Datenanalyse für die Wasserwirtschaft
MECO smartANALYTICS™ist ein Datenprofilierungs- und Analysetool, das Daten aus Wasseraufbereitungsanlagen verbindet und analysiert, um die Betriebseffizienz und -zuverlässigkeit zu verbessern. Die gesammelten Daten werden mit Konstruktionsstandards und anderen Anlagen in der Praxis verglichen. MECO smartANALYTICS™ermöglicht es den MECO-Ingenieuren, optimale Betriebsverfahren zu empfehlen, um sicherzustellen, dass jede Anlage auf die effizienteste und kostengünstigste Weise betrieben wird.
George V. Gsell ist der Präsident der Mechanical Equipment Company (MECO), einem führenden Hersteller von technischen Anlagen für die Wasseraufbereitung. Das Unternehmen blickt auf eine 90-jährige Geschichte zurück und verfügt über eine breite Palette von Produkten für die Entsalzung und Wasseraufbereitung. Herr Gsell teilt seine Gedanken zu MECO smartANALYTICS™, Big Data und Wasser.
Big Data und IoT werden bei Pumpen, Wasserzählern und anderen industriellen Komponenten eingesetzt. MECO hat in die Analytik für Wassersysteme investiert. Und warum? Welche Auswirkungen kann die Anwendung von Big Data auf die Wasseraufbereitung haben?
Big Data ist unter anderem in der Lage, die Zuverlässigkeit und Qualität der Wasserversorgung zu gewährleisten. Ich vermute, die meisten Menschen denken bei Wasseraufbereitung an ihre kommunale Versorgung mit Leitungswasser. Sicherlich ist die kommunale Versorgung mit Leitungswasser eine wichtige Ressource, aber in der gesamten Industrie ist die Reinigung von Wasser aus nicht-traditionellen Quellen und für andere Verwendungszwecke außerordentlich wichtig. In manchen Fällen ist Leitungswasser nicht verfügbar oder die Qualität ist nicht ausreichend. Wenn Sie zum Beispiel auf einem Marineschiff oder einer vom Meer umgebenen Offshore-Ölplattform wären, wüssten Sie, dass die Entsalzungsanlagen unter Deck nicht nur für die Trinkwasserversorgung der Besatzung, sondern auch für die Betriebssysteme der Schiffe, die einen sehr hohen Reinheitsgrad erfordern, von entscheidender Bedeutung sind. Die Logistik der Grundversorgung wird wesentlich schwieriger, und die Versorgung mit Süßwasser ist nicht selbstverständlich. Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung von lebensrettenden Medikamenten in der biopharmazeutischen Industrie, bei der ultrareines Wasser die wichtigste Zutat ist. In diesen Anwendungen und Branchen, wie der Energieerzeugung, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie und anderen, wird Wasser als kritischer Bestandteil betrachtet. Seine Qualität und zuverlässige Versorgung sind von entscheidender Bedeutung. Wasser wird durch Maschinen oder Anlagen gereinigt, und es gibt keine leicht verfügbare Alternative. Ein Ausfall der Wasserversorgung oder der Wasserqualität kann erhebliche Folgen haben.
Welche Faktoren beeinflussen die Zuverlässigkeit eines Systems, die zu Problemen bei der Verfügbarkeit oder Qualität führen können?
Die Maschinen und Systeme, die zur Wassergewinnung eingesetzt werden, können sehr komplex sein, und viele von ihnen arbeiten unter rauen Bedingungen. Unabhängig vom eingesetzten Verfahren erfordern Wasserreinigungssysteme für verschiedene Industriezweige den Einsatz teurer Materialien wie Spezialmembranen, hochwertige Edelstähle, Titan und andere Legierungen. Während des Betriebs sind die Anlagen Verunreinigungen durch kolloidale Stoffe und organische Substanzen im Rohwasser sowie Ablagerungen durch Mineralien ausgesetzt. Das Rohwasser ist normalerweise konzentriert und wird manchmal bei hohen Temperaturen verdampft. Häufig ist eine Reinigung erforderlich, bei der Säuren, Laugen, Reinigungs- oder Oxidationsmittel zum Einsatz kommen, die sich mit der Zeit negativ auf die Anlagen auswirken und die Umwelt belasten können. Korrosion, Wartung und Ausfallzeiten sind Probleme, die es zu bewältigen gilt. Eine routinemäßige Wartung ist erforderlich, und Big Data wird uns im Idealfall helfen, die Bedürfnisse unserer Kunden vorherzusehen und darauf einzugehen, anstatt auf einen Anruf oder eine E-Mail zu reagieren.
