Der virtuelle Vorteil: Untersuchung der Auswirkungen digitaler Zwillinge auf den LNG-Sektor

Aug 05, 2023

Von Ricardo Pinto, VP S. Europe / LATAM, Akselos

Die rasante Entwicklung der Technologie hat in allen Bereichen der Industrie und des Handels Einzug gehalten, und der Sektor des Flüssigerdgases (LNG) bildet da keine Ausnahme. Unter den neuen Technologien, die in der LNG-Landschaft vielversprechend sind, sticht eine hervor: der digitale Zwilling.

Wie der Name schon sagt, ist ein digitaler Zwilling eine virtuelle Nachbildung einer physischen Einheit – sei es eine ganze Anlage, ein Prozess oder ein einzelnes Gerät. Um einen digitalen Zwilling zu erstellen, erstellen Ingenieure zunächst ein detailliertes Modell und verknüpfen es dann mit Inspektions- und Sensordaten. Wenn neue Informationen in den Zwilling eingespeist werden, erhält der Anlageneigentümer detaillierte Einblicke in Risikobereiche, um Wartung und Inspektion zu optimieren und Ausfälle zu verhindern.

Durch die Nutzung von Echtzeitdaten, Simulationen und Analysen liefern digitale Zwillinge tiefe Einblicke und ermöglichen es Unternehmen, Prozesse zu rationalisieren, Ausfälle zu verhindern, die Sicherheit zu erhöhen und letztendlich die Rentabilität zu steigern. Digitale Zwillinge helfen dabei, fundiertere und genauere Entscheidungen zu treffen, indem sie einen umfassenden Überblick über den Betrieb bieten, was sie zu einem entscheidenden Werkzeug im LNG-Betrieb macht.

Verbesserung des Betriebs von LNG-Anlagen

Bei LNG-Anlagen stehen betriebliche Effizienz und Sicherheit im Vordergrund. Dabei kann ein digitaler Zwilling die gesamte Anlage virtuell nachbilden und jedes Detail von der großen Anlage bis zum kleinsten Ventil erfassen. Diese Zwillinge lernen und aktualisieren sich ständig durch den Datenzufluss verschiedener Sensoren, die in ihren physischen Gegenstücken installiert sind.

Stellen Sie sich vor, der Zwilling würde den Ausfall eines Kompressors oder eines Wärmetauschers Tage oder Wochen vorhersehen, bevor er eintritt. Durch die Identifizierung solcher Probleme, bevor sie zu katastrophalen Ausfällen führen, können Betreiber Wartungsaktivitäten effektiver planen, ungeplante Ausfallzeiten reduzieren und die Gesamtbetriebseffizienz verbessern.

Darüber hinaus ermöglichen digitale Zwillinge den Betreibern die Durchführung von Simulationen zur Prozessverbesserung, ohne den tatsächlichen Anlagenbetrieb zu beeinträchtigen. Die Technologie ermöglicht es Betreibern, virtuelle Inspektionen von Geräten durchzuführen, die aus unerschwinglichen Kosten oder weil sie unzugänglich sind, praktisch nicht inspizierbar sind.

Revolutionierung der LNG-Verschiffung

Die LNG-Schifffahrt ist ein weiterer Bereich, in dem digitale Zwillinge erhebliche Auswirkungen haben können. Diese Schiffe, die oft unter rauen Seebedingungen unterwegs sind, verfügen über eine Reihe von Maschinen und Systemen, von denen jedes eine entscheidende Rolle spielt.

Echtzeitdaten von auf dem Schiff installierten Sensoren können in einen Zwilling eingespeist werden, sodass Bediener den Zustand des Schiffes überwachen, potenzielle Geräteausfälle vorhersehen und vorbeugende Wartungsarbeiten planen können. Darüber hinaus kann der Zwilling verschiedene Wetterszenarien und deren Auswirkungen auf die Stabilität des Schiffes, die strukturelle Beanspruchung und den Treibstoffverbrauch simulieren. Der digitale Zwilling von Akselos des Shell Bonga Floating Production Storage and Offloading (FPSO)-Schiffes ist ein Beispiel dafür, wie Echtzeit-Sensordaten und prädiktive Modellierung den Betrieb optimieren, Wartungsstrategien verbessern und das Risiko ungeplanter Ausfallzeiten großer Seeschiffe verringern können. Der Zwilling identifizierte 94 kritische Hotspots, an denen die Betreiber proaktiv Wartungsarbeiten durchführen konnten, was Hunderte Millionen an zusätzlichem Anlagenwert freisetzte und dazu beitrug, die Lebensdauer des Schiffes um fünf Jahre zu verlängern.

Der digitale Zwilling von Bonga FPSO

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Realer Einsatz: LNG-Regasifizierung

Digitale Zwillinge können auch transformative Vorteile für den Regasifizierungsprozess bringen, indem sie beispiellose Details und Genauigkeit bei der Systemanalyse bieten, die Früherkennung erleichtern und potenzielle Probleme entschärfen.

