Berührungsfreies Entleeren von IBC-Tankcontainern für aggressive Chemikalien

Fässer und vor allem „Intermediate Bulk Container“ (IBC), in denen aggressive und gesundheitsschädliche Chemikalien gelagert sind, werden standardmäßig mit Fasspumpen entleert. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass Mitarbeiter chemikalienbelastete Teile in die Hand nehmen, etwa weil sie Kappen oder Verschlüsse öffnen müssen.

Ein neues Pumpenset der Firma Sondermann arbeitet daher mit einem fest installierten Tauchrohr – dadurch wird der Kontakt zu den Chemikalien  komplett vermieden. Das Kölner Unternehmer hat sich dieses aktuellen Problems angenommen, das vor allem moderne IBC betrifft. Diese sind komplett verschlossen und versiegelt, damit weder der Inhalt mit Schmutz und Fremdstoffen in Berührung mit den gefährlichen Flüssigkeiten kommen kann – wie natürlich auch die Menschen nicht in Kontakt kommen sollen. Um den Inhalt dieser Behälter sicher zu entleeren, sind sie mit einem fest installierten Tauchrohr ausgestattet. Eine Schnellschlusskupplung verhindert dabei einen unbeabsichtigten Austritt des Inhalts.

Kern des Sets ist eine selbstansaugende Magnetkreiselpumpe. Der außen rotierende Antriebsmagnet überträgt die Motorkraft berührungslos auf den Innenmagneten und somit auf das Laufrad. Dadurch ist keine durchgehende Welle erforderlich und so auch keine verschleißende Wellenabdichtung hin zum Motor.

Berührungsfreie Pumpen im Einsatz

Im Automatikbetrieb lassen sich verschiedene Abfüllmengen hinterlegen und anwählen. Startet die Abfüllung, läuft die Pumpe an und stoppt automatisch, sobald die gewünschte Abfüllmenge erreicht ist. Ist der Behälter leer und die Pumpe saugt Luft an, schaltet sie ebenfalls automatisch ab. Das grafische Display des Touch-Panels zeigt den Betriebszustand an und lässt sich auch mit Handschuhen bedienen.

Das in Kooperation mit dem niederländischen Hersteller Promens entstandene Pumpenset fasst alle Komponenten wie Pumpe, Mengenmesser, Sensoren und Steuerung sind in einer kompakten Konsole zusammen. Diese wird mit einer Wandhalterung ausgeliefert, kann optional aber auch fahrbar auf einem Wagen montiert werden und ist daher sehr flexibel einsetzbar. Typische Einsatzbereiche sind Orte bei denen gefährliche Chemikalien wie etwa Schwefelsäure aber auch etwa Reinigungsmittel auf einem Gelände ohne WHG-Wanne gelagert werden.

Im Sinne eines guten, präventiven Umweltschutz und dem geltenden Wasserhaushaltsgesetz (WHG) ist dies eine gute Basis für Nutzung moderner Lagertechnik und dem Schutz der Mitarbeiter.

Foto: Danish Khan

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KI-basiertes simuliertes Lernen für Personal-Schulungen und Anlagen-Optimierung

Fachpersonal im Umgang mit komplexen Anlagen zu schulen, ist keine triviale Aufgabe. Mit „Immersive Training“ kann dies in einer Art spielerischem Ansatz deutlich besser realisiert werden. Es ist ein Prozess des Lernens unter Verwendung einer simulierten oder künstlichen Umgebung. Die Umgebung ermöglicht es den Lernenden, vollständig in das Lernen einzutauchen, und zwar so, dass sie das Gefühl haben, eine echte Lernumgebung zu erleben.

Das Unternehmen Aveva aus Sulzbach hat mit „ITS“ ein Verfahren entwickelt, das einen originalgetreuen Prozess-Simulator mit einer virtuell begehbaren Umgebung einer Anlage (ein sogenannter digitaler Zwilling) verbindet. Darüber kann jede Aktion in einer virtuellen Umgebung so eingestellt werden, dass sie die dynamisch korrekte Reaktion in der Anlage in Echtzeit auslöst.

Das Eintauchen in Anwendungen wird mit Hilfe von xR-Technologien („erweiterte Realität“) geschaffen – Augmented-Reality, Mixed-Reality und Virtual-Reality. In dem Zusammenhang sprich man oft auch von Gamification, da der Lernprozess tatsächlich etwas Spielerisches enthält – man kann mit dem digitalen Zwilling „herumspielen“, solange bis man an die echte Anlage geht.

Dabei gilt es auch zwischen interaktiv und immersiv zu unterscheiden, was öfter verwechselt wird. Der Unterschied zwischen immersiv und interaktiv besteht darin, dass immersiv bedeutet, in etwas einzutauchen – während interaktiv ausdrückt, miteinander (Personen und Gegenständen) zu handeln.

Vorteile des simulierten Lernens

Die KI-gesteuerten Simulatoren reduzieren die Einarbeitungszeit für neue Anlagen, verbessern die Kosteneffizienz und optimieren damit den Return on Investment (ROI). Von Aveva erhobene Daten zeigen, dass je nach Unternehmen solch ein System die Kosten um 30 bis 40 Prozent senken kann, dass sich die Wiederherstellungszeiten nach Stillständen sich um 15 bis 20 Prozent verkürzen und die Wartungs-Budgets um ein bis drei Prozent reduziert werden können.

