Industriewende-Dialog: Sensorik in der Chemischen Verfahrenstechnik

Enthalten Chemieanlagen Komponenten, die unter Druck und hohen Temperaturen betrieben werden, müssen diese in regelmäßigen Abständen auf Anzeichen von Schädigungsmechanismen wie z. B. Korrosion untersucht werden. Dies ist gesetzlich vorgeschrieben, da sie eine potenzielle Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen können. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Druckgeräte wie Rohrleitungen und Behälter zerstörungsfrei zu prüfen, wobei grundsätzlich zwischen Prüfungen im Stillstand und Prüfungen während des laufenden Anlagenbetriebs unterschieden werden muss. Anlagenstillstände und das Wiederanfahren kosten Zeit, Geld und unnötige energetische Ressourcen. Daher sollte aus ökonomischer und ökologischer Sicht das oberste Ziel immer sein, die Stillstandzeit so kurz wie möglich zu halten. Dieses Forschungsvorhaben zielt daher darauf ab, SHM (Structural Health Monitoring) bei erhöhter Prozesstemperatur zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Druckbehältern zu nutzen, da eine solche Technologie zum jetzigen Zeitpunkt weder etabliert noch gesetzlich anerkannt ist. Hierbei sollen hochtemperaturgeeignete Aktoren und Sensoren, basierend auf der Technologie des geführten Ultraschalls, entwickelt werden. Langfristiges Ziel ist der teilweise oder vollständige Ersatz von stillstandsgebundenen Druckbehälterprüfungen.

Dr. Kilian Tschöke hat an der TU Dresden Technomathematik und Elektrotechnik studiert. Im Anschluss promovierte er an der TU Dresden in Mathematik. Er ist Gruppenleiter für Modellbasierte Datenbewertung am Fraunhofer IKTS und arbeitet an effizienten Simulations- sowie Signalauswertemethoden für ultraschallbasierte Sensorsysteme. Darüber hinaus ist er aktiv im Fachausschuss „Zustandsüberwachung“ und im Unterausschuss „Geführte Wellen“ der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP).

Der Mensch ist in der Lage, sehr schnell den Zustand seiner Umgebung zu erfassen, indem er Informationen über verschiedene Sinneskanäle aufnimmt und miteinander verarbeitet. Für technische Systeme steht heute eine Vielzahl preiswerter Sensoren zur Verfügung, die in ihrer Leistungsfähigkeit teils deutlich über die menschlichen Sinnesorgane hinausgehen, dennoch ist eine ähnlich umfassende Bewertung der Umgebung noch nicht möglich, weil die einzelnen Sensordaten nicht ausreichend fusioniert und interpretiert werden. Durch die Verfügbarkeit ausreichender Rechenleistung zur Interpretation der entstehenden Datenflut ist ein Paradigmenwechsel in der sensorischen Überwachung von Anlagen möglich, der in diesem Projekt erstmalig adressiert werden soll. In der Anlagenüberwachung nicht nur in der chemischen Industrie sind heute dedizierte, d. h. für genau eine spezifische Applikation ausgelegte Sensorsysteme üblich, meist verbunden mit hohen Kosten, u. a. wegen der geringen Stückzahlen, die keine Economy of Scale erlauben. Ergänzt werden diese begrenzten technischen Systeme durch den Menschen, der mit seiner 'Sensorik' ungewöhnliche Zustände und mögliche Gefahrensituationen allerdings nur punktuell erfassen kann. Erwünscht ist eine flächige Erfassung multimodaler Anlagendaten und damit eine deutliche Verbesserung der Bewertungsmöglichkeiten, z. B. zur frühzeitigen Erkennung von Leckagen bei Energieträgern (Druckluft, Wasserdampf, Gas und zukünftig zunehmend Wasserstoff). Durch geeignete Visualisierung räumlich und zeitlich hochgelöster Messdaten lässt sich die aktuelle Situation schnell und zielsicher erfassen, selbst wenn die Datenqualität einzelner Messpunkte geringer ist. Ergänzt werden die stationären Sensorknoten zusätzlich durch mobile autarke Sensorsystemen, die gezielt auf unbekannte Situationen reagieren kann, um einen deutlichen Mehrwert bei niedrigerem Ressourceneinsatz zu ermöglichen.

Roland Pohle promovierte im Jahr 2000 in Physik an der Technischen Universität München. Seit 1998 ist er im Bereich Corporate Research and Technology der Siemens AG tätig. Als Senior Key Expert Research Scientist befasst er sich mit der Entwicklung chemischer und physikalischer Detektionssysteme und deren Anwendungen. Seine Forschungsinteressen reichen von Grundlagenuntersuchungen zu Sensortechnologien – mit Schwerpunkt auf der industriellen Anwendbarkeit – bis hin zu vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Sensorsystemen in Industrie- und Gebäudeumgebungen. Er ist Autor und Koautor von mehr als 100 Publikationen und Konferenzbeiträgen sowie von über 50 Patenten.

Andreas Schütze promovierte 1994 in angewandter Physik an der Justus-Liebig-Universität Gießen. Nach einigen Jahren in der Industrie wurde er 1998 als Professor an die Hochschule Niederrhein berufen. Seit 2000 leitet er den Lehrstuhl für Messtechnik an der Universität des Saarlandes in der Fachrichtung Systems Engineering. Seine Forschungsschwerpunkte sind leistungsfähige Gasmesssysteme sowie multimodale smarte Sensorsysteme, wobei der Systemgedanke jeweils im Mittelpunkt steht. Anwendungen liegen einerseits im Bereich industrieller Sensorsysteme primär für Zustandsbewertung und Qualitätssicherung sowie chemischer Sensorsysteme für Themen rund um Sicherheit und Nachhaltigkeit. Er hat bisher 33 Promotionsverfahren betreut und mehrere nationale und internationale Verbundprojekte koordiniert.

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