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Ölraffinerie vermeidet Stillstand durch strukturierte Ursachenanalyse

Und spart Millionen

Lonnie Wilson, Autor des Lean-Klassikers, Wie man Lean Manufacturing einführtbietet eine Fallstudie über eine Problemlösung aus dem wirklichen Leben, mit der Millionen von Dollar eingespart werden konnten, und einen tieferen Einblick in Methoden zur Fehlerbehebung. Die Fallstudie bezieht sich zwar auf eine schlanke Raffineriesituation, aber sowohl die Fallstudie als auch der Überblick über die Ursachenanalyse bieten Erkenntnisse, die für alle Technologien, Prozesse und Branchen relevant sind.

Der Hintergrund

Vor kurzem arbeitete ich mit einer Gruppe von Greenbelts zusammen, die am Lean-Sigma-Programm (LS) ihrer Raffinerie teilnahmen; ich war ihr Programmberater und Mentor.

Bei einem Besuch wurde ich vom Raffineriemanager angesprochen. Er teilte mir mit, dass eine außerplanmäßige Abschaltung des Cat-Crackers bevorstand, weil der VGO-Entschwefeler vorzeitig den Zustand des End-of-Run-Katalysators erreichte. Es hatte den Anschein, dass die Feed-Effluent (F/E)-Austauscher in einem noch nie dagewesenen Ausmaß verschmutzt waren und eine vorzeitige und sehr teure Abschaltung bevorstand. Da er wusste, dass ich mit den Problemlösungsmethoden von Kepner-Tregoe vertraut war, bat er mich, dieses Problem zu untersuchen und zu prüfen, ob wir die von ihm erwartete außerplanmäßige Abschaltung vermeiden könnten.

Ich sprach mit dem LS-Programm-Manager, und er arrangierte ein Treffen der entsprechenden Gruppe für den nächsten Tag. Man riet ihnen, sich den ganzen Tag Zeit zu nehmen. Am nächsten Morgen, Punkt 7:30 Uhr, ging es los. Sie kamen mit Diagrammen, Tabellen und Schaubildern in Hülle und Fülle; die Menge an Daten, die sie gesammelt und zusammengestellt hatten, war wirklich beeindruckend. Der Programmmanager und ich hatten eine Vorlage für eine Problemspezifikation mitgebracht. Wir stellten uns vor, ich sagte kurz etwas über die Methode, die wir anwenden wollten, und wir begannen.

Das technische Problem

Man hat mir schon oft gesagt, dass ein gut definiertes Problem 50% gelöst ist. Ich finde vielmehr, dass ein gut definiertes Problem eher 90% gelöst ist, und ich habe noch kein Verfahren zur Problemdefinition gesehen, das auch nur annähernd der KT-Methodik entspricht.

Ich bat den leitenden Verfahrenstechniker, mir einen Überblick über die Geschichte zu geben, damit ich mit dem Rest der Gruppe einigermaßen auf dem Laufenden war. Er sagte: "Viele Jahre lang wurde die Verschmutzungsrate in den F/E-Austauschern als Frühindikator für die EOR-Katalysatorbedingungen in diesem Reaktor verwendet. Während des größten Teils der Laufzeit zeigte der Druckabfall am Reaktoroberbett (DP) nur sehr geringe Veränderungen. In der Regel erreichten diese Wärmetauscher jedoch nach acht bis zehn Monaten die Mindestwirkungsgrade, und wir wussten, dass eine Abschaltung bevorstand. Kurz nach Erreichen des minimalen Wirkungsgrads stieg der Druckabfall im oberen Bett drastisch an und erzwang die Abschaltung. Der maximale Druckabfall im oberen Bett wurde normalerweise nach drei bis vier Monaten erreicht. Bei der Abschaltung schöpften wir das Reaktoroberbett ab und führten eine Teilreinigung des Wärmetauschers durch. Dadurch konnte die Laufzeit bis zur nächsten größeren Abschaltung verlängert werden. Aus verschiedenen Gründen, u. a. aus Sicherheits-, Umwelt- und wirtschaftlichen Gründen, ist die Option des Abschöpfens des oberen Bettes nicht mehr verfügbar. Beim letzten Stillstand haben wir mehrere Prozessänderungen vorgenommen, darunter: verbesserte Wasserwaschanlagen, Änderungen an der Instrumentierung und den Rohrleitungen, und weil wir schwefelärmere Rohöle gekauft haben, haben wir den Reaktor mit einem etwas weniger aktiven und billigeren Katalysator bestückt. Diese Änderungen sollten einen 18-monatigen ununterbrochenen Betrieb ermöglichen. Jetzt sind wir aber schon sieben Monate dabei und stehen angesichts der sehr niedrigen Austauschereffizienz vor einer außerplanmäßigen Abschaltung innerhalb der nächsten drei bis fünf Monate. Wir haben mit dem Betrieb im August begonnen, und obwohl wir es anfangs nicht bemerkt haben, ist die Effizienz der Wärmetauscher aufgrund unserer Überwachungspraktiken deutlich gesunken. Im November waren wir besorgt und stellten das Team zusammen, um dieses Problem erneut zu untersuchen. Jetzt, fünf Monate später, ist die Effizienz der Wärmetauscher auf ein Minimum gesunken, aber wir haben nicht die erwarteten Veränderungen beim Reaktor-DP festgestellt. Wir haben mehr als 100 Manntage an Entwicklungszeit investiert, und wir beginnen zu glauben, dass wir das Problem vielleicht nicht verstehen.

