In der chemischen Industrie kommen häufig kontinuierliche Rührkesselreaktoren (Continuously Stirred Tank Reactors, kurz: CSTR) zum Einsatz. Ihr Rührwerk ist anfällig für mechanische Fehler, sodass es in der Praxis immer wieder zu ungeplanten Ausfallzeiten kommt. Der Rotating Machinery Manager von WIKA ist eine IIoT-Lösung für die Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung von rotierenden Maschinen. Ein Chemieunternehmen hat damit einen größeren Schaden an einem seiner Rührkesselreaktoren verhindert.
In einem Rührkesselreaktor herrscht eine stabile und homogene Reaktionsumgebung. Die Ausgangsstoffe werden stetig eingespeist, durch kontinuierliches Rühren vermischt und gleichzeitig wird das Reaktionsprodukt abgeleitet. Im Mittelpunkt des Prozesses steht ein mechanisches Rührsystem, üblicherweise angetrieben von einem Elektromotor. Der Motor treibt eine zentrale Welle an, die mit Laufrädern verbunden ist. Diese vermischen die Edukte gründlich und erhalten durch ihre Bewegung konstante Bedingungen aufrecht.
Typische Anwendungen: Fermentation und chemische Synthese
Ein reibungsloser Betrieb von Motor und Rührwerk ist insbesondere in sensiblen Anwendungen wie der Fermentation und der chemischen Synthese unerlässlich. Bei der Fermentation bedarf es einer effektiven Vermischung, um die Mikroorganismen gleichmäßig mit Nährstoffen und Sauerstoff zu versorgen – eine Voraussetzung für deren Wachstum und ein optimales Produkt. In der chemischen Synthese ist ein gleichmäßiges Verrühren wichtig, damit die Temperatur und die Konzentrationen der Bestandteile im gesamten Reaktor konstant bleiben. Nur wenn dies gewährleistet ist, lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit kontrollieren und die Produktqualität sicherstellen.
Herausforderungen und Risiken im Betrieb
Das Rührsystem spielt also eine wichtige Rolle im Prozess. Allerdings ist seine Mechanik anfällig, was eine potenzielle Fehlerquelle darstellt. Eine hohe Viskosität oder ein hoher Festkörperanteil in der Mischung können etwa dazu führen, dass der Motor bis hin zum Ausfall überlastet wird. Ist die Welle falsch ausgerichtet, sind Vibrationen, Geräusche und ein schnellerer Lagerverschleiß die Folge. Außerdem besteht in Rührkesselreaktoren – insbesondere in Systemen, die unter Druck stehen – ein Sicherheits- und Kontaminationsrisiko darin, dass an Dichtungen Leckagen auftreten können. Wenn derartige Störungen zu einer ungleichmäßigen Vermischung und somit unvollständigen Reaktionen führen, entstehen kostspielige Ausfallzeiten.
Die Lösung: Smartes Condition Monitoring mit IIoT
Ein Industrieunternehmen, das eine Reihe von Rührkesselreaktoren zur Herstellung von speziellen chemischen Zwischenprodukten betreibt, suchte nach einer Lösung für diese Herausforderungen – und implementierte den Rotating Machinery Manager von WIKA. Diese moderne IIoT-Lösung wurde zur Überwachung und vorausschauenden Wartung von rotierenden Maschinen entwickelt. Das Herzstück ist eine Multi-Sensor-Sonde, die Vibration, Ultraschall und Temperatur misst. Sie ist für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert und arbeitet drahtlos über LoRaWAN® mit einer langen Batterielebensdauer. Das Gerät sammelt die Daten der Messpunkte in der Anlage und überträgt sie an ein zentrales Dashboard. Über dieses hat der Betreiber den Betriebszustand der Reaktoren permanent im Blick. So ist er nicht nur in der Lage, die Rührwerksmotoren lückenlos fernzuüberwachen, sondern kann dank integrierter KI-Engine auch potenzielle Ursachen für Ausfälle frühzeitig erkennen und eliminieren.
Der Rotating Machinery Manager von WIKA erkennt Anzeichen von mechanischen Fehlern wie Lagerverschleiß, fehlende Schmierung, Überhitzung, Kavitation und Fehlausrichtung. Er gewinnt diese Erkenntnisse mittels Edge Computing zur Verarbeitung komplexer Sensordaten sowie durch KI-Analysen, die Anomalien feststellen und auf wahrscheinliche Ursachen hinweisen. Diese Informationen erlauben es Wartungsteams, frühzeitig zu handeln. Das minimiert ungeplante Stillstandzeiten und verlängert die Lebensdauer der Geräte.
