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Engineering-Werkzeug

Anlagenplanung mithilfe intelligenter 3D-Modelle

10.04.2008 | Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Großprojekt Extremadura: Die Anlage in Spanien, hier im 3D-Modell, wird schon bald 110 000 t/a Biodiesel produzieren. Bild: ITandFactory
Großprojekt Extremadura: Die Anlage in Spanien, hier im 3D-Modell, wird schon bald 110 000 t/a Biodiesel produzieren. Bild: ITandFactory

Eine Anlage ist mehr als die Summe ihrer Teile: Nur wer das System als Ganzes im Blick hat, kann es von Anfang an auf höchste Effizienz ausrichten. Intelligente Engineering-Werkzeuge helfen bei der Anlagenplanung, wie dieser Beitrag zeigt.

Westfalia Separator ist weltweit bekannt für leistungsfähige Separatoren, Dekanter und Keramik-Membranfilter. Im Mittelpunkt steht immer das Klären von Suspensionen, das Trennen von Flüssigkeitsgemischen bei gleichzeitiger Abscheidung der Feststoffe, zudem das Extrahieren von Inhaltsstoffen sowie das Konzentrieren und Entwässern von Feststoffen. „Take the Best – Separate the Rest“, so lautet denn auch der eingängige Firmenslogan.

Doch es reicht heute vielfach nicht mehr aus, die Apparatetechnik anzubieten. Betreiber in der Prozessindustrie erwarten vielmehr Systemlösungen und komplette Anlagen. Das erforderte einen Wandel im Westfalia-Engineering: Denn um vermehrt komplexe Projekte bearbeiten zu können, ohne zugleich personell aufzustocken, mussten die Abläufe und insbesondere der Workflow automatisiert werden.

Klar war auch: Komplette Prozesse – d.h. neben dem Separator und Dekanter alle Behälter, Rohrleitungen, Ventile und die Mess- und Regeltechnik – sind nur mithilfe einer professionellen Anlagenplanungs-Software beherrschbar.

Vom reinen CAD-System zum intelligenten Modell

Der Sprung zur Anlagenplanung auf der Basis eines intelligenten 3D-Modells gelang den Planern von Westfalia Separator vor etwa sechs Jahren mit der Implementierung des Engineering-Werkzeugs Cadison; vorausgegangen war eine intensive Marktrecherche. „Zuvor besaßen wir nur reine CAD-Systeme wie Medusa und AutoCAD, mit denen sozusagen auf dem Monitor gemalt wurde – ohne weitere Intelligenz dahinter. Cadison bot uns die Möglichkeit, mit einem intelligenten, d.h. mit Daten und Informationen hinterlegten Modell zu arbeiten“, erläutert Dipl.-Ing. Achim Scholz, Leiter CAD/CAE Management & IT Services. Aktuell sind bei Westfalia Separator etwa 180 Arbeitsplätze mit Cadison ausgerüstet.

Die Aufgabe seines Teams beschreibt Scholz kurz und bündig so: „Wir müssen unseren Kollegen u.a. in den Planungsabteilungen eine IT-Welt und Planungswerkzeuge zur Verfügung stellen, die funktionieren und mit denen sie erfolgreich sein können. Wir werden schließlich mit dem Geld bezahlt, das die Kollegen erwirtschaften.“ Offenbar funktioniert diese Aufgabenteilung bestens, wie Dipl.-Ing. Alfred Lassau bestätigt, der als Planer bei Westfalia Separator intensiv mit Cadison arbeitet: Nach einer gewissen Anlauf- und Anpassungszeit („Wir liefern ja recht komplexe Anlagen für die Oil-, Pharma- und Food-Industrie, deren Anforderungen u.a. an die Dokumentation sich beträchtlich unterscheiden“) sind die Planer heute mit ihrem Werkzeug Cadison sehr zufrieden.

Scholz: „Unser Ziel war, etwa 50 Prozent aller Projekte über Cadison abzuwickeln – vor allem die großen Projekte, wo mehrere Planer zeitgleich an der Anlagenplanung beteiligt sind. Das Ziel ist erreicht. Und wir bearbeiten mit der gleichen Zahl von Mitarbeitern wesentlich mehr Projekte.“

Großprojekt: Biodiesel-Anlage für Spanien

Eines der größten Projekte, das die Westfalia-Planer dank Cadison in Angriff nehmen konnten, ist eine 110 000 t/a-Biodiesel-Anlage, die in Extremadura, Spanien errichtet wird. Auftraggeber ist ein bedeutendes spanisches Engineering-Unternehmen.

