ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.07
Termelőberendezések állapotvizsgálata Tárgyszavak: termelőberendezés; állapotvizsgálat; karbantartási stratégiák; rendelkezésre állás.
Berendezés* kifejezésen a vegyiparban és a gyógyszergyártásban a termelőeszközöket, tehát gépeket, készülékeket, csővezetékeket, szabadban levő építményeket értenek, valamint ezekből az elemekből álló technológiai rendszereket. A berendezések on-line menedzselése azokra az eszközökre terjed ki, amelyekről az üzemeltető folyamatosan információt kap, ezek közé általában nem tartoznak a csővezetékek és az építmények. Berendezések állapotának jellemzői A berendezések hatékony menedzseléséhez ismerni kell azok műszaki, technológiai és üzemgazdasági állapotát. A karbantartás szempontjából különösen a műszaki állapot fontos, de az állapot más jellemzői is hatással lehetnek rá. A berendezések menedzselésének lényege a műszaki állapot megállapítása és fenntartása azzal a céllal, hogy a megkövetelt rendelkezésre állást minimális ráfordításokkal fenntartsa. Ha ezt a cél eléri, akkor jelentős mértékben járul hozzá az értéktermelési folyamathoz. A döntő cél minden esetben az termékek előállítási költségeinek minimálása. Ennek a célnak van alárendelve a karbantartás is. A karbantartási költségek minimálásához világosan meg kell határozni az elérendő rendelkezésre állási szintet, és be kell mutatni az ehhez szükséges költségeket. A rendelkezésre állás magába foglalja a minőségi, biztonsági, egészség- és környezetvédelmi követelmények teljesítését is. Így a rendelkezésre álló berendezés egyúttal biztonságos berendezés is. A műszaki állapot megállapítására mindenkor szükség van, amikor a termelőberendezések nagy fokú rendelkezésre állási követelményei miatt állapottól függő karbantartási stratégia mellett döntenek. A karbantartási intézkedéseket a DIN 31051 szabvány gondozásra (intézkedések az előírt állapot fenntartására), vizsgálatra (a tényleges állapot megítélésére) és javításra (intézkedések – hiba esetén – az előírt állapot helyreállítására) osztja fel. Az Európai Szabvány ezeken kívül megemlíti a gyengepontok kiküszöbölését mint gazdaságos alternatívák megvalósításának eszközét is. Az alternatívák lehet*
A német szöveg az angol asset szót használja, amelynek szótár szerinti (első) jelentése vagyontárgy.
nek műszaki vagy szervezési jellegűek, lényeges az, hogy gazdaságosabban lehessen általuk a berendezések előírt állapotát fenntartani. Karbantartási stratégiák – gépkocsi példáján A karbantartás terén különféle stratégiákat lehet alkalmazni, amelyeket legjobban a gépkocsi karbantartásának példáján lehet szemléltetni. Káreseményekre, kiesésre orientált stratégiát alkalmaznak pl. a gépkocsiknál a hangtompító karbantartásával kapcsolatban. Ebben az esetben megvárják, míg a hangtompító kilyukad. Ez elfogadható szemlélet, mivel a kár nincs befolyással sem a jármű menettulajdonságaira, sem a biztonságra. Ennek a stratégiának előnye, hogy az adott szerkezeti elem teljesítménytartalékát teljes egészében kihasználják. A gyújtógyertyákkal kapcsolatban időarányos megelőző cserestratégiát alkalmaznak. Mivel a gyertya tönkremenetele az egész jármű leállásához vezet, bizonyos használat után a gyertyát kicserélik, azaz inkább lemondanak a teljesítménytartalék egy részéről annak