Montagegerechte Anlagenplanung

Eberhard Wegener

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2012
• ISBN:
  9783527660681
• Auflage: 1
• Thema: Physical Sciences
• Thema: Industrial & Technical Chemistry

Die Montage verfahrenstechnischer Anlagen stellt ein Aufgabengebiet dar, in dem sich die Erfordernisse je nach Randbedingungen ständig ändern. Selbst der Aufbau derselben Anlage an verschiedenen Standorten unterscheidet sich im Montageablauf und in den Erfordernissen, die der Standort mit sich bringt. In der Kette vom Beginn der Anlagenplanung bis zur Inbetriebnahme ist die Montage eines der letzten Glieder. Das bedeutet einerseits, dass die Pufferzeiten in der terminlichen Ablaufplanung weitgehend verbraucht sind und kaum noch Zeiten für Änderungs- und Nacharbeiten zur Verfügung stehen, andererseits aber dass spätestens hier alle Fehler und Unzulänglichkeiten, die in den vorgelagerten Stufen entstanden sind, beseitigt werden müssen. Um eine effektive Montage bei Gewährleistung der Funktionssicherheit und weiterer relevanter Anforderungen an verfahrenstechnische Anlagen zu erreichen, müssen diese technologischen Belange frühzeitig im Planungsablauf berücksichtigt werden. Das Buch wendet sich an Ingenieure des Maschinen-, Apparate-, Rohrleitungs- und Anlagenbaues, die sich mit der Anlagenplanung beschäftigen. Auch Studierende dieser Fachrichtungen können mit diesem Werk bereits vor ihrem Start ins Berufsleben die Einsicht schärfen:
- Planung und Montage einer Anlage dürfen nicht losgelöst voneinander betrachtet werden -

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Einführende Bemerkungen

Die Gesamtplanung einer verfahrenstechnischen Anlage, die primär nach den Erfordernissen der Funktionserfüllung und der Genehmigungsfähigkeit nach gesetzlichen Vorschriften/Verordnungen aus der Sicht der Sicherheitstechnik und des Umweltschutzes ausgelegt wird und die zudem die Anforderungen auf Wirtschaftlichkeit erfüllen soll, erfordert eine Vielzahl von Einzelschritten und Abstimmungen zwischen den an der Planung/Genehmigung Beteiligten. Die Kompliziertheit der Anlagen, ihr komplexer Charakter und die obigen Anforderungen setzen bei der Planung eine ganzheitliche Betrachtung voraus, die alle Stufen im Planungsprozeß mit zunehmender Tiefe und fortschreitendem Erkenntnisstand betrifft und den gesamten Lebenszyklus einer Anlage berücksichtigen muß. Der Lebenszyklus einer Anlage läßt sich nach Weber [2] mit Abb. 1.1 darstellen.

Die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung ergibt sich aus den besonderen Merkmalen verfahrenstechnischer Anlagen:

– eine hohe Komplexität und Kompliziertheit aufgrund der Verfahrensabläufe und hohen Durchsätze bei der Durchführung von Stoffänderungen und -wandlungen, dies betrifft sowohl die stoffliche und energetische Verflechtung und Kopplung wie auch die konstruktive Gestaltung der einzelnen Komponenten,

– ein zumeist unikater Charakter,

– die Notwendigkeit der besonders umfangreichen Anwendung von verschiedenartigem Fachwissen während des Lebenszyklus der Anlagen,

– das Vorhandensein eines umfangreichen Rohrleitungssystems zum Transport der Stoffe und z. T. von Energieträgern innerhalb der Anlage sowie über die Anlagengrenzen hinaus,

– ein großer Umfang und die Ganzheitlichkeit der Prozeßinformationsverarbeitung während des Anlagenbetriebes,

– die Anwendung einer hierarchisch aufgebauten Leittechnik zur Gewährleistung eines effizienten Produktionsprozesses aus der Sicht des Unternehmens,

– die Größenordnung derartiger Anlagen und ihrer Komponenten, u.a. die territoriale Ausdehnung der Anlage sowie die Größe/Masse der Ausrüstungen,

– teilweise beträchtliche Auswirkungen der komplexen Anlagen auf die Menschen, die Wirtschaft und die Umwelt, auch über die Anlagengrenzen hinweg.