Der Kunde plant in Spanien mehrere dieser Anlagen, denn alternative Kraftstoffe boomen. Neben Bioethanol zur Benzinbeimischung ist diese Entwicklung vor allem dem Biodiesel zu verdanken. Die Ursachen für die Erfolgsstory sind vielfältig. Steigende Weltmarktpreise für Erdöl und die hohe Besteuerung konventioneller Kraftstoffe gehören ebenso dazu wie eine internationale Umweltpolitik, die Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen ganz gezielt fördert.

Eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg von Biodiesel sind Verbrennungseigenschaften, die mit konventionellem Diesel konkurrieren können. Dazu ist es erforderlich, dass die nationalen Qualitätsstandards eingehalten werden. Um diese Eigenschaften zu realisieren, müssen die Rohöle vor dem eigentlichen Umwandlungsprozess in Biodiesel eine spezielle Vorbehandlung durchlaufen. Mit dieser Vorbehandlung werden Begleitstoffe entfernt, die im Biodiesel und im Nebenprodukt Glycerin unerwünscht sind.

Zentrifugen und Separatoren in der Biodieselgewinnung

Hier sind die Kernkompetenzen von Westfalia Separator gefragt, kommen doch in praktisch allen Verfahren Zentrifugen und Separatoren zum Einsatz:

  • Umesterung zur Trennung von Ester-Glyzerin,
  • Waschung zur Trennung von von Ester-Wasser,
  • Glyzerinaufarbeitung zur Trennung von Fettsäure-Glyzerin.

„Die Ideallösung ist dabei eine Komplettlinie im vollkontinuierlichen Betrieb. Sie sichert zuverlässig die gewünschte Qualität. Und das bei maximaler Ausbeute, einfacher Bedienung und minimierten Produktionskosten“, so Planer Lassau.

Bei Biodieselprojekten liefert Westfalia Separator als Technologieführer die komplette Prozessanlage mit Steuerung. Das Engineering beinhaltet die Planung des Gebäudes mit allen Hauptausrüstungen, basierend auf dem PID und einer gemeinsamen Datenbank bis hin zur Rohrleitungsplanung mit Einzel-Isometrien aus einem 3D-Modell (beim Projekt Extremadura ca. 150 Behälter, Pumpen, Wärmeaustauscher, Zentrifugen und Mischer sowie ca. 1000 Armaturen, ca. 500 Messstellen und 600 Rohrleitungen). Der Planungsaufwand liegt bei rund 2-Mann-Jahren: Vier Planer arbeiteten parallel am Projekt, teilten sich bestimmte Gewerke bzw. Abschnitte auf und führten etwa einmal die Woche ihre Ergebnisse zusammen.

Cadison unterstützt vernetzte Planungsgruppen

Diese vernetzte Arbeitsweise wird von Cadison bestens unterstützt. Als sehr effiziente Technologie für gemeinsames Arbeiten im Anlagenbau-Engineering hat sich die Check-IN/Check-OUT-Technologie erwiesen. Jeder Anwender hat die Möglichkeit, bestimmte Anlagenteile nach beliebigen Kriterien (z.B. auch logische Anlagenteile) auszuchecken und diese lokal im Netzwerk oder offline mit einem Notebook zu bearbeiten.

Diese Arbeitsweise verweist bereits auf das wesentliche Charakteristikum dieses Werkzeugs: Cadison wurde von den Software-Entwicklern nicht als reines CAD-Tool konzipiert, sondern als objektorientierte datenbankgestützte Engineering-Lösung. Durch die integrierte Datenbasis stehen alle Projektdaten automatisch in den unterschiedlichen Anwendungsbereichen, wie P&ID, 3D-Rohrleitungsplanung, Isometriegenerierung und automatische Reporterstellung, sofort und vollständig zur Verfügung.

Objektorientierte Datenmodelle sparen Zeit und Kosten

Durch die objektorientierten Datenmodelle für die unterschiedlichen Anwendungsbereiche (Anlagenbau, E-MSR Technik) ist es möglich, alle Planungsphasen zu integrieren und dadurch Zeit und Kosten zu sparen. Mit Cadison werden schon ab der Akquisition Informationen erfasst und stehen in allen weiteren Projektphasen den Projektmitarbeitern direkt zur Verfügung. Dabei spielt es keine Rolle, ob für das Projekt zuerst technologische Engineering-Daten oder direkt grafische Daten erzeugt werden.

