeiner Reibung
Flächeninhalt entspricht
Flä
einem Wert im
SWE-Trend
SWE-
Zeit
z.B. 2 Sekunden



Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie
¾ Geringe Oberflächenrauigkeiten

Beispiel: Wälzlagerschaden Verschleiß im laufenden Betrieb:
¾ Oberflächenrauigkeiten nehmen zu

Erhöhte SWE bedingt
Erhö
durch Verschleiß
Verschleiß

Flächeninhalt hat
Flä
Zeit zugenommen
z.B. 2 Sekunden

it

Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie ¾ Geringe Oberflächenrauigkeiten

Verschleiß durch laufenden Betrieb:
Beispiel: Wälzlagerschaden
¾ Oberflächenrauigkeiten nehmen zu

Schaden ist aufgetreten:

¾ Defekte bewirken große Beiträge zum
SWE-Signal
SWE aus
Stoßereignis
Stoß
hier: Abplatzung

Zeit Flächeninhalt nimmt
Flä
z.B. 2 Sekunden
schlagartig zu


Neuwertiges Lager:
SWE = Stresswellenenergie ¾ Geringe Oberflächenrauigkeiten

Verschleiß durch laufenden Betrieb:
Beispiel: Wälzlagerschaden ¾ Oberflächenrauigkeiten nehmen zu

Schaden ist aufgetreten:
¾ Defekte bewirken große Beiträge zum SWE-

Signal

Kurzfristiger Ausfall wird wahrscheinlich!
S WE aus
SWE
ält
lterem
(ausgewalztem)
( usgewalztem)
g
Schaden

Zeit Ältere, größere Schäden:
größere Schä
z.B. 2 Sekunden
Weiteres Anwachsen

it

Verarbeitung der Stresswellenenergie
1.0
0.9
0.8
0.7
20.000-600.000
20.000-
Amplitude (V)

0.6
0.5 Werte
0.4 1 Kennwert
0.3 in einem DR
0.2
0.1
pro Minute
0.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Time (sec)

1.0

Erfassung der Zwei 0.9

Sensorwerte DRs
0.8
0.7
20.000-600.000
20.000-

Amplitude (V)
gemultiplext: pro
0.6
0.5 Werte
0.4
Tag 0.3 in einem DR
1Æ2Æ3Æ4 0.2
0.1
0.0

1Æ2Æ3Æ4 0.0 0.5 1.0 1.5
Time (sec)
2.0 2.5 3.0
Datenspeicherung
…
Messzeit jew. Energie-
Energie-
verteilung
1 – 30s
(Histogramm)

FFT

Datenerfassung Datenauswertung

Maschinenbewertung mit der
Stresswellenanalyse

Belastung Schmierung Verschleiß Lagerdefekte Verzahnungsdefekte

Konstante Geschwindigkeit Öltemperatur auf Energieverteilung: FFT: zeigt Lagerschaden
Konstante Belastung Betriebsniveau Verzerrt

Letzter Ölwechsel
Instandhaltungs-
Historie ...
am

Letzter Ölwechsel …

Getriebe





„ Ergebnisse SWAN


„ Zusammenfassung


SR::SPC
1 2 3
Statistische Prozesskontrolle

Frühwarnsystem zur Erkennung von Prozessveränderungen
und -trends durch Analyse vorhandener Betriebsdaten

1 Daten aus 2 Gütekennwert 3 KPI Verlauf
Leittechnik (KPI) definieren analysieren


Eigenschaften kraftwerks-
1
technischer Kenngrößen

Kraftwerkstechnische Kenngrößen
hängen meist von mehreren Rand-
bedingungen ab, z. B.:

„ der Last bzw. Anlagenfahrweise
„ den Brennstoffqualitäten
„ den Umweltbedingungen
„ etc.

Î LT-Warngrenzen liegen deutlich
über den regulären Betriebswerten


Eigenschaften kraftwerks-
1
technischer Kenngrößen

Kraftwerkstechnische Kenngrößen
hängen meist von mehreren Rand-
bedingungen ab, z. B.:

„ der Last bzw. Anlagenfahrweise
„ den Brennstoffqualitäten
„ den Umweltbedingungen
„ etc.