érdekében, hogy a jármű rendelkezésre állása biztosítva legyen. Ennek a stratégiának hátránya, hogy a gyújtógyertyák élettartamát csak tapasztalati alapon lehet megállapítani és teljes mértékben nem lehet megakadályozni, hogy esetenként a teljesítménytartalék teljes elhasználódása folytán váratlan üzemzavar forduljon elő. A gumiabroncsok és a fékbetétek nemcsak a gépkocsi üzemképességére vannak hatással, hanem a biztonságra is. Ebben az esetben állapotvizsgálatra alapozott megelőző stratégiát alkalmaznak. Egyszerűsíti a helyzetet, hogy az abroncsokon a profilmélységet és a fékbetétek kopását viszonylag egyszerű módszerekkel meg lehet állapítani és – feltételezve az addigi üzemmódot – előre lehet jelezni. Ezzel a csere időpontját jól meg lehet határozni. Ebben az esetben is a teljesítménytartalék egy része kihasználatlan marad, de ez az ellenőrző vizsgálatok rendszeres elvégzésével minimálisra csökkenthető. A vizsgálatok költségeivel az üzemzavarok minimálisra csökkent veszélye áll szemben. A gyengepontok kiküszöbölése a berendezés tökéletesítését jelenti. Jobb működési tulajdonságok, nagyobb teljesítménytartalék érhető el alternatív megoldások alkalmazásával. Példa lehet erre nemesacélból készült hangtompító beszerelése, természetesen csak akkor, ha ez gazdaságilag elfogadható. Ezek a triviálisnak látszó példák átvihetők ipari berendezések karbantartásának folyamataira is. Megállapítható például, hogy • nincs általános érvényű karbantartási stratégia, amely egy üzem minden berendezésére egységesen alkalmazható; • a kiesésre vagy cserére alapozott stratégiák sok esetben gazdaságilag indokoltak. A motorolajok élettartamára a gyártók a kilométerteljesítményre alapozott adatokat adnak. Újabban azonban a modern diagnosztikai rendszerekkel az
olajcsere optimális időpontjait meg lehet határozni, figyelembe véve a motorhőmérsékletet és fordulatszámot is. Ilyen módszerek hozzátartoznak a karbantartók eszköztárához, amellyel a karbantartás optimálására törekednek. A cél a váratlan leállások csökkentése, mivel azok rendszerint igen magas következménykárokkal járnak. Berendezések állapotának vizsgálata a vegyiparban A vegyipari és gyógyszeripari üzemekben a berendezések állapotának megállapításában a hagyományos rezgésmérés, termográfia, akusztikai módszerek mellett ma még nem használják ki teljesen a működési paraméterek által nyújtott információkat. Ezek általában csak a technológus mérnökökhöz jutnak el. A működési jellemzők fontos információkat hordoznak a berendezések állapotával kapcsolatban, amelyeket a berendezések menedzsmentjében is fel kell használni (1. ábra). A berendezések állapotának megállapítását szolgáló információáramlás megoldását a 2. ábra mutatja. A technológiai folyamatok adatait az irányítási rendszer megkapja, feldolgozza, ennek alapján avatkozik szükség esetén a rendszer működésébe. A technológiai rendszer irányítójának munkahelyétől elkülönült helyen tartózkodik a karbantartásért felelős személy. Ha hozzá nemcsak a diagnosztikai adatok (pl. rezgésmérések eredményei) futnak be, hanem a folyamatok paraméterei is, ezek segítenek a berendezések állapotának megítélésében. A számítógépes dokumentációs rendszer és a karbantartási dokumentumok (pl. géptörténeti adatok) felhasználásával a karbantartó mérnök megfelelő intézkedéseket rendelhet el.
