Dataanalyse til vandindustrien
MECO smartANALYTICS™er et dataprofilerings- og analyseværktøj, der forbinder og analyserer data fra vandrensningsanlæg for at forbedre driftseffektiviteten og pålideligheden. De indsamlede data profileres i forhold til designstandarder og andre anlæg i marken. MECO smartANALYTICS™gør det muligt for MEKAs ingeniører at anbefale bedste driftspraksis for at sikre, at hvert anlæg fungerer på den mest effektive og omkostningsfordelagtige måde.
George V. Gsell er præsident for Mechanical Equipment Company (MECO), en førende producent af teknisk udstyr til vandrensning. Virksomheden har en 90-årig historie og en bred base af produkter til afsaltning og vandrensning. Gsell deler sine tanker om MECO smartANALYTICS™, Big Data og vand.
Big data og IoT anvendes på pumper, vandmålere og andre industrielle komponenter. MECO har investeret i analyser til vandsystemer. Men hvorfor? Hvilken indflydelse kan anvendelsen af big data have på vandrensning?
Big data har blandt andet evnen til at sikre pålideligheden og kvaliteten af en vandforsyning. Jeg formoder, at de fleste mennesker tænker på deres kommunale forsyning af vand fra hanen, når der henvises til vandrensning. Det er klart, at den kommunale vandforsyning er en vigtig ressource, men i hele industrien er rensning af vand fra ikke-traditionelle kilder og til andre formål særdeles vigtig. I nogle tilfælde er vand fra hanen ikke tilgængeligt, eller kvaliteten er ikke tilstrækkelig. Hvis du f.eks. var på et flådefartøj eller en offshore olieplatform omgivet af havet, ville du vide, at afsaltningsanlæggene under dækket ikke kun er kritiske for besætningens drikkevandsforsyning, men også for fartøjets driftssystemer, som kræver et meget højt renhedsniveau. Logistikken for basale tjenester bliver meget vanskeligere, og en forsyning af ferskvand tages ikke for givet. Et andet eksempel er fremstillingen af livreddende medicin i den biofarmaceutiske industri, hvor ultrarent vand er den primære ingrediens. I disse anvendelser og industrier, såsom elproduktion, føde- og drikkevarer og andre, betragtes vand som en kritisk komponent. Dets kvalitet og pålidelige forsyning er af afgørende betydning. Vandet renses af maskiner eller systemer, og der er ikke noget let tilgængeligt alternativ. Et svigt i vandforsyningen eller vandkvaliteten kan have betydelige konsekvenser.
Hvilke faktorer påvirker et systems pålidelighed, som kan føre til problemer med tilgængelighed eller kvalitet?
De maskiner og systemer, der bruges til at producere vand, kan være komplekse, og mange arbejder under barske forhold. Uanset hvilken proces der anvendes, kræver vandrensningssystemer til forskellige industrier brug af dyre materialer, såsom specialiserede membraner, rustfrit stål af høj kvalitet, titanium og andre legeringer. Når maskineriet er i drift, udsættes det for tilsmudsning fra kolloidalt materiale og organiske stoffer i råvandet samt forkalkning fra mineraler. Råvandet er normalt koncentreret og fordampes nogle gange ved høje temperaturer. Rengøring er ofte nødvendig, og der kan bruges syrer, kaustik, rengøringsmidler eller oxidanter, som alle er skadelige for udstyret over tid og kan have en miljøpåvirkning. Korrosion, vedligeholdelse og nedetid er problemer, der skal håndteres. Rutinemæssig vedligeholdelse er påkrævet, og big data vil ideelt set hjælpe os med at forudse og imødekomme vores kunders behov i stedet for at reagere på et telefonopkald eller en e-mail.
Der findes forskellige teknikker til at fremstille rent vand. Nogle gange bruges der membraner under højt tryk, og i andre tilfælde er fordampere, ionbytningsenheder eller partikelfiltre de vigtigste komponenter. Hver proces vil også bruge en række kritiske hjælpemidler, såsom højtrykspumper, energigenvindingsenheder, kompressorer, kemiske indsprøjtningssystemer, overførselspumper, ventiler, programmerbare logiske controllere (PLC'er) og andre komponenter. Et problem med en af de supplerende komponenter resulterer ofte i et problem i hele systemet, hvilket kan være en forløber for et mere alvorligt problem med vandkvaliteten eller systemets pålidelighed. Dataindsamling bruges nogle gange til rutinemæssig overvågning og trendanalyse. I disse tilfælde er operatørens opsyn og indgriben generelt ret høj. Afvigelser fra normale driftsbetingelser genererer alarmer, der nogle gange resulterer i en nedlukning. Dataanalyse giver en mere proaktiv måde at drive et vandsystem på den bedst mulige måde. Vi gennemgår store mængder data for at finde små ændringer, der er tegn på et fremtidigt problem.
MECOs terminologi for anvendelsen af big data er smartANALYTICS™. Har det nogen betydning, eller ligner det andre komponentapplikationer, vi lige har nævnt?
Vores applikation er ikke en komponent, men et system, der består af mange komponenter. Indsigt og forståelse, ikke kun for komponenternes funktion, men for interaktionen mellem disse komponenter og systemet som helhed, er nøglen til smartANALYTICS™. Vi har standardsystemdesign, så det at kunne kortlægge og spejle et systems faktiske ydeevne i forhold til dets designkriterier og vores erfaring med andre lignende systemer hjælper os og kunden.
Bortset fra pålidelighed og kvalitet, hvilke "andre ting", som du nævnte, kan big data og MECO smartANALYTICS™påvirke?