Abb. 1.1 Lebenszyklus einer verfahrenstechnischen Anlage [2]

Die Anlagenplanung ist die gedankliche Vorwegnahme derjenigen Maßnahmen, die zum Zwecke der Schaffung, des Betreibens, der Ergänzung und des Rückbaues der Anlagen zu ergreifen sind. Dabei wird neben dem Begriff der Planung häufig auch der Begriff der Projektierung benutzt, abgeleitet aus den Tätigkeiten, die für die Ausführung eines Projektes erforderlich sind. Als Projekt wird ein temporäres Vorhaben, das im wesentlichen durch

Abb. 1.2 Teilansicht einer Prozessanlage (Werksfoto Lurgi Oel · Gas · Chemie GmbH Frankfurt am Main)

– die Einmaligkeit der Bedingungen in ihrer Gesamtheit,

– eine Zielvorgabe,

– die Abgrenzung gegenüber anderen Vorhaben,

– eine projektspezifische Organisation und

– eine Begrenzung zeitlicher, finanzieller, personeller oder anderer Art

gekennzeichnet ist, bezeichnet. Das wirtschaftliche Ziel ist die Senkung der Investitions- und Betriebskosten und der Bauzeit zur Anhebung der Wirtschaftlichkeit der Anlage. Projektieren heißt demnach, die Lieferungen und Leistungen, die für das Projekt erforderlich sind, vorausschauend nach Art und Umfang zu bestimmen und in ihrem zeitlichen Ablauf zu ordnen. Die Entwicklung des Großanlagenbaues infolge des internationalen Wettbewerbes zwingt zu einer Erhöhung seiner ohnehin schon vorhandenen Gesamtkompetenz, insbesondere aber zu einer Verkürzung der Projektlaufzeiten. Zum einen sinken die Kosten, zum anderen aber entscheidet über die Vergabe nach deren langwieriger Verhandlung auch die möglichst kurze Realisierungszeit des Vorhabens [3]. Das Ergebnis der Planung (Projektierung) ist die Projektdokumentation. Sie beinhaltet die endgültige und eindeutige technologische (eingeschlossen energetische und ökologische), bautechnische, architektonische, ökonomische und organisatorische Lösung eines Investitionsvorhabens in Form von zeichnerischen Darstellungen, mit rechnerischen Nachweisen und textlichen Ausführungen, sowie die Bau- und Montagetechnologie.

Projektieren umfaßt demzufolge einen Gestaltungskomplex von

– sachlichen Beziehungen (Maschinen und Apparaten, Anlagen, Gebäuden ...),

– menschlichen Beziehungen (Gestaltung der Arbeitsplatzbedingungen) und

– zeitlichen Beziehungen (Ablauf der Vorbereitung der Realisierung).

Die sich aus der notwendigen ganzheitlichen Betrachtung ergebenden Schwierigkeiten liegen in der erforderlichen Voraussicht der zu berücksichtigenden Einflußfaktoren aus dem Lebenszyklus der zu planenden Anlage. Schon Bock [4] hat den konstruktiven Entwicklungsprozeß – als analoges Problem – mit

„... schöpferischem und lückenlosem Vorausdenken eines technischen Gebildes, das den Forderungen des historisch bedingten Standes der Technik entspricht, und Schaffen aller zweckmäßigen Unterlagen für seine stoffliche Verwirklichung ...“

gekennzeichnet, Schuart [5] hat in Erweiterung auf die Anlagenplanung den Prozeß als

„... gedankliche Vorwegnahme und Beschreibung eines technischen Systems zur optimalen Funktionserfüllung, unter Einhaltung der geforderten Nebenbedingungen und unter weitgehender Verwendung bekannter Elemente, der zur Herstellung notwendigen technologischen Prozesse und der zu seiner Bewertung erforderlichen betriebstechnischen und wirtschaftlichen Parameter ...“

definiert. In beiden Fällen liegt die Aufgabe im Erkennen und Berücksichtigen aller Einflußgrößen auf die wirtschaftliche Lösung, d.h. auch die einer rationellen Mon­tage, da deren Kostenanteil etwa 25% der Gesamtinvestitionssumme beträgt.