„In bestimmten Branchen lassen sich die Vorteile einfach auch nicht wirklich in Zahlen fassen – etwa die Vermeidung menschlicher Fehler beim Betrieb von Kernkraftwerken“ betont der CTO der hessischen Dependance des Software-Unternehmens mit Hauptquartier in Cambridge (UK), Maurizio Gatardo.

Die eigentliche Herausforderung bei der Installation besteht meist darin, dass ein Mangel an Daten vorherrscht. Wenn man einen digitalen Zwilling erstellen möchte, muss man zu 100 Prozent die Konstruktionsdaten der Gebäude und Anlagen für die Einspeisung haben. Nicht alle Unternehmen besitzen jedoch diese Informationen, da sie über eine lange Zeit organisch gewachsen sind und entsprechende Unterlagen manchmal nur lückenhaft vorhanden sind.

In diese Hürde überwunden, liegen die Vorteile eines simulierten Lernens auf der Hand – Mensch und Maschine können zukünftig erkennbar besser interagieren.

Foto: Monopoly919

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Cyber-Security für Produktionsbetriebe: Zukünftig ein klares Muss

Produktionsbetriebe kommen heute nicht mehr ohne eine hochperformante IT-Umgebung aus. In den Rechenzentren der Industrieunternehmen arbeiten zahlreiche Server, die unermüdlich Daten mit dem Internet austauschen. Genauso wie die Macs, die PCs oder Notebooks der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im kaufmännischen Teil des Unternehmens. Und hier ist auch schon die größte Schwachstelle: Die Anbindung an das Internet.

Über diesen Weg ist es nämlich durchaus möglich, in eine vernetzte Steuerung oder in eine Produktionsanlage einzudringen.

In der industriellen Produktion ist eine Absicherung ungleich komplexer und aufwändiger als im privaten Bereich. Es gibt viel mehr Stellen, an denen ein Angriff stattfinden könnte, da es zahlreiche Einfallstore für Viren oder Schadcode gibt: Etwa über den Anhang einer E-Mail, über die eigene Website, über einen offenen Port auf dem Webserver oder über einen Ransomware-Angriff.

„Besonders kritisch werden Angriffe meiner Ansicht nach dann, wenn man sich im Bereich der Energieversorgung oder bei Maschinen oder Prozessanlagen im Bereich der Operational Technology – der OT – bewegt“, betont Norman Hübner vom TÜV Rheinland in einem Interview mit dem Fachmagazin „Chemie-Technik“.

Dazu gehören auch so scheinbar banale Teile wie etwa Motoren, Pumpen oder Ventile. Tatsächlich führen erfolgreiche Cyberangriffe auf OT- Systeme bei den betroffenen Unternehmen häufig zu besonders hohen Schäden. Die Gründe sind denn auch offenbar: So darf es natürlich nicht vorkommen, dass in der Chemieindustrie etwa Flüssigkeiten aufgrund einer solchen Manipulation falsch zusammengestellt werden. Das führt im kleinstmöglichen Fall zu bedeutsamen Qualitätsmängeln, kann aber auch ganze Produktionszweige zum Ausfall bringen. „Solche Bereiche sind nach unseren Erfahrungen ein typischer Angriffspunkt für Hacker.“, hebt Experte Hübner hervor.

Was sind konkrete Maßnahmen, um Angriffe abzuwehren?

Ein wichtiger Schritt ist, sich den Leitstand einer Produktion vorzunehmen. Die dort tätigen verantwortliche Mitarbeiter müssen unbedingt das gesamte Lagebild im Auge haben und mögliche Angriffe erkennen und bewerten. Pishing und Social- Engineering, Schadprogramme beziehungsweise Ransomware und so genannte „Denial-of-Service-Attacken“ sind zurzeit die größten Bedrohungen für Produktions-Abläufe. Wichtig ist hier, die Maschinen und Anlagen einerseits und den ein- und ausgehenden Datenverkehr andererseits jederzeit vollständig im Blick zu haben. Und mögliche Veränderung sofort zu registrieren und vor allem unmittelbar darauf zu reagieren – jedes Zögern kostet zusätzlich.

KI-basierte Systeme helfen, analysieren und dokumentieren alle Bereiche, in denen überall Daten ausgetauscht werden. Nur so kann man feststellen, wo es möglicherweise Sicherheitslücken gibt. Diese sollte man (gemeinsam mit Experten) nachhaltig schließen. Stets gilt es zu bedenken, dass fast alle Produktionsanlagen heute ans Internet angebunden sind. So werden Updates für Steuerungssysteme bereitgestellt oder Produktionspläne ausgetauscht – auch über Standorte in unterschiedlichen Ländern hinweg. Kurz: Cyber-Security endet nicht an Grenze des Grundstücks.