Erfolgsgeschichte: Größerer Schaden vermieden
Die Wirksamkeit seiner neuen Überwachungslösung hat sich für das Chemieunternehmen schnell bestätigt. Während des laufenden Betriebs zeigte die Bodenbuchse im Inneren eines Rührkesselreaktors Anzeichen von fortgeschrittenem Verschleiß. Der Rotating Machinery Manager erkannte die Auffälligkeit und gab eine Frühwarnung aus. Dank dieser Warnung schaltete das Wartungsteam den Reaktor ab. So konnte es nicht so weit kommen, dass die obere Dichtung – eine noch kritischere und kostspieligere Komponente – betroffen gewesen wäre.
Als die Warnung kam, reagierte das Wartungsteam umgehend, stoppte am Wochenende den Reaktorbetrieb und überprüfte die Anlage. Dabei stellte es fest, dass die Bodenbuchse stark beschädigt war. Die Überwachungslösung hatte zu Recht Alarm geschlagen, wodurch sich ein noch schwerwiegenderer Ausfall verhindern ließ. Wäre der Rotating Machinery Manager bereits zu einem früheren Zeitpunkt im Einsatz gewesen, wäre der Betreiber entsprechend früher auf den Fehler aufmerksam geworden. Dann hätte sich sogar eine Beschädigung der Buchse insgesamt vermeiden lassen. Dies verdeutlicht das enorme Einsparpotenzial einer effektiven vorausschauenden Wartung mit Hilfe von IIoT.
Vorteile für Betreiber von Rührkesselreaktoren
Eine Multi-Sensor-Sonde erfasst präzise Messdaten und ein digitales Analysetool stellt diese übersichtlich dar.
Der Rotating Machinery Manager bietet Betreibern von kontinuierlichen Rührkesselreaktoren mehrere Vorteile. Er erfordert keine tiefgehenden Eingriffe in den Anlagenaufbau und ist mit jedem Maschinentyp und -alter kompatibel. Die drahtlose Technologie erlaubt eine Installation auch in explosionsgefährdeten Umgebungen. Die Lösung ermöglicht es Betreibern, den Betriebszustand der Reaktoren aus der Ferne zu überwachen. Parameter lassen sich anpassen, ohne die Maschine physisch aufsuchen zu müssen. Die Vorteile für Betreiber liegen auf der Hand: reduzierte Ausfallzeiten, verbesserte Sicherheit und Compliance, optimierte Leistung der Anlage, höhere Energieeffizienz und geringere Wartungskosten.
- Die Implementierung des Rotating Machinery Managers von WIKA beinhaltet folgende Projektschritte:
Gemeinsame Begutachtung der Anlage, Beurteilung der aktuellen Situation und Identifikation der bestmöglichen Position der Sensoren - Installation einer Multi-Sensor-Sonde mit den für Rührwerksmotoren notwendigen ATEX-Zulassungen
- Messung der Signalstärke und Einrichtung des Netzwerks
- Installation eines LoRaWAN®-Gateways auf dem Anlagengelände: das Gateway sammelt die Sensordaten in einem Umkreis von mehreren Kilometern
- Einrichtung des WIKA-Dashboards und eines Warnsystems: 24/7-Überwachung des Betriebszustands des Rührwerksmotors durch Erhebung und intelligente Analyse von Ultraschall-, Vibrations- und Temperaturmesswerten
- Gemeinsame Fehleranalyse
Fazit: Höhere Sicherheit und Verfügbarkeit dank IIoT
Die vorausschauende Wartung von Rührwerken in kontinuierlichen Rührkesselreaktoren ist ein entscheidender Hebel, um ungeplante Stillstände, Sicherheitsrisiken und hohe Folgekosten zu vermeiden. Der Rotating Machinery Manager von WIKA zeigt, wie sich mit IIoT, intelligenter Sensorik und KI-gestützter Analyse mechanische Auffälligkeiten frühzeitig erkennen lassen. Das Praxisbeispiel aus der chemischen Industrie verdeutlicht, dass smarte Zustandsüberwachung nicht nur Schäden verhindern, sondern auch die Verfügbarkeit und Effizienz der Anlage nachhaltig steigern kann.
Hinweis
Weitere Details zum Rotating Machinery Manager lesen Sie in unserer Broschüre. Besuchen Sie zum Thema vorausschauende Wartung rotierender Maschinen außerdem die WIKA-Webseite. Haben Sie eine bestimmte Frage? Ihr Ansprechpartner bei WIKA steht Ihnen gern zur Verfügung.
Lesen Sie auch unsere Beiträge
Wie IIoT die Filterüberwachung in Kohlekraftwerken revolutioniert
Druckmittlersystem erfasst Füllstand im PTA-Reaktor
Fernwärmenetze dank IIoT effizienter betreiben