Chemie + Rohstoffe

Pumpen, Dampfnetze, Lagertanks und Reaktoren laufen in der Chemie- und Rohstoffindustrie rund um die Uhr, oft in Ex-Bereichen und in Anlagen, die Jahrzehnte alt sind. Ausfälle sind teuer und können gefährlich werden, gleichzeitig wachsen die Nachweispflichten. IoT-Sensoren lassen sich nachrüsten, ohne in das Prozessleitsystem einzugreifen: Sie melden Zustand, Füllstand und Energieverbrauch per Funk und machen Wartung planbar. Hier findest du Lösungsbeispiele, die in Chemieanlagen und Chemieparks bereits laufen.

Chemie 4.0: Was IoT in Chemieanlagen heute schon leistet

Mit Chemie 4.0 ist die Digitalisierung der chemischen Industrie gemeint: Anlagen, Maschinen und Lager liefern ihre Zustandsdaten selbst, statt dass jemand sie bei Rundgängen abliest. In der Praxis beginnt das selten mit der großen Plattform, sondern mit einem konkreten Problem: einer Pumpe, die immer wieder ausfällt, einem Dampfnetz, das mit zu viel Puffer gefahren wird, oder einem Tanklager, dessen Füllstände niemand in Echtzeit kennt.

Die Chemie- und Rohstoffindustrie stellt dabei besondere Anforderungen. Prozesse laufen rund um die Uhr, oft in explosionsgefährdeten Bereichen, und viele Anlagen sind Jahrzehnte alt. IoT-Lösungen müssen deshalb nachrüstbar sein, ATEX-zertifizierte Geräte bieten und dürfen die Leittechnik nicht gefährden. Die folgenden Anwendungen haben Betreiber in Chemieanlagen und Chemieparks bereits umgesetzt.

Typische IoT-Anwendungen in der Chemie- und Rohstoffindustrie

Predictive Maintenance für Pumpen und rotierende Maschinen

Pumpen, Motoren, Verdichter und Rührwerke sind die häufigsten Ausfallursachen in Chemieanlagen. Batteriebetriebene Vibrations- und Temperatursensoren werden außen am Gehäuse befestigt und senden ihre Messwerte per LoRaWAN®. Die Auswertung erkennt Unwuchten oder Lagerschäden, bevor die Maschine stillsteht. Im CHEMPARK hat CURRENTA so die Flusswasserpumpen im Werk Krefeld-Uerdingen überwacht: 70 % weniger Stillstand und 30 % längere Lebensdauer. Mehr zum Use Case Vibrations- und Schwingungsüberwachung.

Dampfnetze und Dampffallen überwachen

Dampf ist an vielen Chemiestandorten der wichtigste Energieträger. Weil Messpunkte im Netz fehlen, fahren Kraftwerke meist mit einem thermischen Sicherheitspuffer. Dampffallen werden oft nur einmal im Jahr geprüft, eine defekte Falle kann so bis zu elf Monate unbemerkt Dampf verlieren. Beim Dampfnetz-Monitoring mit LoRaWAN® melden Funksensoren Netztemperaturen und den Zustand der Dampffallen laufend. Mit einem digitalen Zwilling des Dampfnetzes senkt CURRENTA die Einspeisetemperatur um bis zu 20 °C bei gleicher Dampfgüte.

Leckageerkennung bei Dampf, Druckluft und Medien

Leckagen kosten Energie und können sicherheitskritisch werden. Sensoren an Leitungen, Dampffallen und Druckluftnetzen erkennen Druckabfall, Temperaturänderungen oder Ultraschallsignale und schlagen Alarm, bevor ein Rundgang die Stelle findet. Ein Beispiel ist die IoT-Druckluftüberwachung, weitere Umsetzungen zeigt der Use Case Leckage-Erkennung.

Tanküberwachung und Füllstandsmessung

Chemikalien, Rohstoffe und Zwischenprodukte lagern in Tanks, Silos und IBC-Containern, oft verteilt über große Flächen oder beim Kunden. Telemetrie-Einheiten messen den Füllstand und senden ihn per Mobilfunk oder Funk an eine Plattform. So werden Bestellungen und Touren automatisch geplant und Überfüllungen verhindert. Bei der Fernüberwachung von Öl-, Gas- und Chemietanks sinken die Lieferkosten um bis zu 30 % pro Liter. Mehr zur Füllstands- und Distanzmessung.

Prozessüberwachung an Reaktoren, Öfen und Anlagen

Bei Reaktoren und Öfen entscheidet der Zustand der Ausmauerung über die Laufzeit. Air Liquide überwacht in Stade einen neuen Reaktor, der bei rund 30 bar und über 1000 °C arbeitet, mit Thermalkamera und IoT-Gateway und bindet die Daten ins Prozessleitsystem ein: Wartung nach Zustand statt Anlagenstopp. Bei Daubert Chemical hat eine Prozessvisualisierung in der Chemieproduktion die Zahl der ungelösten Probleme um 75 % gesenkt.