Foto: khampiranon

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Sicherheit gegen Entladungen in Produktionsanlagen

Vermeidung gefährlicher elektrostatische Entladungen in Produktionsanlagen

In allen industriellen Bereichen, in denen brennbare Flüssigkeiten oder feinkörnige, brennbare Schüttgüter abgefüllt, vermischt oder verladen werden, kann es zur Bildung explosionsfähiger Atmosphären kommen. Tatsächlich sind solche Entladungen allgegenwärtig. Was jedoch im täglichen Leben meist harmlos abläuft, kann im industriellen Umfeld  zu verheerenden Folgen führen – etwa wenn Transportbänder für dauerhafte Reibung sorgen. Eine Erdungstechnik zur Risikominimierung ist daher elementar.

Welche Zündgefahr im realen Anwendungsfall aus unkontrollierten Entladungen resultiert, hängt von ihrer Form und der abgegebenen Energie ab. Meist unterscheidet man dabei in:

  • Büschelentladungen treten auf, wenn sich aufgeladene Objekte aus isolierendem Material leitfähigen Objekten nähern. Wegen der vergleichsweise geringen Energiedichte lässt sich diese Entladungsform durch die gezielte Verringerung der isolierenden Oberflächen auf ein nicht-zündfähiges Maß reduzieren.
  • Eine ebenfalls relativ geringe Zündgefahr geht von Koronaentladungen aus, welche sich ab Feldstärken von 3 MV/m an scharfen Kanten oder Ecken leitfähiger Materialien bilden können.
  • Als Funkenentladung bezeichnet man die schlagartigen Entladung zwischen zwei aufgeladenen Objekten. Diese gilt als häufigste elektrostatische Zündquelle und wird durch die Erdung aller leitfähigen Objekte vermieden.
  • Zu der energiereichsten Entladungsart zählt die Gleitstielbüschelentladung, die typischerweise an dünnen isolierenden Materialflächen wie Folien oder Beschichtungen auftritt. Werden die durch Reibung entstehenden hohen Energiemengen bei einer plötzlichen Entladung freigesetzt, sind sie im Stande, alle explosionsfähigen Atmosphären auf Basis von brennbaren Flüssigkeiten, Gasen oder Stäuben zu zünden.
  • Zur fünften, industrierelevanten Entladungsart, der Schüttgutkegelentladung, kommt es bei der Befüllung von Silos mit hochaufgeladenem, isolierendem Schüttgut. Die Stärke der Entladungen, die zwischen dem oberen Teil des Schüttkegels und leitenden Silowandungen erfolgt, hängt maßgeblich von der Korngröße, Leitfähigkeit und Einfüllgeschwindigkeit des Schüttgutes ab. (Stephan Schultz, R. Stahl, in Fachzeitschrift „PROCESS“, 7/2021)

Sowohl zur Vermeidung als auch der sicheren Ableitung gefährlicher elektrostatischer Potenziale nennen dieNorm „EN IEC 600792“ sowie  die „Technische Regel für Gefahrstoffe 727“ eine Reihe verschiedener Empfehlungen und Vorschriften. Dabei schreiben die Regelwerke für alle leitfähigen Betriebsmittel und Objekte die Erdung beziehungsweise einen Potenzialausgleichs-Anschluss zwingend vor, um eine Aufladung auf ein ungefährliches Maß zu beschränken. Die elektrostatische Erdung gilt dann als gewährleistet, wenn der Widerstand für Gegenstände und Materialien zur Erde weniger als ein Mega-Ohm beträgt.

Abnutzung und Wartung beachten!

Grundsätzlich lässt sich die vorgeschriebene elektrostatische Erdung mit Hilfe einfacher Kabel und geeigneter Zangen realisieren. Doch besonders in Bereichen, in denen mobile Behältnisse wie etwa Tanklaster, Kesselwagen oder FIBC („Flexible Intermediate Bulk Container“) mit brennbaren Stoffen befüllt oder entleert werden, sind passive Erdungen risikobehaftet. Durch häufiges An- und Abklemmen der Zangen, schleifenden Bodenkontakt oder versehentliches Überrollen der Leitungen mit Fahr­zeugen unterliegen die Komponenten hohen mechanischen Belastungen. Dabei können bereits kleine Beschädigungen der Kabel oder Kontaktelemente eine Sicherheitseinrichtung wirkungslos machen.

Zudem führen Korrosion, Verschmutzung oder Beschichtungen zu Beeinträchtigungen der Leitfähigkeit zwischen Zangen und dem zu erdenden Objekt. Bei passiven, sprich, nicht aktiv überwachten Erdungen besteht zudem die Gefahr, dass Unterbrechungen der ableitenden Verbindung unentdeckt bleiben.

Auch wenn die Überwachung fest installierter Erdungsverbindungen bisher keine vordringliche Sicherheitsmaßnahme war, kommt diesem Thema durch den Trend der Anlagen-Modularisierung eine wachsende Bedeutung zu. Für Anlagen, die eine Vielzahl geerdeter Applikationen wie Abfüll- und Mischstationen nutzt oder über Rohrsysteme verbundene Maschinen betreibt, wird es daher zur Notwendigkeit.

➤ Die englische Fassung lesen Sie hier!

Foto:  Jens Rother

 

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