üzemeltető
karbantartó
on-line adatközlés
1. ábra Technológiai paraméterek felhasználása
technológiai adatok
üzemirányítás
folyamatirányítás
% vállalati információs rendszer
műszaki diagnosztikai adatok
berendezések menedzselése
%
karbantartási intézkedések karbantartásirányítás
dokumentumok kezelése
2. ábra Technológiai paraméterek áramlása A berendezések menedzselésének rendszere A berendezések menedzselési rendszerével kapcsolatban a következő alapelveknek kell érvényesülniük: • Olyan rendszereket kell létrehozni, amelyek mind a technológiai folyamatok irányításának, mind a karbantartási folyamatoknak megfelelnek. • Az üzemi berendezések nyilvántartási struktúráját a berendezések menedzsmentrendszerének is át kell vennie. (A vegyiparban és gyógyszeriparban leginkább a SAP üzleti rendszert alkalmazzák.) • A nyilvántartási funkcionális rendszert a berendezések menedzsmentje nem zavarhatja meg. A berendezések műszaki állapotának megismerésére alkalmazott eljárás három lépésből áll: Az első lépés az állapotra jellemző összes adat – beleértve a technológiai folyamatok paramétereit – összegyűjtése. Ide tartoznak a külön végzett vizsgálatok, mérések, valamint a gép történetére vonatkozó feljegyzések is. A második lépésben az adatokat elemzik, összevetik előírt értékekkel; ebből következtetést lehet levonni a berendezések várható viselkedésére is. Meg kell határozni egy értéktartományt, amely a berendezések paramétereinek elfogadható állapotát jellemzi. A harmadik lépésben a szükséges intézkedések szintjét határozzák meg. Ezek közé tartozik
• az előírt és tényleges értékek időközönként való automatikus összehasonlítása; • az elfogadható tartomány túllépésekor jelentés a berendezésmenedzsment számára; • kritikus helyzet esetében vészjel leadása; • a működőképesség várható időtartamának előrejelzése; • lehetséges hibaokok megkeresése; • a műszaki állapotra vonatkozó adatok tárolása. Példák A 3. ábra membránszivattyú által szállított folyadékhozam és a fordulatszám közötti összefüggést mutatja. A két érték között lineáris összefüggés van, aminek az ábrán egyenes vonal felel meg. Ha valamikor olyan mérési eredmények jelentkeznek, amelyek a meghatározott elfogadható tartományon kívülre esnek, ez valamilyen hibára utal. A gépkezelő csak akkor veszi ezt tudomásul, amikor a hiba súlyosabbá válik. A berendezésmenedzsment azonban felfigyel a jelenségre, és megkeresi az eltérés okát (pl. szelepek rossz zárása). Egy forgógép tengelyének rezgéseire elfogadható tartományt lehet megállapítani (4. ábra). Amikor a rezgések vektorai ebbe a tartományba esnek, a gép működése nem vet fel problémát. Ha azonban ezen kívül esik, intézkedést kell tenni. A hőcserélők vegyi üzemekben nagy számban használt berendezések. A termékáramokat vízzel hűtik le (5. ábra). Az automatikus szabályozórendszer biztosítja, hogy a kijövő termékáram mindenkor azonos hőmérsékletű legyen. A tartós használat során azonban lerakódások képződnek a hőcserélő csöveinek falán, ezáltal a hőátadási tényező leromlik. A folyamatparaméterekből meg lehet állapítani, mikor várható olyan állapot, hogy a hőcserélőt javításra a technológiai folyamatból bizonyos időre ki kell kapcsolni. Gazdaságossági megfontolások Berendezésmenedzsment alkalmazásával a váratlan üzemzavarok, leállások és ezzel kapcsolatos veszteségek, költségek elkerülhetők. Ha szigorú követelményeket támasztanak a rendelkezésre állással kapcsolatban, akkor különösen indokolt hatékony berendezésmenedzsment alkalmazása. A berendezésmenedzsment költségei függetlenek a rendelkezésre állási követelményektől, így a két vonal 6. ábrán látható metszéspontjától balra eső esetekben a berendezésmenedzsment nemcsak hasznos, hanem gazdaságos is.
hozam, l/h
elfogadható tartomány
fordulatszám, 1/min
3. ábra Membránszivattyú jelleggörbéje
örvényáramos érzékelő
elfogadható tartomány
rezgésvektor
4. ábra Rezgésmérés
hűtővíz
termékáram
5. ábra Hőcserélő működési elve
költség / haszon
kiesések elkerülésével megtakarított költségek
a berendezésmenedzsment költsége
elfogadható leállások száma
6. ábra. Berendezésmenedzsment gazdaságos alkalmazása (Dr. Garai Tamás) Koschel, J.; Müller, U.; Nicklaus, E.: Zustandserkennung in Produktionsanlagen durch AssetManagement. = Chemie Ingenieur Technik, 73. k. 7. sz. 2001. 802–808. Instandhaltung effektiv gestatten. = Chemie-Anlagen-Verfahren, 34. k. 9. sz. 2001. p. 152– 154.