Jede Änderung wird automatisch in allen gewünschten Sichten oder auch Betrachtungsweisen angezeigt und innerhalb der Projekte aktualisiert. Eine redundante und damit die Kosten treibende Datenhaltung entfällt vollständig – eine erhebliche Fehlerquelle ebenfalls.

„Jede Komponente ist in der Datenbank abgelegt und wird von den Usern in den jeweiligen Planungsschritten von dort abgerufen. Das beginnt bei der Angebotsabgabe und endet bei der Dokumentation. Die Komponente wird im Planungsprozess immer genauer spezifiziert und erhält ihre Medieninformation – alles geschieht in der Datenbank, und die hinterlegten, zugeordneten Informationen sind für jeden User stets gleich“, erläutert Dipl.-Ing. Sebastian Lux, ein externer CAE-Berater.

Ergänzungsmodule für Dokumenten- und Objektverwaltung, Visualisierung sowie Schnittstellen zu Berechnungsverfahren, EMSR, Katalogwesen, Isometriemodulen und Stahlbau runden Cadison als Komplettsystem ab.

Wesentliche Vorteile bei der Planung mit der 3D-Lösung Cadison

  • Der Gesamtprozess von der Planung bis zur Montage einer Anlage ist deutlich schneller und vor allem im Wortsinne durchschaubarer geworden.
  • Änderungen sind erheblich schneller realisierbar.
  • Das Tool verwaltet zuverlässig auch sehr große Datenmengen.
  • Der Planungsaufwand für neue Anlagen sinkt deutlich.

Um den letzten Punkt aufzugreifen: „Beim Folgeprojekt von Extremadura sparen wir etwa 50 Prozent der Planungszeit ein“, freut sich Planer Alfred Lassau.

Fazit: Der Firmenslogan „Take the Best – Separate the Rest“ kam auch bei der Auswahl der Anlagenplanungs-Software zum Tragen. „Bei Westfalia Separator wird mit Cadison in einer Tiefe und Komplexität gearbeitet, die kaum zu übertreffen ist“, sagt CAE-Berater Lux. „Alle Werkzeuge und Schnittstellen sind optimal eingerichtet und vernetzt – insbesondere auch in Richtung SAP-Welt. Cadison ist hier keine Insellösung, sondern voll in die gesamte IT-Welt integriert.“

Hintergrund: Das Unternehmen Westfalia Separator

Als Führungsgesellschaft der GEA Division ‚Mechanische Trenntechnik’ hält Westfalia Separator heute mit weltweit mehr als 50 Vertriebs- und Servicegesellschaften eine Spitzenposition im Bereich der Mechanischen Trenntechnik.

Gestützt auf das Know-how einer 110jährigen Firmentradition, einem erstklassigen Engineering und einer umfassenden Prozesskompetenz fertigt das Unternehmen Separatoren und Dekanter und offeriert zunehmend auch Systemlösungen und komplette Anlagen. Insgesamt blickt das Unternehmen auf die Erfahrung aus 2500 verschiedenen verfahrenstechnischen Anwendungen. Zusätzlich hat die Division ihr Lieferprogramm um die Filtrationstechnologie mit Keramikmembranen erweitert. Durch die intelligente, aufeinander abgestimmte Auslegung der Technologien Zentrifugation und Membranfiltration wird die Wirtschaftlichkeit der Prozesskette deutlich verbessert.

Das Leistungsspektrum ist in drei Marktgesellschaften unterteilt:

  • Die Food Tec setzt Separatoren und Dekanter vor allem bei der Herstellung von Getränken, Molkereiprodukten und der Verarbeitung von Speiseölen ein.
  • Die Industry ist spezialisiert auf die Optimierung trenntechnischer Prozesse in Chemie, Pharmazie, Biotechnologie, Stärketechnik sowie die Gewinnung von Ölen und Fetten.
  • Die Mineraloil Systems befasst sich mit der zentrifugalen Aufbereitung von Mineralölen und deren Derivaten. Hauptanwendungen sind Marine, Gasturbinen- und Dieselmotoren-Kraftanlagen, die Ölfeldindustrie sowie die Pflege von Betriebsmitteln und das Aufbereiten von Altöl.

Der Autor ist redaktioneller Mitarbeiter bei PROCESS.E-Mail-Kontakt: bitpress@t-online.de

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