Ich bat ihn, den Mechanismus zu erklären, der den Reaktor-DP ansteigen lässt und die Abschaltung verursacht. Er fuhr fort:

"Der Reaktorzulauf befindet sich auf der Rohrseite, der Reaktorablauf auf der Mantelseite der Wärmetauscher. Die Reaktion ist exotherm, daher wird das Reaktorabwasser zur Vorwärmung des Reaktoreinsatzes verwendet. Es kommt zu rohrseitigem Fouling, das den Wirkungsgrad des Austauschers verringert. Wenn der Austauscher einen minimalen Wirkungsgrad erreicht, werden die Ablagerungen in den Reaktor getragen, anstatt sich auf den Austauschern abzulagern. Der DP auf dem oberen Bett steigt dann an und verursacht das Ende des Laufs. Wir haben dies bei den letzten vier Durchläufen seit den größeren Änderungen vor sieben Jahren beobachtet."

Die Problemlösungssitzung

Jeder verbrachte dann weitere 30 Minuten damit, die Daten zu sichten. Dann begannen wir, die Aufgabenstellung auszufüllen. Zunächst ging es langsam voran, da jeder sein Lieblingskaninchen jagen wollte. Sobald wir uns die Disziplin angewöhnt hatten, einen Schritt nach dem anderen zu tun, kamen wir schnell voran. Lange vor der Mittagspause hatten wir das Problem so gut spezifiziert, dass nun alle davon überzeugt waren, dass dieser Mechanismus, auch wenn sie ihn nicht verstanden, sicher anders war als das, was sie bisher gesehen hatten. Wir begannen, eine Mittagspause einzulegen, aber niemand wollte das Brainstorming unterbrechen; wir waren auf einem guten Weg. Etwa eine Stunde später erzielten wir einen großen Durchbruch. Wir waren dabei, eine der "Dimensionen" in der Problemspezifikation zu beantworten, die sich mit dem "Ausmaß" des Problems befasst und unter anderem die Frage "Was ist der Trend?" stellt. Zu diesem Zeitpunkt fiel mir etwas in den Daten auf, und ich bat den Verfahrenstechniker der Anlage, eine einfache Darstellung der Veränderung der Wärmeübertragungsverluste im Laufe der Zeit zu erstellen und sie auf demselben Diagramm wie die Reaktorausgangstemperatur im Laufe der Zeit darzustellen. Heureka!!!

