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Dynamische Simulation

Mit dynamischer Simulation bekommen Sie ihre Prozesse in den Griff

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Wann sich die dynamische Simulation lohnt

Die dynamische Simulation lohnt sich also immer, wenn Anlagenbetreiber ein tieferes Prozessverständnis hinsichtlich der Kopplungen der Prozessschwankungen zwischen den Anlagenteilen benötigen. Dabei sind die Anforderungen bei neuen und bestehenden Anlagen unterschiedlich.

Bei Anlagen im laufenden Betrieb geht es häufig darum, alternative Automatisierungsstrategien zu entwickeln und die bereits bestehenden Konzepte zu bewerten und zu verbessern. Hierfür sind verschiedene Schritte notwendig, die in Abb. 1 schematisch dargestellt sind.

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Das in diesen Schritten entwickelte dynamische Prozessmodell, das mithilfe von realen Messkurven validiert wurde, bildet für die Entwicklung von Automatisierungsstrategien die entscheidende Grundlage. Wendt: „Wichtigste Herausforderung hierbei ist es, den realen Prozessverlauf durch die Anpassung der verschiedenen Parameter so genau wie möglich wiederzugeben. Konstruktionsparameter von Apparaten und Armaturen sowie die vorhandenen Positionierungen der EMSR-Ausrüstung werden dabei als gegeben hingenommen, um bauliche Veränderungen so weit wie möglich zu vermeiden.

Beispiel 1: Alternative Regelungskonzepte

Ein Beispiel aus der Praxis zeigt anhand der Prozessführung in einem Rohrreaktor, wie sich mit der dynamischen Simulation alternative Prozessführungsstrategien ermitteln lassen (Der Prozess ist in Abb. 2 schematisch skizziert). Die Problemstellung: Edukt B sollte im Abgas nur noch in möglichst geringer Konzentration zu finden sein.

Da die Konzentration im Abgas jedoch deutlich schwankte, ergriff der Betreiber selbst erste Maßnahmen. Dazu setzte er auf eine nichtlineare Feedbackregelung und errechnete den Überschuss von Edukt A aus der Konzentration von Edukt B im Abgas. Die Berechnung des Sollwertes für die beiden Eduktströme erfolgte aus dem vorgegebenen Produktstrom am Ausgang des Reaktors.

Das Betriebspersonal stieß mit dem eigenen Regelungskonzept jedoch an Grenzen. An dieser Stelle setzte Infraserv Knapsack mit der in Abb. 1 aufgezeigten Vorgehensweise an und entwickelte anhand von Betriebsdaten zunächst ein dynamisches Prozessmodell, um Regelungsalternativen zu erarbeiten. Dabei zeigte sich, dass für eine möglichst geringe Abgaskonzen­tration von Edukt B vor allem das Eduktverhältnis am Reaktoreingang entscheidend ist.

Die Validierung zeigte, dass die Tendenzen aus der Simulation mit den Kurvenverläufen aus den Messdaten übereinstimmten und die Korrelationen zwischen den Prozessgrößen widerspiegelten. „Wir konnten so die Interaktionen der Regelkreise verfolgen und Zusammenhänge zwischen den Verlaufskurven der Prozessgrößen herleiten“, sagt Wendt. „Dabei müssen wir die Betriebsdaten nicht exakt treffen. Wenn die Tendenzen stimmen, reicht das aus, um belastbare Vergleiche zwischen unterschiedlichen Prozessführungskonzepten ziehen zu können.“

Die Ergebnisse bestätigten, dass das Eduktverhältnis am Reaktoreingang in Echtzeit kalkulierbar und damit als Prozessführungsgröße geeignet ist. Die Planer bestimmten daher auf dieser Basis ein neues Konzept zur Sollwert-Kalkulation der Feed-Mengenströme.

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