Mind the gap Instandhaltung als Teilaspekt eines Maschinenbruch- Surveys

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1 agcs.momentum Ausgabe Juni 2015 Mind the gap Instandhaltung als Teilaspekt eines Maschinenbruch- Surveys Technische Besichtigungen gehören zum täglichen Geschäft eines Industrieversicherers. Hierbei geht es nicht nur um Kontrolle im Interesse des Risikoträgers die Unternehmen selbst können nachhaltig davon profitieren. Worin ein Maschinensurvey im Wesentlichen besteht und welchen Nutzen Unternehmen daraus ziehen können, diesen Fragen geht Karin Frank auf den Grund, Ingenieurin bei den Allianz Risk Consultants. Welchen Nutzen haben Unternehmen von einer technischen Besichtigung durch ihren Versicherer? Risikoingenieure von Versicherungskonzernen führen regelmäßig Besichtigungen in Industrieanlagen durch um zu überprüfen, ob die bei ihnen versicherten Unternehmen ihre Anlagen auf eine sichere Art und Weise betreiben. Sie achten dabei üblicherweise darauf, ob bewährte Praxis zum sicheren Anlagenbetrieb eingehalten wird und auch, ob ein adäquates Prozesssicherheits-Managementsystem implementiert worden ist. Erkennen sie bei einigen Punkten Verbesserungsbedarf, legen sie einen entsprechenden Empfehlungsbericht vor. Risikoingenieure führen diese Besichtigungen bei verschiedenen Kunden und in unterschiedlichen Ländern durch, können somit vergleichen und eine international best practice auf dem Gebiet der Instandhaltung extrahieren. Diese Erfahrungen können letztendlich dazu dienen, Möglichkeiten aufzuzeigen, die Betriebspraxis des einzelnen Kunden noch sicherer zu gestalten. Jede Begehung eines komplexen Risikos dauert erfahrungsgemäß 2 bis 4 Tage. Warum ist eine gute Instandhaltungs- / Inspektionspraxis für den Versicherer so wichtig? Gute Wartungspraxis heißt, die der Ausrüstung inhärente Leistungsfähigkeit aufrecht zu erhalten. Verschleiß beginnt bereits mit der Inbetriebnahme der Anlage. Neben der normalen Abnutzung können noch andere Störungen auftreten. Etwa dann, wenn die Anlage in einem Maße genutzt wird, für das sie nicht ausgelegt ist, oder bei Bedienungsfehlern. 1

2 Verschlechterungen des Zustands einer Anlage führen zu geringerer Leistung. Anlagenintegrität zu erhalten ist für das Geschäft wesentlich, da ein Verlust derselben zu größeren Sachschäden, Umweltkatastrophen und sogar Todesfällen führen kann. Instandhaltungs - / Inspektionsfunktion Abb. 1: Prozesssicherheitsmanagement als Schweizer-Käse-Modell Quelle: security-and-health/safety/ Die Instandhaltungs- / Inspektions-Funktion (strukturelle Integrität / Verhinderung des ungewollten Austritts von Stoffen aus einem System) steht gleich am Anfang eines als Schweizer-Käse-Modell dargestellten Prozesssicherheitsmanagementsystems, siehe Abb. 1. Eine korrekt durchgeführte Wartung und Inspektion stellt die erste Verteidigungslinie einer ausbalancierten Prozesssicherheits-Managementstrategie dar. Die Löcher im Käse stehen für Sicherheitslücken im Prozesssicherheitsmanagment. Zum Schadenfall kann es kommen, wenn eine Betriebsstörung nicht mehr durch die unterschiedlichen Sicherheitssysteme aufgefangen werden kann. 2