Î LT-Warngrenzen liegen deutlich
über den regulären Betriebswerten


Ist/Soll-Vergleich liefert
2
normierten Kennwert (KPI)

Der „Key Performance Indicator“
(KPI) gibt als normierte Kennzahl
die aktuelle Komponenten- oder
Prozessgüte unabhängig von
äußeren Randbedingungen wieder:

KPI = Ist-Wert / Soll-Wert


2
Referenzwertberechnung:
datenbasiert oder physikalisch

Datenbasierte oder physikalische Modelle zur Bestimmung
der Referenz(kennfelder) zur Normierung von Kennzahlen Î KPI

a

SR::EPOS

KPI=Istwert/Referenzwert
b
Die Referenzwerte beschreiben
die erwartete Abhängigkeit der
Kenngröße von Last, etc.


3
Statistische Prozesskontrolle:
aus Daten Informationen erzeugen

Kontrollkarten von KPIs: Beispiel einer klassischen XbarS-Karte

Beispiel:
REA-Gavo
160

160

140
140

120 120

100
100

80

80
60
38200 38250 38300 38350 38240 38260 38280 38300 38320 38340 38360

Der ungestörte Prozess (links) wird Anzeige von Kontrollgrenzen,
genutzt, um obere und untere Kontroll- von Mittelwert und Vertrauens-
grenzen und Referenzwerte der bereich für jeden Zeitraum der
Kontrollkarte (rechts) zu berechnen Durchschnittsermittlung


Look and Feel:
1 2 3
Alarmzentrale & E-Mail-Info

Typ I Typ II Typ III


Aktueller Status des Projektes
- Analyse- und Auswertearbeitsplatz





„ Ergebnisse SWAN


„ Zusammenfassung


Foto der Sensoren an den
GAVO-Antrieben

Die Sensorflansche wurden jeweils am
Getriebegehäuse des Getriebemotors
angeschraubt, welches fest und damit
Geräusche leitend mit dem Klemm- und
Drehflansch verbunden ist.
Als Geräuschquellen kommen daher alle
Lager von Motor und Getriebe sowie die
Verzahnungen des Getriebes und des
Bolzenkranzes in Frage.

Sensor
Antrieb 1
Sensor
Antrieb 2


SWE-Trends GAVO-Antrieb 1 und 2
01.02.2010 - 09.02.2010

Am Wochenende
Austausch des
GAVO-Antriebs 2
wg. Ölundichtigkeit


GAVO-Antrieb 2: alt und neu
Time-Domain (Messwerte in Volt)

Altes Aggregat : 02.02.2010 Neues Aggregat: 08.02.2010

Sehr unruhig, Sensor schlägt
voll aus




„ Ergebnisse SWAN


„ Zusammenfassung


1 2 3
Frischlüfter:
neu gewuchtet

Y FRL (03/08-02/09)
Warnschwelle SR::SPC
LT: 08.02.09 24.10.08

KPI (08/08-02/09)

KPI (08/08-02/09) SR::SPC
24.10.08
SR::SPC
24.10.08

KPI (08/08-02/09)


3
Kondensator: Leckage &
1 2
Störung Vakuumsystem

p kond (06/07-06/08)

KPI (04/07-04/08)

KPI (04/07-04/08) KPI (04/07-04/08)




„ Ergebnisse SWAN


„ Zusammenfassung und Ausblick


Zusammenfassung und Ausblick

„ Wie ist der Stand?
„ 72 Maschinen an zwei Standorten in der Überwachung:
Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Mühlen, Traglager, Turbinen, Generatoren
…
„ Mannschaft ist interessiert
„ Erste Ergebnisse sind vielversprechend

„ Wie sind die nächsten Schritte?
„ Detaillierte Analysen und Gespräche mit den Fachbereichen
„ Weiterverarbeitung der SWE-Signale mit SPC
(Statistical Process Control)



Platzhalter Titelbild

Rohrleitungsmonitoring
Betriebserfahrungen im
Kraftwerk Neurath, D

Joël Wagner (Evonik Energy Services)
Horst Hoffmann (RWE Power)
05. Mai 2010

1. Situation am Standort
2. Online-System SR::SPM
3. Anwendung im KW Neurath
4. Unplanmäßige Beanspruchung erkennen
5. Unplanmäßige Beanspruchung bewerten
6. Hängerauslenkung plan / unplan
7. Überwachung des Kriechverhaltens
8. Ausblick