Driftseffektivitet er et område, vi fokuserer på, fordi driftsomkostningerne ved rensning af vand er større end de oprindelige omkostninger til anlægget. Bæredygtighed er et andet område, hvor vi forventer at kunne gøre en forskel. Kundeinteraktionen er også vigtig. Gennem analyser, rapportering og dialog har vi et stærkere bånd og en vidensdeling med vores kunder baseret på data og erfaringer.
Kan du give os et eksempel på, hvordan smartANALYTICS™bruges på MEKA-vandværker?
I dag er vores detaljerede designparametre veldokumenterede. Profilering af driftsdata i forhold til disse designoplysninger kan give tidlig indsigt i problemer, før de opstår. Et smart system kender f.eks. en motors strømforbrug samt dens hastighed, spænding, strømstyrke, temperatur og vibrationsniveau. Endnu vigtigere er det, at et smart system ved, hvad disse parametre bør være under forskellige forhold. De kan profileres i forhold til designet og andre lignende systemer i marken, så abnormiteter kan identificeres og diagnosticeres. Tidlig detektering kan undgå dyrere, uplanlagte afbrydelser senere og forlænge driftstiden, indtil vedligeholdelse kan planlægges.
Vi kender også det forventede differenstryk og regenereringsfrekvensen for et bestemt filterelement baseret på visse råvandsforhold og vores designparametre. En afvigelse fra den forventede ydelse kan skyldes en ændring i råvandsforsyningen, eller det kan indikere et problem med kvaliteten eller mængden af et kemikalie, der injiceres opstrøms. Typisk er der flere enheder i et vandrensningssystem, og det er op til operatøren at sørge for, at de alle fungerer korrekt, så systemet kan fungere effektivt. Vi er udelukkende fokuseret på vandrensning. Det er alt, hvad vi laver. Det betyder, at vi kan levere ekspertise og service til vores kunder på en effektiv måde.
Hvilken indflydelse har smartANALYTICS™på behovet for arbejdskraft, og ser du det erstatte behovet for operatører?
Den amerikanske flåde har gennem Office of Naval Research finansieret programmer til udvikling af Advanced Shipboard Desalination Systems, der ideelt set vil bruge dataanalyse til at understøtte autonom drift af afsaltningssystemer om bord på skibe. Målet er at reducere sømandens involvering i driften af afsaltningsenheden betydeligt og at eliminere vedligeholdelsen af udstyret under udstationering. Selvom det virker som et rimeligt mål, er det en stor opgave, når man tænker på driftsparametrene og begrænsningerne om bord på et flådeskib og de strenge krav til afsaltning af havvand. Det er ikke lykkedes os at reducere den normale operatørindgriben, men en dag forventer vi bestemt, at det vil have en effekt. De nuværende forventninger til industrielle applikationer, set fra MECOs perspektiv, er, at vi kan være forudsigelige, så vi kan planlægge arbejdsbyrden og være mere lydhøre over for behov i modsætning til at være reaktive.
Hvordan bidrager MEKA's engagement til driften af anlæggene?
Som producent af systemet har vi den viden og ekspertise, der skal til for at sikre rutinedriften, herunder et indgående kendskab til vandkemi og specifikke enhedsfunktioner. Selvom vi faktisk ikke har fremstillet systemet, kan vi supplere interne teams, som måske er overbebyrdede eller lider under udskiftning. Operatørtræning er en af de måder, vi har overført viden på for at hjælpe brugerne af deres systemer. Vores interne ekspertise stammer fra en bred base af installerede systemer, og vi kan udnytte denne base af data og erfaring til bedre at kunne hjælpe kunderne med driften af de enkelte anlæg. Små variationer i data kan være under en alarmgrænse og gå ubemærket hen for en operatør, men afvigelsen kan være i overensstemmelse med en variabel, der er kendt af producenten, som har adgang til en større population af anlæg.
MECO har promoveret sit smartANALYTICS™-programsom en kilde til forbedring af bæredygtighed. Kan du uddybe det?
Maksimerer vores kunder vandgenvindingsgraden og minimerer energiforbruget i deres anlæg? Vi ønsker at forlænge engangsmembranernes levetid og reducere kemikalieforbruget til rensning. Den samlede vandgenvinding og dermed mængden af vand, der går til spilde i rensningsprocessen, kan være en funktion af en række faktorer, herunder råvandskvalitet, nedbrydning eller tilsmudsning af membraner og harpikser, mekaniske problemer eller andre problemer. Dataanalyse kan bruges til at maksimere vandgenvinding, hvor det ellers ville gå ubemærket hen, og dermed reducere et anlægs vandfodaftryk. Energi- og vedligeholdelsesbesparelser kan ikke kun opnås gennem øget vandgenvinding, men også ved at forlænge driften og reducere antallet af start og stop. Hvis vi kan forbedre driften, så vi bruger færre filtre og membraner, betyder det mindre affald til miljøet. Det samme kan siges om forbruget af kemikalier, uanset om de bruges til normal drift eller vedligeholdelsesrengøring. Jeg tror, at en deling af bedste praksis og information baseret på hårde data kan have en betydelig indvirkning på bæredygtighedsinitiativer. Fra et miljømæssigt synspunkt har et vandværk en relativt stor indvirkning sammenlignet med mange andre industrielle processer.
Til sidst, kan du dele dit syn på big data i forhold til vandrensning i fremtiden?
Detailhandlere og kreditkortselskaber kender mine forbrugsvaner og bruger disse data ikke kun til at sælge mig ting, jeg måske er interesseret i, men også til at beskytte mig mod tyveri og svindel. Teknologien er her, og den vil få en betydelig indvirkning på vandindustrien. Ideelt set vil vi se dataanalyse påvirke de større vandproblemer med knaphed, forurening og bæredygtighed.