Für die Planung und Errichtung verfahrenstechnischer Anlagen als komplexe technische Gebilde sowie mit allen damit zusammenhängenden technischen, kaufmännischen, organisatorischen und sonstigen Fragen ist umfangreiches Fachschrifttum vorhanden, insbesondere in den Veröffentlichungen von Herbert [6], Bernecker [7], Sattler/Kasper [8], Aggteleky [9], Ullrich [10] und Wagner [11] werden das weitverzeigte Gebiet des Anlagenbaues und das notwendige Zusammenwirken der Fachleute unterschiedlicher technischer und nichttechnischer Fachdisziplinen im team work beschrieben. Dem Problem der Anlagenmontage selbst und der damit in Verbindung stehenden Kosten- und Terminbeeinflussung wird hierbei jedoch nur in sehr geringem Maße Rechnung getragen. Auch Vogel [12] widmet der eigentlichen Anlagenrealisierung kaum Aufmerksamkeit. Einigkeit besteht in der Erkenntnis, daß alle Versäumnisse, Fehler und Mängel, die in den zeitlich vorgelagerten Planungsstufen und Prozessen entstanden, in der Montage offen zutage treten, hemmend und kostenverursachend wirken und im Montageprozeß selbst kompensiert werden müssen. Über häufige Projektierungs- und Abwicklungsfehler hat z.B. Reeves [13] berichtet. Für die nachfolgenden Ausführungen liegt es daher nahe, Regeln zur Vermeidung derartiger Fehler aufzustellen bzw. Empfehlungen für Vorgehensweisen zu geben.

Auf der anderen Seite steht z.B. für die Schulung des Montageleitpersonals im Stahlbau Fachliteratur von Petzschmann/Skufca [14] zur Verfügung, von Zachau [15] für die Außenmontage im Maschinen- und Anlagenbau. Die vorhandene Lücke in der speziellen Literatur wird auch nicht durch die Veröffentlichungen von Schulze [16], [17] und Franke [18], [19] geschlossen. Mit dem vorliegenden Titel wird deshalb versucht, diesen Mangel zu lindern. Durch eine methodische Behandlung der Beeinflussungsmöglichkeiten im Planungsprozeß wird die Wirtschaftlichkeit der Mon­tage verbessert, indem die notwendigen Montageverrichtungen/-operationen auf ein Minimum beschränkt werden und so einfach wie möglich ausgeführt werden können. Damit soll der erforderliche Informationsbedarf des Planenden, der sich aus den spezifischen Inhalten und Aufgaben im Planungsablauf, aus dem unterschiedlichen Wissensstand zu verschiedenen Fachgebieten und der begrenzten Voraussicht erforderlicher Informationen ergibt, weitgehend gedeckt oder zumindest durch Hinweise auf weiterführende oder spezielle Literatur erweitert werden. Wenngleich es nicht Anliegen ist, alle Detailprobleme umfassend darzustellen, erfolgt doch eine Erweiterung des üblichen Montagebegriffes auf alle auf der Baustelle anfallenden Arbeiten bei der Projektrealisierung. Dabei sind Wiederholungen durch unterschiedliche bildliche Darstellungen nicht gänzlich vermeidbar, da jeweils Problembehandlungen aus unterschiedlicher Sicht erfolgen, und ein Zurückblättern den gedankliche Prozeß stört, andererseits sind durch dieses Zurückblättern auch nachträglich weitere Erkenntnisse entnehmbar.

Die z. T. vorhandene unzureichende Berücksichtigung montagetechnologischer Anforderungen im Planungsablauf entsteht ja allgemein durch eine nicht ausreichende Erfahrung und demzufolge einem unterschiedlichen Informationsbedarf auf diesem Gebiet für den Planenden und gleichzeitig dem Vorhandensein von „ Informationsbarrieren “. Engelbert [20] unterscheidet diese hierbei in eine

– eine Bewußtheitsbarriere (die Beeinflussung des Informationsbedarfes durch Motivation, Arbeitsgewohnheiten, Arbeitsumgebung),

– eine Resonanzbarriere (die Nichtnutzung vorhandener Informationen z.B. infolge mangelnder Berufserfahrung oder Voreingenommenheit) und

– eine Kommunikationsbarriere (die unvollständige Widerspiegelung vorliegender Sachverhalte).

