MTBF und Wasserstoff
Funktionale Sicherheit der Anlagenkomponenten
Der großtechnische Einsatz von grünem Wasserstoff wird für viele chemische Prozesse in naher Zukunft Realität. Auch die Petrochemie bereitet sich auf eine Vergrünung mit steigender Nutzung von Wasserstoff vor.
Ausfallwahrscheinlichkeit in der Versorgungskette minimieren
Die Prozessketten im wachsenden klimafreundlichen Wasserstoffmarkt erfordern innovative Speichertechnologien und effiziente Transportmöglichkeiten für den grünen Strom. Oberste Prämisse ist die nachhaltige Versorgungssicherheit auch bei steigendem Einsatz von Wasserstoff und reduzierter Nutzung fossiler Energieträger.
Teilweise kann die bestehende Infrastruktur – z.B. aus der Erdgasversorgung – genutzt werden, jedoch sind auch neue Wasserstoffwertschöpfungsketten effektiv einzubinden. Hierzu gehört eine reibungslose Verzahnung zwischen Offshore-Strukturen, Häfen und der Binnenversorgung und deren größtmögliche Zuverlässigkeit im laufenden Betrieb.
Planung und Bewertung der Ausfallwahrscheinlichkeit
Bei der Planung neuer Anlagen oder der Ertüchtigung bestehender Versorgungssysteme müssen Planer und Anlagenbauer – abgesehen von ihren Erfahrungswerten – auf zuverlässige standardisierte Angaben der Komponentenhersteller zurückgreifen können. Hersteller von Elektrolyseuren führen für Ihre Anlagen eine Gefährdungs- und Risikobeurteilung gemäß dem Gefährdungsanalyseverfahren HAZOP (Hazard and Operability) durch.
Die Effektivität einer Anlage kann mittels Kennzahlen, die die Komponenten hinsichtlich ihrer störungsfreien Laufzeit bewerten, gemessen werden. Denn: Werden beispielsweise in einer Wasserstoffanlage unpassende Ventile verbaut, führt dies zu ungewollten Beeinträchtigungen der Anlagenfunktion oder sogar zu einem Stillstand/Ausfall.
Ungeplante Stillstände/Ausfälle können durch ein passgenaues Layout der Anlage mit bestmöglichem Zusammenspiel aller Komponenten und der damit verbundenen Berücksichtigung der erwartbaren Ausfallzeiten auf ein Mindestmaß reduziert werden. Zur Verfügbarkeit technischer Systeme existieren diverse Akronyme und Abkürzungen, die Auskunft über die Betriebsdauer bzw. Reparaturhäufigkeit eines Bauteils geben.
Der zeitliche Mittelwert – Mean Time
Bei der Bewertung der Anlagenkomponenten werden zeitliche Mittelwerte (Mean Time) als Kennzahlen hinzugezogen.
Dabei ist zu berücksichtigen, ob das betreffende Teil von vornherein überhaupt für eine Reparatur vorgesehen ist. Ist dies nicht der Fall, wird für dessen Beurteilung das Akronym MTTF (Mean Time To Failure) verwendet, das die mittlere Zeit bis seinem irreparablen Ausfall als Kennzahl angibt. MTTF dient also als Indikator für die mittlere Lebensdauer einer Komponente. Tritt der Ausfall der Komponente ein, wird sie nicht repariert, sondern einfach getauscht.
Ist die Möglichkeit einer Reparatur/Instandhaltung gegeben, wird die Kennzahl MTBF (Mean Time Between Failures) genutzt. Sie bezeichnet die mittlere Betriebsdauer der Komponente, z.B. einer Industriearmatur, zwischen zwei Ausfällen, also die mittlere Ausfallwahrscheinlichkeit. Diese Kennzahl gibt Auskunft über die Produktzuverlässigkeit der Armatur bei einem angenommenen Betrieb rund um die Uhr das ganze Jahr hindurch (24/365) und ihre funktionale Sicherheit.