Ich habe festgestellt, dass es zwei große Fallstricke gibt, die einer guten Problemlösung im Wege stehen. Interessanterweise ist eine dieser beiden Fallen nicht die Schwierigkeit, Lösungen zu finden. Vielmehr handelt es sich dabei um eine unzureichende Problemdefinition und das Fehlen eines disziplinierten, strukturierten Ansatzes für die Problemlösung. - Wie man Lean Manufacturing einführt

Wir haben etwas gefunden. Auch wenn die Daten stark verrauscht waren, konnten wir Mitte Februar einen wichtigen Wendepunkt erkennen. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich etwas verändert. Dies gab uns ein klares Bild von einer "Unterscheidung", und jeder wusste, dass wir an etwas dran waren. Wir füllten die Spezifikation in allen vier Dimensionen des "Was, Wo, Wann und Ausmaß" aus und gingen zu den "möglichen Ursachen" über. Jetzt floss die Logik schneller, als wir sie dokumentieren konnten, und wir konzentrierten uns schnell auf die "wahrscheinlichste Ursache". Es war nun ganz klar, dass der Temperaturabfall im Reaktor der entscheidende Punkt war. Schon bald konnten wir die niedrige Temperatur mit einem niedrigeren Schwefelgehalt in der Beschickung in Verbindung bringen als erwartet. Da es sich um eine exotherme Reaktion handelt, führten die niedrigeren Schwefelgehalte in der Beschickung zu einem Absinken der Austrittstemperaturen. Wir konnten bestätigen, dass dies zur Ablagerung von Ammoniumchlorid und anderen Salzen führte. Diese Salze waren ein bekanntes Problem, aber sie waren noch nie in so hohen Konzentrationen und auch nicht so weit stromaufwärts im Reaktorauslass zu sehen gewesen. Durch die niedrigeren Austrittstemperaturen konnten sich die Salze nun in den F/E-Austauschern ablagern und nicht mehr weiter stromabwärts. Als vorübergehende Lösung beschlossen wir, die Eintrittstemperatur zu erhöhen, bis die Austrittstemperatur über der Salzsublimationstemperatur lag. Es war inzwischen Nachmittag, und während einige von uns die Dokumentation fortsetzten, gingen zwei Ingenieure in die Anlage, um unsere Hypothese zu überprüfen.

Die Ergebnisse

Zunächst erhöhten sie die Einlasstemperaturen, und innerhalb einer Stunde konnten sie feststellen, dass die Tauscherwirkungsgrade gestiegen waren. Wir hatten die Lösung bestätigt. Zweitens senkten die Ingenieure in den nächsten Tagen in einem kontrollierten Experiment die Temperatur und erhöhten sie wieder, um zu bestätigen, dass wir eine Abhilfemaßnahme entwickelt hatten. Drittens schließlich erhöhten wir die Reaktorauslasstemperatur erheblich, um die Wärmetauscher "einzuweichen", um zu sehen, ob wir die Tauschereffizienz verbessern konnten; es funktionierte und wir holten einen Teil der Verluste zurück, da einige Salze sublimierten. Nach weiteren Analysen meldeten wir, dass wir das Problem gefunden hatten und die Anlage mit geringem Energieaufwand bis zur nächsten planmäßigen Abschaltung laufen lassen konnten. Die Problemlösung und Entscheidungsfindung war ein Erfolg. In der nächsten Woche überprüfte das Team das Projekt, begann mit der Arbeit an den Folgemaßnahmen und führte eine formelle Analyse der potenziellen Probleme durch. Die Anwendung der systematischen Problemlösungstechnik auf dieses Problem war ein großer Erfolg, der eine millionenschwere Notabschaltung und ungezählte Millionen an entgangenen Gewinnmöglichkeiten ersparte.

Wenn Sie eines meiner beiden Bücher, How to Implement Lean Manufacturing oder Lean Refining - How to Improve Performance in the Oil Industry, gelesen haben, werden Sie eine sehr wichtige Aussage von mir bemerken. Diese Aussage wird überraschenderweise von der Mehrheit NICHT geteilt, wird aber von den Experten klar verstanden und wird für diejenigen, die sie ignorieren, zu einer schmerzhaften Realität.

Ich habe festgestellt, dass es zwei große Fallstricke gibt, die einer guten Problemlösung im Wege stehen. Interessanterweise ist eine dieser beiden Fallen nicht die Schwierigkeit, Lösungen zu finden. Vielmehr handelt es sich dabei um eine unzureichende Problemdefinition und das Fehlen eines disziplinierten, strukturierten Ansatzes zur Lösung des Problems.

