Digitaler Zwilling und Datenanalyse

Schallemissionsquellen detektieren und lokalisieren. © TÜV Süd

Ein Computer zeichnet die elektrischen Signale auf und überträgt diese in einen digitalen Zwilling. Damit können die Schallemissionsquellen (SE-Quellen) detektiert und lokalisiert werden (Bild 1). Gemäß ihrer örtlichen Anhäufung werden die Signale in Cluster unterteilt. Die Anzahl der gemessenen Signale in einem Cluster beschreibt den Grad der Aktivität eines Bereichs. Die Cluster werden je nach Grad der Aktivität und Intensität in drei Klassen eingruppiert: 

Das erleichtert die Datenanalyse und hilft dabei, geeignete Maßnahmen aus den Prüfergebnissen abzuleiten. Mit einer SEP können nicht nur Veränderungen im Gefüge des Werkstoffs in einem frühen Stadium erkannt werden, das Prüfverfahren bietet oftmals auch eine bessere Entscheidungsgrundlage als traditionelle Druck- und Sichtprüfungen. Zudem können unkritische Inhomogenitäten und Mikrorisse, die im Normalbetrieb nicht wachsen, als solche erkannt und daher belassen werden. 

Prüfen und fortlaufend überwachen

Die Schallemissionsprüfung macht Defekte sichtbar, während sie entstehen oder weiterwachsen. Damit ist das Verfahren geeignet, Anlagen im laufenden Betrieb zu überwachen. Mit wenigen Sensoren an festen Positionen können Behälter unterschiedlicher Größe, auch mit komplexem Aufbau oder schwer zugänglichen Bereichen und Einbauten, einfach und sicher geprüft sowie kontinuierlich überwacht werden. Dabei profitiert das Prüfverfahren von der stetig gewachsenen Rechenleistung der letzten Jahre. Mehrere hundert Anomalien pro Sekunde sind einfach aufzuzeichnen und im digitalen Zwilling abzubilden. Die kontinuierliche Überwachung liefert zudem eine umfassende Datenbasis, die effektiv nutzbar ist für die Planung von Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen. Die Messdaten können auch über das Netzwerk oder die Cloud zur Verfügung gestellt werden (Online-Monitoring). Wird die SEP mit einer separaten Ultraschallmessung ergänzt, können auch die Wandstärken von Behältern und Leitungen im sogenannten Permanent-Monitoring-Verfahren dauerhaft überwacht werden.

Fallbeispiel: Druckluftbehälter in der Pharmaproduktion

In der Pharmaproduktion wird Druckluft in verschiedenen Bereichen eingesetzt: einerseits als Prozessluft für die Förderung von Arzneimittel-Bestandteilen oder die Herstellung und Verpackung von Tabletten, andererseits als Medium für die Reinigung von Anlagenteilen und Behältern. Sehr hoch sind deshalb die Anforderungen an die Qualität der Druckluft. Das Betriebsmedium muss stets sauber, trocken sowie keim- und ölfrei sein.

TÜV Süd Industrie Service wurde von Hexal beauftragt, einen Druckluftbehälter in der Produktion zu prüfen. Der Behälter aus warmfestem Kesselbaustahl (Werkstoff P 235 GH), Baujahr 1991, besitzt ein Volumen von 3.000 Litern. Weil die Anlage im Dreischichtbetrieb läuft, war eine möglichst geringe Stillstandszeit vorgegeben. Im ersten Schritt wurde eine Innbesichtigung des Behälters durchgeführt. Das ist zwar bei einer SEP nicht unbedingt notwendig, doch das Innere des Behälters war über das vorhandene Mannloch gut zugänglich. Bei der Sichtprüfung wurden keine relevanten Schäden festgestellt und auch die mit Ultraschall gemessene Wanddicke war unkritisch.

Im zweiten Schritt wurden zur Vorbereitung der SEP piezoelektrische Sensoren an der Außenwand des Behälters angebracht. Insgesamt acht Sensoren reichten aus, um die gesamte Struktur des Behälters zu prüfen. Der maximal zulässige Betriebsdruck P_OP betrug 11 bar. Der Prüfdruck PT_SEP wurde mit einem externen Kompressor aufgebracht, auf 12,1 bar eingestellt und 15 Minuten lang gehalten. Danach war der Behälter wieder betriebsbereit. Die Analyse der Aufzeichnungen zeigte, dass lediglich in wenigen Bereichen SE-Quellen der Klasse 1 (unbedeutende Quellen) auftraten. Damit war die Stabilität des Druckbehälters nicht in Gefahr und der sichere Weiterbetrieb bis zur nächsten wiederkehrenden Prüfung möglich.

M. Eng. Oliver Großgart, Sachverständiger für Anlagensicherheit, Geschäftsfeld Anlagensicherheit, TÜV Süd Industrie Service