Je höher der MTBF-Wert liegt, desto zuverlässiger ist also das Ventil. Zur Ermittlung der Ausfallwahrscheinlichkeit beim MTBF müssen auch die Randbedingungen, denen Gerät oder Anlage ausgesetzt sind, berücksichtigt werden, z.B. Umgebungstemperatur, Anzahl der Start-/Stopp-Zyklen pro Tag oder die Einhaltung der vorgegebenen Wartungsintervalle. Hinzu kommen nicht beeinflussbare Faktoren, wie z.B. die Art des Einbaus des betreffenden Geräts.
Ermittlung der MTBF-Kennzahl
Die MTBF-Kennzahl kann auf drei Arten berechnet werden.
Eine Analyse kann zum Beispiel an den einzelnen Komponenten neu entwickelter Ventile durchgeführt werden. Hierzu werden Erfahrungswerte aus kommerziell zugänglichen Datenbanken herangezogen, die Angaben zur Bauteilzuverlässigkeit machen. Allerdings ist diese Methode sehr zeitaufwändig, nur extern durchführbar und auch nur für neue Produkte geeignet.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des MTBF-Wertes besteht in der Auswertung von Reklamationsfällen. Dies ist gängige Praxis bei Mankenberg. Es versteht sich von selbst, dass diese Methode nur für bestehende Produkte oder Serien geeignet ist. Im Gegenzug ist die Analyse kostengünstig, da sie intern mit den bei Mankenberg verfügbaren Daten durchgeführt werden kann.
Die dritte Möglichkeit, eine MTBF-Kennzahl zu ermitteln, ist die Analyse des Systems auf Basis von Ausfallzeiten. Diese Analyse ist für Mankenberg nicht geeignet, da sie nicht einzelne Industriearmaturen, sondern das komplette System betrachtet.
Reklamationsauswertung zur Ermittlung der MTBF-Kennzahl
Bei Mankenberg werden Reklamationen mit verschiedenen Referenzwerten dokumentiert. Die Übersicht umfaßt neben den Daten des Reklamationsfalles auch Details zu den Absatzmengen pro Ventilserie und eventuellen weiteren aufgetretenen Reklamationsfällen zu diesem Ventiltyp. Die verfügbaren Daten reichen mehr als 20 Jahre zurück bis zum Zeitpunkt der Einführung des unternehmenseigenen ERP-Systems.
Die Analyse der Ausfallrate unterscheidet zwischen vier Gruppen: gefährlichen und ungefährlichen Fehlern (Safe/Dangerous) sowie der Möglichkeit, diese Fehler zu entdecken oder auch nicht (Detected/Undetected).
Die Analyse der Ausfallrate unterscheidet zwischen vier Gruppen: gefährlichen und ungefährlichen Fehlern (Safe/Dangerous) sowie der Möglichkeit, diese Fehler zu entdecken oder auch nicht (Detected/Undetected).
Auf diese Weise werden insgesamt vier unterschiedliche Werte dargestellt mit dem griechischen Buchstaben Lambda λ und einem Buchstaben-Paar als Symbol:
- λSD = safe detected
- λSU = safe undetected
- λDD = dangerous detected
- λDU = dangerous undetected
Daraus errechnet sich die Gesamtausfallrate (Sicherheitsfunktion) λtot device.
Fügt man der ermittelten Zahl noch die mittlere Reparaturzeit MTTR (Mean Time to Repair) hinzu, erhält man den MTBF-Wert.
Kennzahlen erhöhen die Planbarkeit
Für seine Anlagenplanung erhält der Kunde wertvolle Informationen zur funktionsfähigen Zeit seines gekauften Ventils. Diese werden in einem Formular ausgegeben, das ähnlich einer Herstellererklärung einzuordnen ist. Die Kunden waren sehr zufrieden mit den gelieferten Daten, denn sie konnten diese für ihre präventive Instandhaltung (TPM) nutzen und ungeplante Stillstände ihrer Anlagen auf ein Mindestmaß beschränken.
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