Es gibt verschiedene Techniken zur Herstellung von reinem Wasser. Manchmal werden Hochdruckmembranen verwendet, in anderen Fällen sind Verdampfer, Ionenaustauscher oder Partikelfilter die Hauptkomponenten. Bei jedem Verfahren wird auch eine Reihe von kritischen Hilfskomponenten wie Hochdruckpumpen, Energierückgewinnungsgeräte, Kompressoren, chemische Einspritzsysteme, Transferpumpen, Ventile, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andere Komponenten verwendet. Ein Problem mit einem der Nebenaggregate führt oft zu einem systemweiten Problem, das ein Vorläufer für ein ernsthafteres Problem im Zusammenhang mit der Wasserqualität oder der Zuverlässigkeit des Systems sein kann. Die Datenerfassung wird manchmal zur Routineüberwachung und Trendanalyse eingesetzt. In diesen Fällen ist der Überwachungs- und Eingriffsaufwand des Betreibers im Allgemeinen recht hoch. Abweichungen von den normalen Betriebsbedingungen lösen Alarme aus, die manchmal zu einer Abschaltung führen. Die Datenanalyse bietet eine proaktivere Möglichkeit, ein Wassersystem optimal zu betreiben. Wir durchsuchen große Datenmengen nach kleinen Veränderungen, die auf ein zukünftiges Problem hindeuten.
MECOs Terminologie für die Anwendung von Big Data ist smartANALYTICS™. Hat das eine Bedeutung oder ähnelt es anderen Komponentenanwendungen, die wir gerade erwähnt haben?
Bei unserer Anwendung handelt es sich nicht um eine Komponente, sondern um ein System, das aus vielen Komponenten besteht. Einblicke und Verständnis nicht nur für die Funktionsweise der Komponenten, sondern auch für die Interaktion dieser Komponenten und des Systems als Ganzes sind der Schlüssel zu smartANALYTICS™. Wir verfügen über standardisierte Systemdesigns, so dass wir in der Lage sind, die tatsächliche Leistung eines Systems den Designkriterien und unseren Erfahrungen mit anderen ähnlichen Systemen zuzuordnen und zu spiegeln, was uns und dem Kunden hilft.
Abgesehen von Zuverlässigkeit und Qualität, welche "anderen Dinge" können Big Data und MECO smartANALYTICS™beeinflussen?
Die betriebliche Effizienz ist ein Bereich, auf den wir uns konzentrieren, da die Betriebskosten für die Wasseraufbereitung höher sind als die Anschaffungskosten der Anlage. Nachhaltigkeit ist ein weiterer Bereich, auf den wir Einfluss nehmen wollen. Auch die Interaktion mit den Kunden ist wichtig. Durch Analysen, Berichterstattung und Dialog haben wir eine stärkere Bindung und einen Wissensaustausch mit unseren Kunden auf der Grundlage von Daten und Erfahrungen.
Können Sie uns ein Beispiel dafür geben, wie smartANALYTICS™in MECO-Wasseranlagen eingesetzt wird?
Heute sind unsere detaillierten Konstruktionsparameter gut dokumentiert. Der Abgleich von Betriebsdaten mit diesen Konstruktionsinformationen kann frühzeitig Aufschluss über Probleme geben, bevor sie entstehen. Ein intelligentes System kennt zum Beispiel die Leistungsaufnahme eines Motors sowie dessen Drehzahl, Spannung, Stromstärke, Temperatur und Vibrationsniveau. Noch wichtiger ist, dass ein intelligentes System weiß, wie diese Parameter unter verschiedenen Bedingungen sein sollten. Sie können im Vergleich zur Konstruktion und zu anderen ähnlichen Systemen im Feld profiliert werden, so dass Anomalien erkannt und diagnostiziert werden können. Eine frühzeitige Erkennung kann spätere kostspielige, ungeplante Unterbrechungen vermeiden und die Betriebsdauer verlängern, bis eine Wartung geplant werden kann.
Wir kennen auch den erwarteten Differenzdruck und die Regenerationshäufigkeit eines bestimmten Filterelements auf der Grundlage bestimmter Rohwasserbedingungen und unserer Konstruktionsparameter. Eine Abweichung von der erwarteten Leistung könnte auf eine Änderung der Rohwasserversorgung zurückzuführen sein oder auf ein Problem mit der Qualität oder Quantität einer stromaufwärts eingespritzten Chemikalie hinweisen. In der Regel gibt es in einem Wasserreinigungssystem mehrere Betriebseinheiten, und es ist Aufgabe des Betreibers, dafür zu sorgen, dass diese alle ordnungsgemäß funktionieren, damit das System effektiv arbeiten kann. Wir konzentrieren uns ausschließlich auf die Wasseraufbereitung. Das ist alles, was wir tun. Das bedeutet, dass wir unseren Kunden auf effiziente Art und Weise Fachwissen und Dienstleistungen anbieten können.
Wie wirkt sich smartANALYTICS™auf den Personalbedarf aus, und können Sie sich vorstellen, dass es den Bedarf an Bedienern ersetzt?