3 Was gehört im Allgemeinen zu einer Wartungs-/Inspektionsüberprüfung? 1. Die Betrachtung der Organisation Zu allererst wird die Organisationsstruktur ermittelt: Wie sieht der Berichtsweg des Wartungsund /oder Inspektionsmanagers aus? Arbeiten beide unabhängig von einander und vom Produktionsleiter oder berichten sie an diesen? In diesem Fall bestünde die Gefahr, dass die Wartungsanforderungen hinter den Produktionsinteressen zurück stehen, das könnte eventuell zu Lasten der strukturellen Integrität der Anlagen und Maschinen gehen. Üblicherweise ist die Instandhaltungsabteilung in mechanische Instandhaltung und elektrische & Instrumenten- Instandhaltung untergliedert. Wie sieht die Personalausstattung in diesen beiden Unterbereichen aus? Über welche Fachkenntnis verfügen die Mitarbeiter? Sind sie zertifiziert? Welche Schulungen und Auffrischungskurse werden angeboten? Falls Kontraktoren eingesetzt werden: Werden diese für gering qualifizierte Arbeiten oder für hoch spezialisierte Aufgaben genutzt und werden sie auch bei Routine-Wartungsarbeiten eingesetzt? Stehen entsprechend zertifizierte / qualifizierte Mitarbeiter zur Verfügung, um Kontraktoren in angemessener Weise einzuweisen und zu überwachen? 2. Die Einholung allgemeiner Informationen Entscheidend ist, welche Art von Instandhaltungsprogramm durchgeführt wird. Die Möglichkeiten reichen von einem rein reaktiven Instandhaltungsprogramm bis zu einem komplett zuverlässigkeitsorientierten Wartungsansatz. Eine gute Vorgehensweise für einen Betrieb ist stets eine Kombination aus reaktiver, präventiver bzw. vorausschauender Instandhaltung. Alle Anlagen, Anlagenteile und Maschinen müssen in das Wartungsprogramm aufgenommen werden. Ein eventueller Auftragsrückstand sollte effizient bewältigt werden. Häufiger Ausfall von Maschinen oder Anlagenteilen und der damit verbundene ungeplante Nutzungsausfall sind ein Hinweis darauf, dass die präventiven Instandhaltungsprogramme nicht ordnungsgemäß funktionieren. Der erste Schritt zu einem optimalen Wartungsprogramm ist ein computergestütztes Instandhaltungs-Management-System (CMMS). Ein guter CMMS Ansatz umfasst die Erstellung, Priorisierung und Nachverfolgung von Arbeitsaufträgen. Historische Daten, Wartungsverfahren, technische Dokumentation und Bestandskontrolle auf Komponentenbasis sollten alle Teil der Informationen sein. Wird eine laufende Risikoanalyse durchgeführt? Gibt es ein Risikoranking-System? Und werden Aufträge für Instandhaltungsarbeiten entsprechend 3

4 priorisiert? Werden Leistungsindikatoren (Key Performance Indicator KPI) genutzt und wie schaut der zahlenmäßige Verlauf dieser KPI s aus? Wie oft wird eine Anlagenabschaltung durchgeführt? Falls die Frequenz einer Anlagenabschaltung vermindert werden soll, werden damit verbundene eventuelle Risiken durch eine Management of Change-Prozedur überprüft? Wie hoch war das Wartungsbudget in den letzten zwei oder drei Jahren? Ist es erhöht oder reduziert worden? Was ist der Grund für die Zunahme / Reduzierung des Budgets? Eine Budget-Reduzierung könnte zum Beispiel auch bedeuten, dass das Instandhaltungsprogramm auf einen zuverlässigkeitsorientierten Wartungsansatz (Reliability Centred Maintenance Approach) umgestellt wurde. Sind Standard Maintenance Procedures (SMP) in den Instandhaltungsaufträgen enthalten? Eine SMP ist ein Schritt-für-Schritt-Leitfaden für die Wartung eines bestimmten Objekts. Sehr wichtig ist es für einen Versicherer herauszufinden, ob und wie Instandhaltung durch Key Performance Indicators gemessen und gesteuert wird. Darum sollte er bei einer Begehung auf jeden Fall eine Übersicht sowie tatsächliche Zahlen und den Verlauf aller relevanten KPIs einsehen. Tauchen wesentliche Abweichungen oder anomale Zahlen auf, ist sowohl nach dem Grund hierfür als auch nach korrigierenden Maßnahmen zu fragen, z.b. danach, was getan wird, um eine ungewöhnlich hohe Anzahl sogenannter bad actors zu beseitigen. 3. Die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) Es gibt eine wachsende Zahl von Methoden für die Zustandsüberwachung, z.b.: Vibrations- / Schwingungsüberwachung Korrosionsüberwachung Ultraschallmessung Infrarot-Thermografie Temperaturmessung Positions- / Geschwindigkeits- / Drehmomentmessung Schmieröl-Analyse Es kommt darauf an, die richtige Technik, die richtigen Inspektionsintervalle und die geeignetste Zustandsüberwachungsmaßnahme zu wählen. Schwingungsüberwachung wird hauptsächlich bei rotierenden Maschinen angewandt. Ist das 4

