Es ist sehr wichtig, dass Maschinen und Anlagen in einer Fabrik betriebsbereit sind, insbesondere wenn eine Fabrik rund um die Uhr in Betrieb sein muss. Ungeplante Ausfallzeiten sind äußerst unerwünscht, da sie hohe und unnötige Kosten verursachen. Daher ist es entscheidend, jede Maschine – insbesondere die kritischsten – kontinuierlich zu überwachen, um Maschinenschäden zu verhindern, die zu (länger andauernden) ungeplanten Ausfallzeiten führen.
Besteht eine Lieferverpflichtung, entstehen dem Unternehmen dadurch zusätzliche Kosten. Kann eine Fabrik aufgrund einer Störung oder eines Maschinenschadens über einen längeren Zeitraum nicht betrieben werden, kann das Unternehmen seinen Lieferverpflichtungen nicht nachkommen. Zwar ist eine erhebliche Investition in ein Überwachungssystem erforderlich, doch kann dies den entscheidenden Unterschied ausmachen, ob eine Störung verhindert wird oder auftritt. Darüber hinaus trägt es wesentlich zur Sicherheit der Mitarbeiter, der Fabrik und der Umwelt bei. Ein Maschinenüberwachungssystem arbeitet autonom; nach der Installation muss niemand mehr in den Betrieb eingreifen. Dadurch wird sichergestellt, dass das System nicht anfällig für mögliche menschliche Fehler ist, die eine Hauptursache für Arbeitsunfälle darstellen.
Ein Beispiel
Wenn eine Turbine aufgrund einer Fehlfunktion in Überdrehzahl gerät, sind die Folgen katastrophal, wenn kein Überwachungssystem vorhanden ist. Wenn eine Turbine die maximal erreichbare Drehzahl überschreitet, muss ein Überwachungssystem eingreifen, indem es die Turbine abschaltet. Dies geschieht, wenn ein Alarmwert ausgelöst wird, wodurch das Überwachungssystem die Turbine abschaltet. Das Abschalten einer Maschine ist die letzte Barriere, bevor es tatsächlich zu einem Ausfall kommt. Häufig gehen dem andere Fehler voraus, die dazu führen, dass die Turbine in Überdrehzahl gerät. Beispiele für solche Fehler sind Probleme mit der Welle, dem Generator oder der Kupplung.
Isolierte Schutzebene
Die isolierte Schutzstufe ist die letzte Barriere, bevor es zu Störungen kommt; das Überwachungssystem schaltet die Maschine ab. Um das vorherige Beispiel fortzuführen: Die Gasturbine gerät in Überdrehzahl und überschreitet voreingestellte Alarmwerte. Die maximale Drehzahl pro Minute wird überschritten, und die Maschine wird sofort abgeschaltet. Bevor eine isolierte Schutzstufe eingreift, gehen ihr in der Regel mehrere Schritte voraus. Ein Fehler führt zum nächsten, bis die Alarmwerte erreicht sind und die Maschine abgeschaltet wird. Bei Überdrehzahl können Fehler so schnell auftreten, dass es für das Personal unmöglich ist, rechtzeitig einzugreifen. Das Vorhandensein eines Überwachungssystems, das innerhalb von 40 Millisekunden reagiert (Richtlinie API 670), ist daher von großer Bedeutung. Die isolierte Schutzebene ist niemals mit einem (externen) Netzwerk verbunden, wodurch sie immun gegen Cyberangriffe ist.
Maschinenüberwachung und Zustandsüberwachung
Maschinenüberwachungssysteme sind so konzipiert, dass die Maschine bei Auftreten einer gefährlichen Situation bei Bedarf abgeschaltet wird. Dies ist oft das Ergebnis einer Kette von Fehlern. Optionen zur Schwingungsmessung können ein klares Bild vom Zustand einer Maschine vermitteln und ermöglichen oft ein Eingreifen, bevor Alarmwerte erreicht werden und das Maschinenüberwachungssystem anspricht.
Ein Beispiel
Im Jahr 2009 ereignete sich in einem Wasserkraftwerk in Russland (Sayano-Shushenskaya) ein schwerer Unfall. Vibrationen führten zu Materialermüdung an den Schrauben, mit denen das Ventil der Turbine befestigt war. Die Schrauben brachen, wodurch sich das Ventil löste und eine große Menge Wasser unter hohem Druck in den Generatorraum schoss, was zu erheblichen Schäden führte. 76 Menschen starben, als die Turbine des Wasserkraftwerks aufgrund der Vibrationen explodierte. Abgesehen von den Opfern war das Wasserkraftwerk für eine Leistung von 6.400 MW verantwortlich. Zum Vergleich: Das größte Kraftwerk (Kohlekraftwerk) in den Niederlanden hat eine Leistung von 1.560 MW. Der plötzliche Stillstand des gesamten Wasserkraftwerks führte dazu, dass die Region ohne Strom war. Die Reparaturkosten beliefen sich auf über 1,5 Milliarden und die Reparatur dauerte mehr als 5 Jahre.
Die durch die Schwingungen verursachte Metallermüdung hätte durch ein Maschinenüberwachungssystem (Schwingungsüberwachung) erkannt werden können. Ein Maschinenüberwachungssystem (mit Zustandsüberwachung) ist daher von großer Bedeutung. Auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dass etwas Ähnliches passiert, sehr gering ist, sind die Folgen unvorstellbar.
Maschinenüberwachung für die Sicherheit
Obwohl ungeplante Ausfallzeiten stets unerwünscht sind, kann ein Maschinenüberwachungssystem schwerwiegende Folgen wie (tödliche) Unfälle, Umweltschäden und Schäden an der Fabrik (und den Maschinen) verhindern. Die Folgen einer Turbine, die zu vibrationsanfällig ist, sind unvorstellbar (wie in Abbildung 1 dargestellt). Abgesehen von der Möglichkeit (tödlicher) Unfälle wird die Fabrik so stark beschädigt, dass es Monate (wenn nicht Jahre) dauern wird, bis sie wieder betriebsbereit ist. Dies wird schwerwiegende finanzielle Probleme und mögliche Lieferengpässe zur Folge haben. Dies betrifft ein Wasserkraftwerk, bei dem eine Lieferverpflichtung besteht.
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