Auch Börnecke [21] stellt fest, daß im Planungsprozeß spezielles montagetechnisches Wissen erforderlich ist, welches nur durch entsprechende Experten in das Planungsstadium eingebracht werden kann. Dies wiederum verlangt ein möglichst frühzeitiges Einbeziehen dieser Experten in den gesamten Planungsprozeß. Das gleiche gilt natürlich auch für adäquate Aufgabenbereiche, wie die Inbetriebnahme [22] und die Instandhaltung [23], zu denen im Zusammenhang mit der montagegerechten Anlagenplanung noch gesonderte Ausführungen folgen.

Da in einem Projektteam jedes Mitglied eine fortwährende Informationsbringschuld und -holschuld hat, um einen bestimmten Arbeitsfortschritt nicht durch fehlende wichtige Informationen zu blockieren, bietet es sich daher an, über Regeln und Checklisten, die an der Stelle des Planungsprozesses angeschlossen werden, wo die funktionelle Lösung vorhanden ist und die wichtigsten Gestaltungsmerkmale festgelegt werden, bewußt eine montagegerechte Anlagengestaltung zu erzeugen. Die erforderliche Anwendbarkeit, die Übertragbarkeit, Überprüfbarkeit und die Erweiterungsfähigkeit derartiger Hilfsmittel werden beispielhaft nachgewiesen, denn es wäre ein Irrtum zu glauben, daß sich allein durch diese Regeln oder Checklisten eine effektive Montagedurchführung ergibt. Sie sind, wie Beispielsammlungen, Kataloge u. dgl., notwendig, aber nicht hinreichend und können die Zusammenarbeit zwischen den Planenden und der Montage nicht ersetzen, aber sehr wohl erleichtern. Aus der Notwendigkeit, die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens auf dem sich verschärfenden Weltmarkt [24], [25] zu erhalten, ergibt sich die persönliche Motivation des Projektingenieurs zur Berücksichtigung montagetechnologischer Anforderungen als eigener Beitrag zum Projekterfolg, denn in einem Team von Planern wird sich derjenige als der bessere erweisen, der durch seine Einsicht, daß Planung und Montage, die Inbetriebnahme und auch die Instandhaltung eingeschlossen, nicht losgelöst voneinander betrachtet werden können, seinem Unternehmen hohe Kosten durch Nacharbeiten oder Korrekturen während der Montage und der Inbetriebnahme und dem späteren Betreiber im Rahmen der Instandhaltung erspart.

Zum besseren Verständnis der Ansätze zur Effektivierung des Montageprozesses im verfahrenstechnischen Anlagenbau werden als Ausgangspunkt einige Aussagen über die Besonderheiten der Anlagenmontage vorangestellt, anschließend werden überblicksweise die Planungsschritte mit ihrem Ergebnis dargestellt. Damit wird es möglich, Diskussionen zur Vermeidung bzw. Verringerung von Montageverrichtungen/-operationen, oder zumindest deren Erleichterung, zu führen und Kriterien für eine montagegerechte Gestaltung der Anlage und ihrer Elemente abzuleiten. Die vorgenannten Regeln versetzen den Planer in die Lage, sowohl den notwendigen Zeitpunkt einer montagetechnologischen Konsultation realer einzuschätzen als auch den notwendigen Umfang an Informationen in höherer Qualität zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung zu stellen.

Eine Erweiterung der Thematik durch das Einbeziehen von Transport- und Montagetechnik, ausgewählter Montagetechnologien und auch von Montageschäden wurde aufgrund der Hinweise aus der betrieblichen Praxis vorgenommen, um dem Planenden auch hier, unter Hinweis auf weiterführende Literatur, ein Überblickswissen zu vermitteln und das Thema abzurunden.

Es sei deshalb nicht vermessen, einen Ausspruch von Schiller [26] zu zitieren:

„Zwei Dinge gehören zur Bildung des Verstandes, ohne welche kein Fortschritt möglich ist: ein ernstes Einsammeln von Kenntnissen und eine stete Übung der Kräfte.“

2

Die Anlagenmontage und ihre Besonderheiten

Der Montageprozeß dient dem Herstellen von Anlagen als komplexen technischen Gebilden oder deren Ausrüstungen sowie der sie verbindenden Rohrleitungen durch eine planungsgemäße Montage von Bauelementen oder Baugruppen. Dies erfolgt durch den Einbau der Ausrüstungen am Standort der Anlage, durch das Verbinden der Ausrüstungen zu technologisch bedingten, funktionsfähigen Einheiten und durch den Anschluß der Ausrüstungen an Informations-, Energie-, Versorgungsund Entsorgungssysteme [27]. Gegenüber der stationären Montage im Maschinenbau sind bei der Anlagenmontage folgende spezifische technologische Anforderungen zu berücksichtigen:

– Das Finalprodukt der Anlagenmontage, die Anlage, ist standortgebunden.