Die US-Marine hat über das Office of Naval Research Programme für die Entwicklung fortschrittlicher Entsalzungssysteme an Bord von Schiffen finanziert, die idealerweise Datenanalysen zur Unterstützung des autonomen Betriebs von Entsalzungsanlagen an Bord von Schiffen nutzen. Ziel ist es, die Beteiligung des Matrosen am Betrieb der Entsalzungsanlage erheblich zu reduzieren und die mit der Anlage verbundene Wartung während des Einsatzes zu eliminieren. Obwohl dies ein vernünftiges Ziel zu sein scheint, ist es angesichts der Betriebsparameter und Einschränkungen an Bord eines Marineschiffs und der harten Anforderungen der Meerwasserentsalzung eine große Aufgabe. Es ist uns noch nicht gelungen, die normalen Bedienereingriffe zu reduzieren, aber eines Tages werden wir sicher einen Einfluss darauf haben. Die derzeitigen Erwartungen für industrielle Anwendungen bestehen aus Sicht von MECO darin, dass wir vorausschauend arbeiten können, so dass wir die Arbeitsbelastung planen und besser auf die Bedürfnisse reagieren können, anstatt reaktiv zu sein.
Wie trägt die Beteiligung von MECO zum Betrieb der Anlagen bei?
Als Hersteller des Systems verfügen wir im eigenen Haus über das Wissen und die Erfahrung für den Routinebetrieb, einschließlich der Kenntnisse der Wasserchemie und der spezifischen Gerätefunktionen. Auch wenn wir das System nicht selbst hergestellt haben, können wir interne Teams ergänzen, die vielleicht überlastet sind oder unter Fluktuation leiden. Die Schulung von Bedienern ist eine Möglichkeit, wie wir den Nutzern ihrer Systeme Wissen vermitteln können. Unser firmeninternes Fachwissen beruht auf einer breiten Basis installierter Systeme, und wir können diese Daten- und Erfahrungsbasis nutzen, um unsere Kunden beim Betrieb einzelner Anlagen besser zu unterstützen. Kleine Abweichungen in den Daten können unterhalb einer Alarmgrenze liegen und von einem Bediener unbemerkt bleiben, aber die Abweichung kann mit einer Variablen übereinstimmen, die dem Hersteller bekannt ist, der Zugang zu einer größeren Anzahl von Anlagen hat.
MECO hat sein smartANALYTICS™-Programmals eine Quelle der Verbesserung der Nachhaltigkeit beworben. Können Sie das näher erläutern?
Maximieren unsere Kunden die Wasserrückgewinnungsraten und minimieren sie den Energieverbrauch ihrer Anlagen? Wir wollen die Lebensdauer von Einwegmembranen verlängern und den Chemikalienverbrauch bei der Reinigung reduzieren. Die Gesamtwasserrückgewinnung und damit die Menge an Wasser, die im Reinigungsprozess als Abfall zurückgewiesen wird, kann von einer Reihe von Faktoren abhängen, z. B. von der Rohwasserqualität, dem Abbau oder der Verschmutzung von Membranen und Harzen, mechanischen Problemen oder anderen Problemen. Mit Hilfe der Datenanalyse kann die Wasserrückgewinnung dort maximiert werden, wo sie sonst vielleicht unbemerkt bliebe, und somit der Wasserverbrauch einer Anlage verringert werden. Energie- und Wartungseinsparungen lassen sich nicht nur durch eine höhere Wasserrückgewinnung erzielen, sondern auch durch eine Verlängerung des Betriebs und eine Verringerung der Anzahl von Starts und Stopps. Wenn wir den Betrieb so verbessern können, dass wir weniger Filter und Membranen verbrauchen, bedeutet das weniger Abfall für die Umwelt. Das Gleiche gilt für den Verbrauch von Chemikalien, unabhängig davon, ob sie im Normalbetrieb oder bei Wartungsreinigungen eingesetzt werden. Ich bin der Meinung, dass der Austausch von bewährten Verfahren und Informationen auf der Grundlage harter Daten einen erheblichen Einfluss auf Nachhaltigkeitsinitiativen haben kann. Vom Standpunkt der Umwelt aus gesehen hat ein Wasserwerk im Vergleich zu vielen anderen industriellen Prozessen relativ große Auswirkungen.
Können Sie abschließend sagen, wie Sie Big Data im Zusammenhang mit der Wasseraufbereitung in der Zukunft sehen?
Einzelhändler und Kreditkartenunternehmen kennen meine Ausgabengewohnheiten und nutzen diese Daten nicht nur, um mir Dinge zu verkaufen, die mich interessieren könnten, sondern auch, um mich vor Diebstahl und Betrug zu schützen. Die Technologie ist da, und sie wird einen erheblichen Einfluss auf die Wasserwirtschaft haben. Im Idealfall werden wir sehen, wie sich die Datenanalyse auf die größeren Wasserprobleme wie Knappheit, Verschmutzung und Nachhaltigkeit auswirkt.