Sichere Überwachung von Industriearmaturen.
Wo sie im Einsatz sind, geht es meist ziemlich rau zu: Industriearmaturen der Stahl-Armaturen PERSTA GmbH, Warstein, arbeiten seit mittlerweile 70 Jahren in der Chemie und Petrochemie, in Müllverbrennungsanlagen, in konventionellen und nuklearen Kraftwerken. Ausfälle führen oft zu teuren Stillstandzeiten ganzer Produktionsanlagen oder gefährden Mensch und Umwelt.
Dagegen hat PERSTA das „Smart Valve Monitoring System“ als Zustandsüberwachung entwickelt. Damit soll der Zustand der Anlagenkomponenten permanent erfasst und Trends zur vorausschauenden Instandhaltung abgeleitet werden. Doch eine solche Überwachung stellt eine Herausforderung dar. Ventile sind in der Regel relativ einfache elektromechanische Elemente, die nicht ohne weiteres einer elektronischen Überwachung durch Sensoren zugänglich sind. Welche Bedeutung sie dennoch haben verdeutlicht Alex Martens, bei PERSTA zuständig für Innovation und maßgeblich an der Entwicklung des Systems beteiligt: „Wir fertigen Industriearmaturen mit Nennweiten bis zu 800 mm Durchmesser mit Stückpreisen bis zu einer Million Euro.“ Die Herstellungszeiten solcher Einzelanfertigungen betragen bis zu einem Jahr. „Diese Armaturen dürfen niemals schlagartig ausfallen.“
Vier Überwachungsbereiche kristallisierten sich heraus
Martens erklärt weiter: „Unsere Feldversuche und Erfahrungen haben gezeigt, dass vier Probleme am häufigsten auftreten.“ Das sind: Schwergängigkeit der Armatur durch Verschleiß der Betätigungskomponenten und der Spindeldichtung, Undichtigkeit der Stopfbuchspackung durch Verschleiß oder Schädigung, Undichtigkeit im Armaturensitz durch Verschleiß oder Schädigung der Dichtflächen und Dampfverluste durch Auslösen der Gehäusebruchsicherung.
Daraus leitete das Team vier Überwachungsbereiche ab, die mit unterschiedlichen Sensoren und Methoden überwacht werden: Antrieb, Spindeldichtung, Armaturensitz und Gehäusebruchsicherung. Beim Antrieb sind es vor allem die Position und das Drehmoment, die Rückschlüsse auf den Zustand erlauben. Vorspannkraft und Leckage kennzeichnen die Befindlichkeit der Spindeldichtung. Der Armaturensitz darf ebenfalls keine Leckage aufweisen. Das Auslösen der Gehäusebruchsicherung muss sofort signalisiert werden. Der wichtigste Faktor bei der Überwachung der Armatur ist jedoch der Ventilsitz, „da dieser maßgebend für die Funktionstüchtigkeit ist“, so Martens.
Smart-Messtechnik realisiert Zustandsüberwachung
Die Messtechnik für die Umsetzung der Zustandsüberwachung liefert die optiMEAS GmbH aus Friedrichsdorf. „Die von den Sensoren gelieferten Daten nehmen wir bei jeder Ventilbewegung mithilfe unserer smartPRO-Geräte auf und verarbeiten sie“, erklärt Dr. Jens-Achim Kessel, bei optiMEAS zuständig für Automatisierung, Regelungstechnik und Standardsoftwareprodukte. PERSTA gibt dazu die Algorithmen für die Überwachung vor.
Dr. Kessel: „Verlassen die Messwerte eine vorgegebene Bandbreite, lösen wir einen Alarm so rechtzeitig aus, dass genügend Zeit für eine geplante und kalkulierbare Reaktion bleibt.“ Und Alex Martens ergänzt: „Wir können aus der Trendbetrachtung konkrete Aussagen ableiten, wann eine Wartung fällig wird, welches Teil der Armatur defekt ist oder ob ein Bedienungsfehler vorliegt.“ Das System ist vollständig autark. „Die Auswertung erfolgt vor Ort am Ventil, eine in der Regel sehr aufwändige Integration in eine zentrale Leitwarte ist nicht notwendig“, so Dr. Kessel.
Der Vorteil: Der Anwender kann das System integrieren, es aber auch unabhängig betreiben. „Es eignet sich deshalb sowohl für Neuanlagen als auch zur Erweiterung bestehender Anlagen und ist damit für viele Armaturen am Markt geeignet“, weiß Alex Martens. Die Funktionalität des Smart Valve Monitoring Systems lasse sich grundsätzlich für zahlreiche Komponenten im Feld einsetzen, ist PERSTA-Experte Alex Martens überzeugt. So sei es beispielsweise denkbar, an Pipeline-Stationen eine Mobilfunklösung einzusetzen.