– Der Standort des Finalproduktes ist durch die physische Unbeweglichkeit bedingt.

– Die Standortfaktoren (örtliche Bedingungen, Klima, Ver- und Entsorgungssysteme, Baustelleneinrichtung) bestimmen weitgehend die Montage.

– Die Anlagenmontage ist räumlich und zeitlich von der Fertigung der Montageeinheiten getrennt.

Die zu montierenden Bauelemente bzw. Baugruppen werden allgemein als Montageeinheit bezeichnet. Sie werden mit Hilfe von Montageoperationen und -verrichtungen nach Tab. 2.1 und Hilfsoperationen, wie Transportieren und Lagern, aus einem Anfangs- in den in der Projektdokumentation definierten Endzustand gebracht.

Werden erst einmal die notwendigen Arbeiten für die Energie- und Informationstechnik außer Betracht gelassen, so sind insbesondere die unter Nachbereiten zu verstehenden Leistungen für Korrosionsschutz, Wärme- und Kältedämmung und Kennzeichnung von Einfluß auf die Montagezeit. Die umfangreiche und arbeitsteilig stark gegliederte Anlagenmontage erfordert damit das Zusammenwirken vieler unterschiedlicher Gewerke, woraus sich ablaufmäßig zwingende Forderungen ergeben, die sich in einer bestimmten Vor-, Gleich- und Nachzeitigkeit der einzelnen Montageoperationen ergeben. Dies wird besonders deutlich, wenn die im einzelnen durchzuführenden Leistungen auf der Baustelle wie

– Erschließungsmaßnahmen,

– Bau- und Stahlbauarbeiten,

– Vorfertigung/Vormontage,

– Transportleistungen,

– Apparate- und Rohrleitungsmontage,

– Montage der Elektrotechnik,

– Montage der MSR-Technik,

– Anstrich-, Isolier- und Schallschutzmaßnahmen und

– Vorbereitung der Inbetriebnahme

koordiniert werden müssen, da eine strenge Aufeinanderfolge der einzelnen Gewerke wirtschaftlich nicht sinnvoll und im Interesse einer Verkürzung der Montagezeit weitgehend Parallelarbeit zu planen ist.

Die Effektivität des Montageprozesses wird – werden Einflüsse durch Störungen ausgeklammert – direkt über die in der Planung zu schaffende Montageeignung der Anlage geschaffen und über die technologische Vorbereitung des Montageprozesses selbst beeinflußt. Relevante Einflüsse auf die Montageeignung zu den Arbeitsaufgaben der Anlagenplanung sind in Tab. 2.2 dargestellt.

Die Montageeignung stellt dabei die Gesamtheit aller der Eigenschaften der Anlage dar, die bei der technischen und organisatorischen Gestaltung des Montageprozesses zu berücksichtigen sind. Da sie jedoch nur ein Aspekt neben anderen der Anlagengestaltung ist, bedürfen ihre Ergebnisse der Anpassung im Gesamtsystem der Anlagenplanung.

Tab. 2.1 Montageverrichtungen und -operationen [19]

Zuordnung	Definition/Inhalt
Verrichtungen
Vorbereiten	Herstellen des montagegerechten Zustandes von Bau-Elementen, Basis, Anschlüssen
Führen	Bewegen...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Series page
• Title page
• copyright
• Vorwort
• Glossar
• 1: Einführende Bemerkungen
• 2: Die Anlagenmontage und ihre Besonderheiten
• 3: Dokumentationen aus dem Prozeß der Anlagenplanung
• 4: Ansatzpunkte für die Optimierung der Montagezeiten und -kosten
• 5: Berücksichtigung ausgewählter Montageverfahren
• 6: Arbeitsmittel für die Anlagenmontage
• 7: Gestaltungsregeln zur Gewährleistung einer montagegerechten Anlagengestaltung
• 8: Bewertungsproblematik und -ablauf für die montagegerechte Anlagengestaltung
• 9: Bemerkungen zum Planungs- und Realisierungsablauf
• 10: Schlußbemerkungen
• Literaturverzeichnis
• Anlagen
• Register