Die Kepner-Tregoe (KT)-Methode ist die beste, die ich je gesehen habe, um diese beiden Probleme anzugehen.

Problemstellung

Erstens ist die Problemstellung nicht einfach nur eine Feststellung, sondern sie wird durch die vier Dimensionen, die KT als "Box in the problem" bezeichnet, weiter spezifiziert. Diese vier Dimensionen sind:

  • Was ist das Problem?
  • Wo liegt das Problem?
  • Wann liegt das Problem vor? Und
  • Welches Ausmaß hat das Problem?

So wirkungsvoll dies auch ist, um ein Verständnis der Situation zu erlangen, es gibt noch einen weiteren Aspekt der Spezifikation. Wenn Sie beginnen, jedes Problem zu spezifizieren, indem Sie fragen, "was, wo, wann und in welchem Umfang" das Problem besteht, schließt die KT-Methode den Teil "ist nicht" ein, und das ist einfach genial. Wenn Sie beispielsweise ein Problem haben, das mit einer bestimmten Art von Fehlern zu tun hat, haben Sie wahrscheinlich eine kleine Anzahl von Fehlern, die Sie bei der Definition dieser vier Dimensionen verwenden können. Sobald Sie jedoch die Analyse "ist nicht" einbeziehen, vergrößert sich die Größe Ihrer Datenbank dramatisch. Nehmen wir zum Beispiel an, Sie haben Probleme bei einem Fräsvorgang und fünf Fräsmaschinen arbeiten parallel. Sie fragen sich, woher der Fehler kommt? Dann führt jemand eine Analyse durch und Sie stellen fest, dass die Fehler nur auf Fräse D auftreten. Dann stellen Sie die Frage: Wo könnten wir fehlerhafte Teile herstellen, tun es aber nicht? Und die Antwort lautet nun: Mühle A, Mühle B, Mühle C und Mühle E. Das führt zur nächsten KT-Frage, die Sie auffordert, die Unterschiede und Unterscheidungen zu beschreiben. Jetzt werden alle fünf Fabriken zu einer Quelle von Problemlösungsdaten ... und voila, Sie haben Ihre Chancen, die Ursache zu finden, erheblich verbessert. Obwohl KT sagt, dass sie die Problemspezifikation mit den vier Dimensionen verbessern, sage ich, dass sie 8 Dimensionen haben, die zur Problemspezifikation führen, wenn Sie die Option "ist nicht" für jede Dimension berücksichtigen.

Man hat mir schon oft gesagt, dass ein gut definiertes Problem 50% gelöst ist. Ich finde vielmehr, dass ein gut definiertes Problem eher 90% gelöst ist, und ich habe noch kein Verfahren zur Problemdefinition gesehen, das auch nur annähernd der KT-Methodik entspricht.

Strukturierter Ansatz

Typische Problemlösungen sind zu oft "erst schießen und dann zielen". Oder anders ausgedrückt: Ein CEO fragte mich, nachdem er gesehen hatte, wie wir ein kniffliges Problem lösten, das eine seiner Raffinerien jahrelang geplagt hatte: "Warum haben wir scheinbar die Zeit und die Ressourcen, es immer wieder zu tun, aber nicht die Zeit, es beim ersten Mal richtig zu machen?" Ich habe keine einfachen Antworten auf diese Fragen, aber ich finde, dass die Antwort irgendwo in den Themen Konzentration, Disziplin und Reife liegt.

Das weiß ich mit Sicherheit. Ihre Chancen, gute Entscheidungen zu treffen, die wahren Ursachen zu finden und künftige Probleme zu vermeiden, liegen ganz klar bei Menschen, die über fundierte Prozesskenntnisse verfügen und einen strukturierten Ansatz verwenden. Auch hier ist die KT-Methode jeder anderen Methode, die ich verwendet habe, überlegen. Mit einer klaren Problemspezifikation zu beginnen und die logische Analyse zu nutzen, um die Grundursache zu finden, ist nur der Anfang. Selbst wenn nur ein Problem gefunden wird, gibt es fast immer viele Möglichkeiten, es zu lösen. Dies erfordert die Entscheidungsanalyse (DA), ein weiteres Grundelement der KT. Schließlich sind alle Entscheidungen mit Risiken behaftet, und es gibt mögliche künftige Probleme, die die KT-Methodik mit der Analyse potenzieller Probleme (PPA) angeht. Wäre in dem soeben untersuchten Fall vor diesem Durchlauf die KT-PPA angewandt worden, wäre die Situation, mit der sie konfrontiert waren, höchstwahrscheinlich nie eingetreten. Als wir das Team in die PPA als Teil der Lösung einführten, diskutierten wir dies.