05. Mail 2010 | Rohrleitungsmonitoring – Betriebserfahrungen im Kraftwerk Neurath, D Seite 2

Situation am Standort

Allgemeine Rahmenbedingung
Zustandsorientierte
• Minimale Personalausstattung
Instandhaltung
• Know-how-Abfluss fand/findet durch
Personalabgang und durch häufige
Aufgabenwechsel statt
Reduzierung des Betriebssicherheit
Prüfaufwandes steigt
Lebensdauerüberwachung
Revisionen werden
• Bestimmungsgemäßen Betrieb besser planbar
sicherstellen
• Festlegen von Prüffrist und -umfang
• Dokumentierte Qualität sicherstellen
Anlagenverfügbarkeit steigt
• Einsatz neuer Werkstoffe
Instandhaltungskosten sinken
• Regelwerke im Wandel
(Forschungsergebnisse berücksichtigen)


Online-System SR::SPM

DATEN
ROHR2 SR::SPM
SERVER

• Lebensdauerberechnung
SOLL IST • Diagrammerstellung
• Erschöpfungsübersicht
• Datenklassierung
Monitoring • Statusübersicht, Monitoring

Systembaustein Auswertung, Benutzeroberfläche


Anwendung im KW Neurath, D

• Revision (Austausch) der FD Leitung, seit
Oktober 2007 in Betrieb
• ROHR2 Modell mit knapp 1000 Knoten
(Bögen, gerade Rohre, Stützen, T-Stücke,
Reduzierungen, usw.)
• Überwachung von 44 Rohrbögen der
HD-Leitung (Betrieb 530°C, 163 bar)

Messtechnik
• Druck- und Temperaturmessungen
• 5 Wegmesspunkte an Konstanthängern
• 5 Doppelkraftmessungen


Unplanmäßige
Beanspruchung erkennen

Statusübersicht Soll-Ist-Vergleich Kräfte und Wege


Unplanmäßige
Beanspruchung bewerten


Hängerauslenkung unplanmäßig


Hängerauslenkung planmäßig


Überwachung des Kriechverhaltens

Aufgabenstellung
• Überwachung des (sekundären)
Kriechverhaltens hoch beanspruchter
Kesselbauteile (z.B. Sammler)
• Umfangsmessungen in kurzen
Zeitabständen nur mit aufwändigen
Messverfahren möglich

Vorgehensweise in SR1
• Berechnung des Kriechverhaltens auf Basis des Graham-Walles-Ansatzes
unter Berücksichtigung von Druck und Temperatur
• Vergleich mit Auslegungskurve (konstante Beanspruchung)
• Vergleich mit in größeren Zeitabständen durchgeführten
Umfangsdehnmessungen


Überwachung des Kriechverhaltens


Ausblick

Bauteilberechnung auf Basis von Schalenmodellen


Zusammenfassung

• Relevante Betriebsergebnisse und Ereignisse
werden dokumentiert
• Analyse unplanmäßiger Zustände detailliert möglich
• Identifizieren der stark beanspruchten Zonen
(Reduzierung des Prüfaufwandes, Verlängerung von
Prüffristen möglich)
• Nachweis und Gewährleistung des
bestimmungsgemäßen Betriebes
• Durch Einbindung des Rohrleitungsmodells können
Installation und Wartung der Messtechnik minimiert
werden
• Anpassung an neue Werkstoffe und Regelwerke
stets gewährleistet


Mobile Wartung und
Freischaltung
mit V-RFID und RFID

Dr. M. Stephan
KELI 2010

Freischaltung von gestern

Meister Schicht

Karteikarte (Excel):
Eintrag FS-Buch
Arbeit steht an

Notizbuch zu Rate
Anruf in Warte
gezogen (Excel)

Freischaltung „auf Zuruf“
(elektr./mech.)

Eintrag FS-Buch

Meister geht in Warte und
erhält Freigabe zur Arbeit

© 2010 Evonik Energy Services GmbH, System Technologies - Mobile Wartung und Freischaltung mit V-RFID und RFID Seite | 2

Heutige Arbeitsweise der
Freischaltung in Papierform


Freischaltung mit SI®

„ … ist ein sicherer,
nachvollziehbarer Prozess:

„ Der Freischaltschein enthält geprüfte
Angaben zu Freischalt- und Arbeitsort,
durchzuführenden Maßnahmen etc.