Chargenverfolgung und Rückverfolgbarkeit

Für Rezeptur- und Chargenfertigung muss nachvollziehbar sein, welche Rohstoffcharge in welchem Produkt steckt. Werden Dosieranlagen und manuelle Waagen an ein zentrales System angebunden, entstehen die Chargendaten automatisch und landen direkt im ERP. So hat es die Epple Druckfarben AG umgesetzt: digitale Chargenverfolgung mit ERP-Integration. Mehr zur Charge- und Batch-Traceability.

Energiemonitoring und CO₂-Reduktion

Chemische Prozesse und die Kunststoffverarbeitung brauchen viel Energie. Zähler und Sensoren je Anlage zeigen, wo sie verbraucht wird, und liefern die Daten für Energiemanagement und CO₂-Bilanz. In der Kunststoffverarbeitung sank der Energieverbrauch pro Spritzgussteil um 11 %. Bei Air Liquide in Stade steigt die Energieeffizienz der modernisierten Anlage um etwa 15 %, die CO₂-Emissionen sinken um rund 15.000 Tonnen im Jahr. Mehr zum IoT-gestützten Energiemanagementsystem und zur Emissionsüberwachung von Gasen und Fluiden.

IoT im Chemiepark: Bestandsanlagen nachrüsten statt neu bauen

In Chemieparks und großen Industriearealen verteilen sich Pumpen, Leitungen, Tanks und Versorgungsanlagen über viele Hektar. Neue Kabel zu jedem Messpunkt zu ziehen, lohnt sich dort selten. Deshalb setzen Betreiber im Brownfield auf batteriebetriebene Funksensoren: Ein standortweites LoRaWAN®-Netz mit wenigen Gateways deckt ein ganzes Areal ab, die Sensoren laufen jahrelang ohne Batteriewechsel.

Der zweite Punkt ist die Leittechnik. Zustandsdaten für Wartung und Energie brauchen keinen Eingriff in das Prozessleitsystem. Nach dem Prinzip der NAMUR Open Architecture laufen sie über einen eigenen Kanal zur Plattform, während Steuerung und Sicherheitsfunktionen unverändert bleiben. Das gilt auch für entlegene Anlagen: An Öl- und Gasbohrungen erfasst WIKA den Ringraumdruck per Funk und reduziert die Begehungen um mehr als 75 %. Mehr zu LoRaWAN-Lösungen.

Ex-Schutz, Feldebene und OT-Sicherheit

Wo explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, dürfen nur dafür zugelassene Geräte arbeiten. Viele Funksensoren für Vibration, Temperatur und Druck gibt es deshalb in ATEX-zertifizierten Ausführungen, die Sensoren im Dampfnetz-Beispiel halten Oberflächentemperaturen bis 500 °C aus. Für die Feldebene bringt Ethernet-APL Ethernet bis in den Ex-Bereich, mit Strom und Daten auf zwei Adern und bis zu 1000 Metern Leitungslänge: Ethernet-APL in der Prozessindustrie.

Je mehr vernetzt ist, desto wichtiger wird die Sicherheit der Betriebstechnik. Ein Chemiekonzern hat seine OT-Netze erst passiv analysieren lassen und überwacht die Kommunikation der Leittechnik seitdem auf Angriffe und Fehlerzustände: Sicherheitsmonitoring in der Chemieproduktion.

So startest du ein IIoT-Projekt in einer Bestandsanlage

Beginne mit einem Asset, dessen Ausfall oder Verlust du beziffern kannst, etwa einer kritischen Pumpe, einem Dampfnetzabschnitt oder einem Tanklager. Kläre früh, ob Geräte in einer Ex-Zone sitzen, wie die Daten den Standort verlassen dürfen und wer im Betrieb auf einen Alarm reagiert. Ein Pilot mit wenigen nachgerüsteten Sensoren zeigt in einigen Wochen, ob die Daten tragen. Danach wird die Lösung auf weitere Anlagen übertragen, meist über dasselbe Funknetz und dieselbe Plattform.

IIoT-Anbieter mit Referenzen in der Chemie finden

Alle Lösungsbeispiele auf dieser Seite nennen den Umsetzungspartner, die eingesetzte Technik und meist auch den Anwender, darunter CURRENTA im CHEMPARK, Air Liquide, Aurubis und Epple Druckfarben. So siehst du, wer ein vergleichbares Projekt in einer Chemieanlage bereits umgesetzt hat. Wenn du dein Vorhaben über das Kontaktformular kurz beschreibst, stellen wir den Kontakt zu passenden Anbietern her.