Die Technologie hat auf der europäischen Bühne bereits Spuren hinterlassen und insbesondere die Betriebseffizienz und Lebensdauer der kritischen Infrastruktur für Flüssigerdgas (LNG) verbessert. Akselos ist eine Partnerschaft mit Adriatic LNG eingegangen, um die bahnbrechenden Fähigkeiten der digitalen Zwillingstechnologie zu nutzen und den Betrieb des Adriatic LNG-Regasifizierungsterminals wiederzubeleben.

Adriatisches LNG-Terminal (https://www.adriaticlng.it/en/the-terminal/)

Das Adria-LNG-Terminal beherbergt vier Open-Rack-Verdampfer (ORVs), wichtige Komponenten bei der Regasifizierung. Das durch die Wärmetauscherrohre in den ORVs strömende Meerwasser verdampft LNG und belastet die Rohre häufig aufgrund von Temperaturunterschieden. Wenn dies nicht behoben wird, kann es zu Ausfällen von ORVs und erheblichen Ausfallzeiten von Anlagen kommen, da der Austausch eines einzelnen ORVs bis zu zwei Jahre dauern kann.

Leider haben Betreiber keinen genauen Überblick darüber, welche Rohre am stärksten beansprucht werden und daher am wahrscheinlichsten ausfallen, da veraltete Simulationssoftwaretools auf der Finite-Elemente-Analyse basieren – einer häufig verwendeten Methode in der Konstruktion und Fertigung, um Ingenieuren bei der Simulation eines Systems zu helfen Spannung, Verformung und andere physikalische Eigenschaften.

Obwohl die FEA ihre Stärken hat, ist sie bei der Analyse großer und komplexer Systeme wie ORVs begrenzt. Aus diesem Grund wurde eine neue Simulationssoftware namens Reduced Basis Finite Element Analysis (RB-FEA) entwickelt. RB-FEA baut auf den Schlüsselprinzipien der FEA auf, um schnellere und genauere Simulationen größerer Anlagen zu liefern. Wenn eine RB-FEA-Simulation mit Live-Daten einer Anlage gepaart wird, entsteht ein digitaler Zwilling, der es Bedienern ermöglicht, Sicherheitsprobleme zu erkennen und Probleme präventiv und präzise zu lösen.

In Italien wurde RB-FEA verwendet, um einen digitalen Zwilling eines ORV unter Verwendung von Eingabedaten aus Zeichnungen, Inspektionsdaten und dem Ladeverlauf zu erstellen. Es wurde eine von Bureau Veritas validierte Fitness-for-Service-Bewertung (FFS) durchgeführt, die ergab, dass bestimmte Rohre frühzeitig gewartet werden mussten. Die Ergebnisse wurden auf einem benutzerfreundlichen Dashboard angezeigt und die Rohre nach ihrer Ermüdungslebensdauer eingestuft. Dank des digitalen Zwillings kann Adriatic LNG nun kontinuierliche FFS-Bewertungen durchführen, was eine vorausschauende Wartung bis auf den Millimeterbereich ermöglicht, Ausfallzeiten vermeidet und eine stabile Erdgasversorgung gewährleistet.

Das Akselos-Dashboard

Die Straße entlang

Die digitale Zwillingstechnologie, die in der LNG-Branche noch in den Kinderschuhen steckt, steht vor einem schnellen Wachstum. Da Fortschritte im Internet der Dinge (IoT), künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen die Datenerfassung und -analyse revolutionieren, werden die potenziellen Anwendungen und Fähigkeiten digitaler Zwillinge dramatisch zunehmen.

Einer der herausragenden Vorteile dieser Technologie ist ihr Potenzial, unerwartete Ausfallzeiten zu reduzieren. Mithilfe digitaler Zwillinge können Bediener zuvor unzugängliche Bereiche inspizieren und so ein umfassendes Verständnis des Systemzustands erlangen. Dies kann genutzt werden, um drohende Probleme schnell zu erkennen und zu beheben, was eine proaktive Wartung ermöglicht und plötzliche Betriebsunterbrechungen verhindert. Darüber hinaus kann der Nutzen der digitalen Zwillingstechnologie anderen integralen Komponenten des LNG-Prozesses wie den Ladearmen und Rohrleitungen zugute kommen.

Mit zunehmender Reife dieser innovativen Technologie verspricht sie eine deutliche Verbesserung bestehender Abläufe und der Betriebsstandards neuer LNG-Anlagen. Indem sie eine umfassende Untersuchung von Systemen in einer risikofreien virtuellen Umgebung ermöglichen, können digitale Zwillinge potenziell zukünftige Anlagen optimieren. Dieser bahnbrechende Ansatz wird die LNG-Industrie in eine Ära führen, die von verbesserter Sicherheit, größerer Effizienz und geringeren Kosten geprägt ist.