Ich fragte das Team: "Warum haben wir das nicht anhand der Änderungen bewertet, die sieben Monate zuvor vorgenommen worden waren?" Die Antworten waren nicht sehr beeindruckend, und meistens waren sie irgendwo zwischen begeistert, dass wir dieses Problem gelöst hatten, und beschämt, dass es sieben Monate gedauert hatte, bis sie erkannten, dass sie versuchten, das falsche Problem zu beheben - vor allem, da wir mit demselben Team und denselben Daten dies in weniger als einem Tag erledigt hatten. Aber jetzt gab es eine neue Energie, da sie gesehen hatten, wie die WT-Methodik sie bei ihren täglichen Aktivitäten unterstützen konnte.

Einige Wochen später leitete der LS-Programmmanager eine weitere KT-Problemlösungssitzung an. Wieder lösten sie in einer Sitzung ein scheinbar unlösbares Problem, das sie monatelang geplagt hatte.

Was ist mit Lean Manufacturing?

Schlanke Produktion ist - die Schaffung einer Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und des Respekts für die Menschen. Und das "Mittel zu Lean" ist -

  • Lösen Sie Probleme auf dem Weg zum Idealzustand;
  • Durch die vollständige Beseitigung von Abfällen;
  • Einsatz engagierter Arbeitskräfte.

Sie werden feststellen, dass alles mit der Lösung von Problemen beginnt. Die Vitalität und der Erfolg jeder schlanken Umstellung hängt buchstäblich von der Fähigkeit ab, Probleme zu definieren und zu lösen. Obwohl die KT-Technik zu meinen Favoriten gehört, verwende ich auch andere Problemlösungstechniken wie die Sechs Fragen der kontinuierlichen Verbesserung (siehe www.qc-ep.com), die statistischen Werkzeuge von Six Sigma, die Five Whys, die Shainin-Tools und andere. Wenn ich jedoch ein wirklich schwieriges, wirklich großes oder wirklich folgenschweres Problem habe, wie es in einer Ölraffinerie häufig vorkommt, verlasse ich mich darauf, dass die KT-Methode zu Ergebnissen führt ... und das tut sie auch, so wie in diesem Fall.

Schlankes Refining und die Kepner-Tregoe-Methode

Ich wende den KT-Prozess seit den frühen 70er Jahren an, als ich zunächst als Ingenieur für Chevron tätig war. Später als Manager habe ich meinen Vorgesetzten die Anwendung dieser Methoden beigebracht, und wir schickten Manager zu den KT-Schulungen, damit wir jemanden in der Belegschaft hatten, der den Prozess auffrischt und konsequent anwendet. Als ich das Buch "Lean Refining - How to Improve Performance in the Oil Industry" (Industrial Press, 2017) schrieb, das sich mit der Anwendung von Strategien, Taktiken und Fähigkeiten der schlanken Produktion in der Ölindustrie befasst, stellte ich fest, dass Raffinerien sofort sechs kritische Kompetenzbereiche schaffen oder erweitern müssen.

Die sechs anfänglichen Kompetenzschwerpunktbereiche sind:

  • Leiterschaft
  • HK-Planung
  • Leiter Standardarbeit
  • Lösung von Problemen
  • Statistische Techniken
  • Sitzungsmanagement und Sitzungsmoderation

Später im Text sage ich zur Problemlösung:

"...die WT-Methode sollte einem breiten Spektrum von Mitarbeitern vermittelt werden. Alle Ingenieure, Manager und diejenigen, die speziell mit der Problemlösung beauftragt sind, sollten eine WT-Schulung erhalten. Mit der Zeit wird ein Lean-Support-Team zusammengestellt, und alle diese Mitglieder müssen WT-kompetent sein. Darüber hinaus sollten Sie mindestens einen KT-zertifizierten Trainer für die Einrichtung haben.."