5 Know-how im Betrieb vorhanden, um anomale Vibrationen spezifischen Fehlfunktionen zuordnen zu können, oder wird auf qualifizierte Kontraktoren zurückgegriffen? Bei kritischen Maschinen, wie Turbinen, Kompressoren und großen Pumpen erwarten Versicherer eine kontinuierliche Überwachung mit entsprechenden Alarm- und Schutzeinrichtungen. Diese Maschinen sollten zusätzlich einer von Spezialisten ausgeführten Frequenzanalyse unterzogen werden. Frequenzanalysen werden häufig zur Festlegung von Zeitplänen für größere Maschinenüberholungen genutzt, wenn die vom Originalhersteller empfohlene Häufigkeit vermindert werden soll; sie können jedoch eine größere Überholung nicht vollständig ersetzen. Häufigkeit und wesentliche Ergebnisse einer größeren Überholung sind grundsätzlich ein Thema bei der Risikobesichtigung. Ein weiterer wichtiger Punkt bei einer Begehung ist die Frage, ob Teile, die bei einer größeren Maschineninspektion ausgetauscht wurden und als Ersatzteile beibehalten werden, sofort überholt oder erst kurz vor der nächsten Inspektion überholt/repariert werden. Dieselbe Frage betrifft Elektromotoren: Welche Überwachungsmethoden werden während des Betriebs an großen Motoren ausgeführt? (die am weitesten verbreitete Methode ist das Teilentladungsmonitoring für Motoren über 5 MW). Und: Wie oft wird eine größere Überholung an einem Elektromotor ausgeführt? Korrosionsüberwachung wird vor allem bei statischen Anlagen vorgenommen - hauptsächlich, um den sicheren Betrieb einer Anlage zu gewährleisten und den Austritt von Stoffen zu verhindern. Eine weit verbreitete Methode ist die Messung der Wandstärke mittels Ultraschall, um den Fortschritt der Wandstärkenabnahme zu verfolgen. Bei einem Risk Based Inspection - (risikoorientierten Instandhaltungsplanungs-) Ansatz sind Häufigkeit und Grad der Korrosionsüberwachung mit den Korrosionscharakteristika in Abhängigkeit von Material und Anlagenbetriebsbedingungen verknüpft. Die Korrosionsüberwachung in der petrochemischen Industrie zum Beispiel ist ein besonders sensibler Bereich - hier muss der Versicherer mit Hilfe der Inspektionsberichte genau untersuchen, ob Korrosionsüberwachung so gehandhabt wird, dass die Integrität von Kesseln oder Rohrleitungen permanent gewährleistet ist, mangelhafte Korrosionsüberwachung kann hier zu Feuer und Explosionen führen. Ein wichtiger KPI ist z.b. die Anzahl der Anlagen, deren Wandstärkenmessung überfällig ist. Infrarot-Thermografie wird zur Überwachung von feuerfesten Auskleidungen, Verschleiß von Isolierungen, von Ofenrohrabnutzung, oder zur Identifizierung von Fehlern bei Elektrogeräten und Störungen an Maschinen eingesetzt. Für den Versicherer ist es wichtig zu wissen, an welcher Anlage und in welcher Häufigkeit Infrarot-Thermografie durchgeführt wird und wie die Ergebnisse interpretiert werden. 5

6 Öl-Analysen, wie z.b. Schmieröl-Analysen für rotierende Maschinen oder Gas-in-Öl-Analysen für Transformatoren sind ebenfalls von Bedeutung. Über längere Zeiträume durchgeführte Öl- Analysen mit entsprechend dargestelltem Ergebnisverlauf können auf eine unsachgemäße Wartung/Betriebsweise hinweisen. Versicherer legen Wert darauf, dass in regelmäßigen Abständen - von vierteljährlich bis jährlich - Schmierölanalysen bei allen Maschinen mit Motoren über 5 kw sowie bei allen für den Betriebsablauf kritischen oder hochwertigen Maschinen durchgeführt werden. Die Durchführung einer Gas-in-Öl-Analyse ist ebenfalls ein wichtiges Instrument der vorbeugenden Instandhaltung, das - je nach bisherigen Befunden und je nach Alter des Transformators - mindestens jährlich durchgeführt werden sollte. Zu einer Risikobesichtigung gehört auch auch die Wartung der mess- und regeltechnischen Instrumente. Ausschlaggebend ist es, ob eine Liste sicherheitsrelevanter Alarm- und Abschaltsysteme existiert und ob diese regelmäßig getestet werden. Finden regelmäßig umfassende (zum Beispiel online) Tests aller sicherheitsrelevanten kritischen Alarmierungen und Notabschaltsysteme statt? Entsprechen diese Tests dem SIL Level (Sicherheitsintegritätslevel) der jeweiligen Instrumente? 4. Vorausschauende Instandhaltung Bei einer Begehung schauen sich Versicherer auch die Inspektionsprogramme für Druckkessel, Tanks, Brennöfen und Sicherheitsventile näher an. Hier handelt es sich im Regelfall um zerstörungsfreie Prüfmethoden (NDT non-destructive testing, Abb.2). Abb.2: The interaction between machine diagnostic and damage analysis [1] 6

