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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...