Ein letztes Wort zur WT-Methodik

Der KT-Prozess fördert einen weiteren Gewinn, den ich oft gesehen habe; dennoch wird er selten diskutiert. Nachdem jemand den Prozess durchlaufen hat, ist er fast durchgängig sowohl von dem Prozess als auch von den Ergebnissen beeindruckt. Leider habe ich schon oft im Kontrollraum gesessen, wenn wir nicht den Luxus hatten, uns mit einem Team von talentierten Leuten zusammenzusetzen, um die Spezifikation auszufüllen, mögliche Ursachen zu entwickeln und ein Problem zu lösen. Das Problem lag direkt vor unseren Augen und wir mussten in den nächsten Minuten handeln, sonst würde es ernsthafte Probleme geben. Ich stellte fest, dass diejenigen, die den KT-Prozess regelmäßig praktizierten, in dieser Art von Krise sowohl schneller als auch klarer denken konnten. Wenn man die Methodik befolgt, erhält man nicht nur bessere Antworten, sondern lernt auch, in einem klaren, logischen und integrierten Prozess zu denken, der einem bei jedem Problem hilft, dem man irgendwo begegnen kann.

Bei jeder schlanken Umstellung, insbesondere in einer Ölraffinerie, ist ein Schlüssel zum Erfolg die Fähigkeit, Probleme zu lösen. Wenn es darum geht, wichtige Probleme zu lösen, um bessere Lösungen zu finden, bessere Entscheidungen zu treffen und zukünftige Probleme zu vermeiden, kenne ich kein System, das der KT-Methodik überlegen ist. In einer Raffinerie, in der ständig große, komplexe und folgenschwere Probleme auftreten, sollten die KT-Fähigkeiten umfassend genutzt und unterstützt werden. Das wird einen bedeutenden Unterschied machen, wenn Sie versuchen, die Lean-Strategien, -Taktiken und -Fähigkeiten anzuwenden und daran arbeiten, Ihre Anlage zu einer Weltklasse-Performance zu machen.


Lonnie Wilson ist der Autor von How to Implement Lean Manufacturing (McGraw Hill 2009, 2015), das kürzlich von der Peking-Universität und McGraw Hill ins Chinesische übersetzt wurde. Er ist auch der Autor von Lean Refining: How to Improve Performance in the Oil Industry (Industrial Press, Inc. 2017). Lonnie ist Gründer von Quality Consultants in El Paso, TX, und war 20 Jahre lang im Raffineriemanagement bei Chevron tätig. Zusätzlich zu seinem Fachwissen in den Bereichen Bewertung, Gestaltung von Veränderungen und Schulung in der schlanken Produktion ist Lonnie ein erfahrener Problemlöser, Six Sigma Master Blackbelt und Ausbilder. In seiner nicht ganz so freien Zeit ist Lonnie ein begeisterter Leser und Fußballfan. Wenn Sie auf der Suche nach guten Büchern über Lean oder verwandte Bereiche sind, schauen Sie sich "Lonnies Bibliothek" auf seiner Website an, www.qc-ep.com. Er verfügt nicht nur über eine umfangreiche Bibliothek, sondern jedes Buch wird auch kritisch kommentiert. Wenn Sie über diese Themen oder über Fußball sprechen möchten, rufen Sie ihn einfach an.

Über KT

Kepner-Tregoe hat Tausende von Unternehmen in die Lage versetzt, Millionen von Problemen zu lösen. KT bietet einen datengesteuerten, konsistenten, skalierbaren Ansatz für Kunden in den Bereichen Betrieb, Fertigung, IT-Service-Management, technischer Support sowie Lernen und Entwicklung. Wir befähigen Sie, Probleme zu lösen. KT bietet eine einzigartige Kombination aus Kompetenzentwicklung und Beratungsdiensten, die speziell darauf ausgerichtet sind, die Ursache von Problemen aufzudecken und organisatorische Herausforderungen dauerhaft zu lösen. Unser Ansatz zur Problemlösung liefert messbare Ergebnisse für jedes Unternehmen, das Qualität und Effektivität verbessern und gleichzeitig die Gesamtkosten senken möchte.

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