7 [1] Aastroem, T; One hundred and one NDT- und Maschinen-Diagnose-Methoden zur Schadenverhütung bei wichtigen Maschinen. Proc. of 16:th WCNDT 2004, Montreal. 8 p. Normalerweise existieren gesetzliche Vorgaben für die Inspektion von Druckbehältern nach einem vorgegebenen Zeitplan für die visuelle und für die vollständige interne Inspektion. Sichtprüfungen des Tankäußeren sollten nicht seltener als alle 5 Jahre, können aber auf Grundlage von Korrosionsberechnungen auch öfter durchgeführt werden. Bei Inspektionen von Tankwänden handelt es sich üblicherweise um Ultraschallmessungen, die je nach Korrosionsgeschwindigkeit im 10+ Jahres-Rhythmus erfolgen sollten. Die Erstinspektion sollte zur Festlegung einer Korrosionsrate im Laufe von fünf Jahren stattfinden. Auch für Tankböden ist eine interne Inspektion im 10+ Jahres-Rhythmus auf Basis der Korrosionsratenberechnung zu empfehlen. Zur Korrosionserkennung und -bewertung werden magnetische Prüfverfahren (MT) und Ultraschallprüfung (UT), zum Beispiel Floorscanner, eingesetzt. Um eine Überhitzung zu vermeiden, müssen die Ofenrohrtemperaturen überwacht werden. Die Bandbreite der Untersuchungen reicht von Sichtprüfungen der Rohrschlangen bis zu Ultraschall-Dickenmessungen an bestimmten Stellen der Rohrschlangen in der Strahlungszone, dem Konvektionsteil und an den Umlenkbögen. So können etwa mit Hilfe von Wirbelstrommessungen (eddy current ) Risse in Rohrleitungen nachgewiesen werden. Feuerfeste Ausmauerungen werden mittels Infrarot-Inspektion überwacht. Sicherheitsventile sollten bei einer Anlagenabstellung zur Überholung und Prüfung inkl. Pre-Pop Testing (Prüfung des Ansprechdrucks) ausgebaut werden. Eine weitere Methode zur Überprüfung von Sicherheitsventilen ist der Trevitest, der im laufenden Betrieb erfolgen kann. Inspektionsunterlagen sind am besten so aufgebaut, dass sie die Prüfung durch externe Auditoren leicht machen. Während der Begehung wird der Versicherer unter anderem die oben beschriebenen Verfahren einschließlich ihrer Anwendungshäufigkeit prüfen und sie mit den gesetzlichen Bestimmungen oder den international geltenden Best Practice-Standards vergleichen. 7

8 Und.. was hat der Kunde davon? Begehungen und Inspektionen durch den Risikoingenieur können zum internen Risikomanagement in Unternehmen beitragen; sie dienen dazu, technische Versicherungsinformationen zu erstellen und Schadenschätzungen auszuarbeiten. Im Anschluss an eine Risikoinspektion werden Berichte - erforderlichenfalls mit Empfehlungen für Verbesserungen - erstellt sowie eine Maximalschadenberechnung für größere Anlagen als Input zum Versicherungsprogramm ausgearbeitet. Begehungen und/oder Inspektionen bieten eine gute Gelegenheit für den Versicherer, die aus vielen ähnlichen Anlagenbegehungen ermittelte und extrahierte Best Practice zur sicheren Betriebsweise mit den einzelnen Kunden gemeinsam zu besprechen und Störfälle oder Beinahe-Unfälle zu diskutieren, zu denen es entweder am Standort oder anderswo in der Industrie gekommen ist auch mit dem Ziel, eventuelle Lücken im Prozesssicherheitsmanagementsystem des jeweiligen Kunden aufzudecken. Mind the gap ein gutes Prozesssischerheitsmanagement wird kontinuierlich auf Lücken in der Verteidigungsstrategie gegen Störfälle untersucht, sei es mit einer eigenen effizienten Berichtstrategie im Hinblick auf Beinahe-Unfälle, mit einer entsprechenden Root Cause- Analyse und konsequenten Änderungen in der Unfallverhütungsstrategie, oder eben mit Hilfe gezielter Begehungen / Inspektionen / Audits durch eigenes Personal oder Dritte. Ziel ist es letzendlich, im jeweiligen Bereich das Niveau einer internationalen Best Practice zu erreichen bzw. dieses aufrecht zu erhalten. Versicherer können dazu einen nicht unwesentlichen Teil beitragen. Zur Autorin: Karin Frank ist Ingenieurin im ARC Engineering Germany Team von Allianz Global Corporate & Specialty. Sie ist u.a. spezialisiert auf die Risikobewertung von weltweiten Großbaustellen sowie sowie auf die Durchführung von Maschinenbruch-Surveys im Öl- und Gasbereich. Karin Frank hat Chemieingenieurwesen an der Technischen Universität Karlsruhe studiert und war unter anderem bei einem internationalen Ölkonzern als Prozessingenieur tätig. 8