Forewarned is Forearmed: Error and risk minimization in process analysis – Part 3

31.08.2020

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Dieser Artikel ist Teil 3 einer Serie

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Jeder von uns lernt im Laufe des Lebens, seinem Bauchgefühl oder seinen Erfahrungen zu vertrauen, um gefährlich oder riskant erscheinende Situationen zu vermeiden. Mit einem mulmigen Gefühl ahnen Sie buchstäblich mögliche Gefahren. Wer hat nicht schmerzlich gelernt, dass es keine gute Idee ist, eine heiße Herdplatte zu berühren? Oder wer geht bei einem Tornado freiwillig nach draußen?

While humans can rely on their intuition and learned patterns to avoid dangers or use protective strategies, this is far more complicated with electronic systems or machines. All components of a system must be in a permanently safe state. Failures and malfunctions of individual components can have devastating consequences for production processes and the safety of the operators.

An example of this is the Seveso disaster in 1976, in which highly toxic dioxin TCDD escaped as a result of an uncontrolled reaction, and sustainably poisoned flora and fauna. With regard to other major chemical accidents, the European Seveso III Directive then came into force in 2012 to control major accident hazards to prevent major accidents.

Fehler erkennen, beherrschen und vermeiden

Im Dauerbetrieb befindliche verfahrenstechnische Anlagen enthalten unzählige Komponenten, die im Laufe ihres Lebenszyklus verschleißen oder ausfallen können. Wenn allerdings der Mess-, Steuer- oder Regelkreis betroffen ist, können Ausfälle immensen Schaden anrichten. Unter keinen Umständen dürfen Mensch und Umwelt irgendwelchen Gefahren ausgesetzt werden. Aus diesem Grund muss die Funktionssicherheit der Komponenten gewährleistet und deren Risiko- und Gefährdungspotential genau analysiert werden.

Die Lebensdauer mechanischer Komponenten kann durch die Beobachtung des mechanischen Verschleißes bewertet werden. Das Alterungsverhalten elektronischer Bauteile ist jedoch schwer abzuschätzen. Eine Maßeinheit, die die Risikominderung und damit die funktionale Sicherheit quantifizierbar macht, ist das sogenannte « Safety Integrity Level » (SIL). 

Folgender Ablauf wird befolgt:

Risikoanalyse
Realisierung der Risikominderung
  Nachweis, dass die realisierte Risikoreduzierung mindestens der geforderten Risikoreduzierung entspricht

Bedeutung für Prozessanalysesysteme

Fehler können überall passieren und sind nie ganz auszuschließen. Um mögliche Fehler zu minimieren, ist es daher erforderlich das Eintrittsrisiko und die daraus zu erwartenden Schäden, im Rahmen einer Risikoanalyse, abzuschätzen. Zu unterscheiden sind hier systematische und zufällige Fehler.

Systematische Fehler sind potenziell vermeidbar und werden beispielsweise durch Softwarefehler oder Konfigurationsmängel verursacht. Sie liegen demnach bereits während oder vor der Inbetriebnahme vor.

Im Gegensatz dazu sind zufällige Fehler  potenziell schwer zu vermeiden, da sie willkürlich auftreten. Trotzdem lässt sich die Fehlerrate bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit statistisch und experimentell bestimmen.

Zufällige Fehler resultieren meist aus der Hardware und treten während des Betriebs auf. Letztlich gilt es, systematische Fehler zu vermeiden und zufällige Fehler zu beherrschen, um eine störungsfreie Funktionalität zu gewährleisten.

Allgemeine Konfiguration des Prozessanalysators

Prozessanalysesysteme sind das Bindeglied zwischen der manuellen Laboranalyse und dem industriellen Prozess. Bei Anwendungen wo eine kontinuierliche und vollautomatische Überwachung kritischer Parameter verlangt wird, sind Prozessanalysatoren nicht mehr wegzudenken. Aufgrund der unterschiedlichen Analysebedingungen im Labor und direkt im Prozess ergeben sich einige Herausforderungen beim Transfer der Messtechnik vom Labor in den Prozess. Entscheidend sind die Arbeits- und Umgebungsbedingungen (z. B. hohe Temperaturen, korrosive Atmosphäre, Feuchtigkeit, Staub oder explosionsgefährdete Umgebungen), denen die Prozessanalysatoren hinsichtlich Konstruktion, Werkstoffe und Zuverlässigkeit der Komponenten genügen müssen. Dabei überträgt das System automatisch und kontinuierlich System- und Diagnosedaten um einen Ausfall von Hard-oder Softwarekomponenten durch vorbeugende Maßnahmen verhindern zu können. Die Wahrscheinlichkeit, dass zufällige Fehler passieren, wird damit deutlich reduziert.

Erkennen Sie Fehler, bevor sie entstehen

Die Risikobewertungsverfahren, die im Rahmen einer SIL-Einstufung für verfahrenstechnische Anlagen durchgeführt werden, basieren letztlich auf mathematischen Berechnungen. Im 24/7-Betrieb einer Anlage können zufällige Fehler jedoch nie ganz ausgeschlossen werden. Ein Restrisiko bleibt immer. Daher wächst die Bedeutung präventiven Wartungstätigkeiten immens, um Hard- und Softwareausfälle im laufenden Betrieb zu vermeiden.

Eine regelmäßige Überprüfung des Prozessanalysators und dessen Zustandsüberwachung ist die Grundvoraussetzung für einen dauerhaft störungsfreien Betrieb. Mit maßgeschneiderten Wartungs- und Servicekonzepten wird der Analysator über den gesamten Lebenszyklus von zertifizierten Servicetechnikern betreut. Regelmäßige Wartungspläne, Anwendungsunterstützung, Kalibrierung bzw.  Leistungsnachweise, Instandsetzung, und Original-Ersatzteile sowie eine ordnungsgemäße Inbetriebnahme sind nur einige Beispiele.

Darüber hinaus ist im Kontext der Digitalisierung auch eine transparente Kommunikation zwischen Prozessleitsystem und Analysator relevant. Das Sammeln von Leistungsdaten vom Analysator zur Beurteilung des Zustands des Steuerungssystems ist nur eine Komponente. Die kontinuierliche Überwachung relevanter Systemkomponenten lässt Rückschlüsse auf notwendige Wartungsarbeiten zu, die idealerweise in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden sollten. Es stellt sich die Frage, wie die gesammelten Daten interpretiert werden und wie schnell eingegriffen werden muss. Softwarepflegepakete helfen, die Software nach Herstellervorgaben zu testen, Datensicherungen durchzuführen und Softwarepflege durchzuführen.

In echten Notfallsituationen, in denen eine schnelle Fehleranalyse erforderlich ist, können Hersteller den Betreiber mit Fernwartungslösungen einfach aus der Ferne unterstützen. Die Anlagenverfügbarkeit wird erhöht, teure Ausfälle und Stillstandszeiten werden vermieden und die optimale Performance des Analysators sichergestellt.

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