„ Unterschriften nach jedem Schritt des
Prozesses erzwingen verantwortliches
Handeln


Verbesserungsmöglichkeiten
bei der Freischaltung

„ SI® kann vorliegende Konflikte
nur auf dem Papier ausdrucken
und auf dem Bildschirm im SI®-
System markieren

„ „Buchhaltung“ vor Ort, Schaltanlage
oder im Betrieb ist nicht möglich

„ Fehler vor Ort sind möglich
durch menschliches Versagen

„ aber es bleiben einige
Optimierungsmöglichkeiten

„ Die RFID Technologie


Was ist RFID?

Schreib-/ RFID:
Lesekopf Radio
Frequency
IDentification

„Passiver“ Transponder,
Aktivierung über
Funkenergie
(schmutzunempfindlich)

Datentransfer
zwischen Schreib-
/Lesekopf und
Transponder
Reichweite: 3cm


RFID verbessert die Frei- und
Zuschaltsicherheit

„ Bin ich hier richtig? Eindeutige
Identifikation durch
RFID!

„ Habe ich nichts vergessen?

Freischaltliste auf PDA
muss vollständig
bearbeitet werden!

„ Darf ich wieder zuschalten?

Nummern der
Freischaltungen werden
vor Ort gespeichert!


Freischaltung mit RFIDs und SI®

Das Freischaltsystem ist
optimiert:

„ Alle vorliegenden Konflikte
werden mittels RFID zuverlässig
erkannt

„ „Buchhaltung“ erfolgt vor Ort
zuverlässig auf dem RFID

„ Fehler vor Ort werden durch Erkennung
des Freischaltorts durch RFID
verhindert


Papiergestützte Wartung

„ Im Kraftwerk werden pro Tag
ca. 150 Wiederkehrende Maßnahmen
durchgeführt

„ Organisatorische Tätigkeiten dauern
pro Tag mehrere Stunden

„ Rückmeldungen werden von Hand
ins SI® -System eingegeben


Unterstützung regelmäßiger
Wartungsarbeiten

„ Bin ich hier richtig? Eindeutige
Identifikation durch
RFID!

„ Habe ich nichts vergessen?

Liste der Wartungsarbeiten
auf PDA muss vollständig
bearbeitet werden!

„ Hat jemand die Arbeiten gemacht?

Daten der letzten
Wartungen werden vor Ort
gespeichert!


Papierlose Wartung mit RFID

„ Einsparung an Arbeitszeit, Druckerverbrauchsmaterial

„ Verbesserung der Arbeitsqualität

„ Vermeidung unbeabsichtigter doppelter Arbeitsausführung
und Materialvergeudung

„ RFID erleichtert dem Fremdinstandhalter den Nachweis der
erbrachten Leistungen


Maintainer 2009 Award

„ Für die Anwendungen
mobile Freischaltung und Wartung mit RFID
erhielt
Hr. Wolfgang Offermanns
(Evonik Energy Services GmbH)
den

Maintainer 2009 Award

in der Kategorie „Projekt des Jahres / Dienstleister“

„ Die Jury bestand aus Instandhaltungsspezialisten u.a. der
Firmen Daimler, Bayernoil, BASF und Chemserv

„ Der Preis wurde anlässlich des Kongresses „MainDays2009“
am 4. März 2009 in Leipzig verliehen


Aktueller Zustand:
RFID-Einsatz im Kraftwerk

Was wurde bisher erreicht?
„ RFID sichert den Gesamtprozess ab
und spart Arbeitszeit und Papier

Wäre es nicht möglich,…
„ …RFID-Zustandsinformationen anzuzeigen?

Dann braucht nicht jeder einen PDA.


Eine Freischaltung ist aktiv


V-RFID ist auch geeignet zur
Unterstützung von Wartungen


Design V-RFID
Freischaltung

Wiederkehrende
Prüfung Rundgänge
Maßnahme

Die Evonik Energy Services GmbH hat das Verfahren, V-RFID u.a. für die Prozesse
der Freischaltung und Wartung einzusetzen, zum Patent angemeldet.

Evolution der Instandhaltung


Evonik Energy Services GmbH
System Technologies
Rüttenscheider Straße 1-3
45128 Essen
Tel. +49 201 801-4000

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