Erkennen von Rohrlecks mit Predictive Analytics

Beim diesjährigen ARC India Forum hielt Silbersponsor STEAG Energy Services, eine Tochtergesellschaft des deutschen STEAG-Konzerns, erneut einen zum Nachdenken anregenden Vortrag darüber, wie neue innovative Softwarelösungen zur Verbesserung der Anlagenleistung in globalen Kraftwerken eingesetzt werden können. Der STEAG-Konzern – mit Tochtergesellschaften auf der ganzen Welt – errichtet, betreibt, wartet und modernisiert Kraftwerke. STEAG Energy Services India wurde 2001 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Noida.

Im vergangenen Jahr lag der Schwerpunkt des gemeinsamen Vortrags der Unternehmensvertreter auf dem Thema „Flexibilisierung“ – dem vielschichtigen Ansatz des Unternehmens für Systeme, Prozesse und Verfahren, die konventionellen und erneuerbaren Strom effizient in den Stromnetzen zusammenführen. Der diesjährige Vortrag von Dr. Tomasz Kaminski, Projektleiter Systemtechnologien der STEAG Energy Services GmbH, ging einen Schritt weiter und konzentrierte sich auf ein Nischengebiet – die prädiktive Analytik für Rohrleckagen in Dampferzeugern. Dr. Kaminski und sein Team entwickeln, in Betrieb nehmen und warten IT-Lösungen für Kraftwerke im Flexibilisierungsszenario.

Die zentralen Thesen:

Dr. Kaminski erläuterte, wie das Unternehmen hochkomplexe Energieprojekte umsetzt, die auf Kosten- und Terminoptimierung sowie auf örtliche und technische Gegebenheiten ausgelegt sind. Bei der Optimierung von Prozessen behält STEAG die Gesamtflexibilität und den Energiemix (Kohlekraftwerke, GuD-Kraftwerke und Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen) sowie den wirtschaftlichen Nutzen im Blick. Er erwähnte auch, dass das Unternehmen nach Fukushima alle Kernkraftwerke abschaltet, um der deutschen Politik nachzukommen.

In Indien haben Unternehmen wie NTPC die Systeme des Unternehmens hauptsächlich zur Überwachung der Effizienz ihrer Einheiten installiert. Mit der Flexibilisierung können Unternehmen im Energiesektor über eine lebenslange Überwachung verfügen. Bedienerschulungssimulatoren, thermodynamische Werkzeuge sowie Verteilungs- und Übertragungssimulatoren tragen dazu bei, Prozesse zu rationalisieren und die Kosten drastisch zu senken, sagte er.

Um zum Schwerpunkt seines Vortrags zu gelangen, zeigte Dr. Kaminski einen Querschnitt eines Kessels mit vielen Heizflächen und Rohren, die sich über Kilometer erstrecken. Die Rohre müssen der Hitze des Rauchgases, das bei der Kohleverbrennung entsteht, standhalten und diese zum Dampferzeuger transportieren. Statistiken zeigen, dass es jährlich zwischen 2 und 10 Röhrenlecks pro Einheit gibt, sodass Röhrenausfälle eine häufige Ursache für den Verlust der Stromverfügbarkeit sind. Es kann jederzeit zu einer Rohrleckage kommen, die den Kraftwerksbetrieb erheblich beeinträchtigt und zu ungeplanten Abschaltungen führt. Um Folgeschäden an Druckteilen wie Wasserwandrohren, Überhitzerrohren und Zwischenüberhitzerrohren zu vermeiden, müssen die Betriebsingenieure ständig auf Leckagen achten. Die durch Folgeschäden entstehenden Kosten können sehr hoch sein, da die Reparaturen Zeit in Anspruch nehmen – das bedeutet Verluste beim Verkauf des erzeugten Stroms.

Die Hauptursachen für Rohrlecks sind Überhitzung, fehlerhafte Schweißnähte, Erosion und innere Korrosion. Laut Dr. Kaminski besteht der beste Ansatz darin, Rohrlecks von vornherein zu vermeiden; Aufgrund der Abnutzung sei dies jedoch nicht immer möglich, sagte er. Der Standardansatz besteht darin, den aus der Röhre kommenden Schall über Schallsensoren auszuwerten; Das Mikrofon sollte diesen Pfiff erkennen und der Computer muss den Alarm auslösen. Die akustische Leckageerkennung bringt viele Herausforderungen mit sich – Fehlalarme, zeitaufwändige Kontrollen durch Experten, daraus resultierende Verzögerungen und Schäden. Anschließend sprach er über die Predictive-Analytics-Lösung des Unternehmens, untermauert durch Fallstudien.

In diesem Zusammenhang stellte Dr. Kaminski die Wirksamkeit von ALMA vor, dem fortschrittlichen Lecküberwachungs- und Alarmierungstool des Unternehmens zur Alarmerzeugung. In diesem Bereich würden neue Trends und Anwendungen entstehen, sagte er. So kann beispielsweise anhand der erzeugten Geräusche und der Umgebung mit einem neuronalen Netzwerk ein digitaler Zwilling erstellt werden, der einen Referenzschallwert generiert und Anomalien erkennt.

Fallstudien zeigen einen Vergleich zwischen der Alarmierung durch drei Methoden, die von Kraftwerksbetreibern verwendet werden, bei denen die prädiktive Analysemethode installiert ist:

Leckage an Überhitzerrohren; Leckage an Nacherhitzerrohren; und beginnende Schäden an Überhitzerrohren.

Diese Probleme wurden durch kontinuierliche Zustandsüberwachung und Kesselleckerkennung durch prädiktive Analysen gelöst. Folgende Vorteile wurden erzielt: Entlastung des Bedienpersonals bei der laufenden Auswertung der Mikrofondaten und Kosteneinsparungen durch Vermeidung von Kesselausfällen, Vermeidung größerer Folgeschäden und kürzere Reparaturausfallzeiten.

Die Vorteile des Einsatzes prädiktiver Analysen zur Erkennung von Rohrlecks sind:

Dr. Kaminskis Vortrag auf dem ARC India Forum zeigte wirkungsvoll, wie die Implementierung von Predictive Analytics im Energieerzeugungssektor ein Frühwarnsystem zur Erkennung von Prozessänderungen und -trends durch die Analyse verfügbarer Betriebsdaten bietet. Neue Ansätze im Energiesektor wie Flexibilisierung, Bedienerschulungssimulatoren und digitale Zwillinge rationalisieren industrielle Prozesse und verbessern die betriebliche Effizienz. Die von ihm vorgelegten Fallstudien machen deutlich, dass STEAG in dieser Richtung erhebliche Fortschritte gemacht hat.

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