Entwicklung eines SIMS - Storage Integrity Management Systems für Untergrundgasspeicher Dr. Volker...
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Entwicklung eines SIMS - Storage Integrity Management Systems für UntergrundgasspeicherDr. Volker BusackGeschäftsführer VNG Gasspeicher GmbH
UGS-Konferenz23./24. September 2013, Radebeul
© VNG Gasspeicher GmbH 2
1. Ausgangssituation
2. Motivation für ein SIMS
3. Vorgehensweise
4. Praxisbeispiel für einen UGS mit Basisbewertung
5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
SIMS – Storage Integrity Management SystemÜberblick
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SIMS – Storage Integrity Management System1. Ausgangssituation
Ausgangssituation bei VGS:
• Für untertägige Anlagen der UGS ist bereits ein Integritätsmanagement installiert.
Dies soll nun auch für die obertägigen Anlagen der UGS entwickelt werden.
• Aktuell werden zur Nachweisführung eines sicheren Betriebes und der technischen Integrität der Obertageanlagen verschiedene Quellen genutzt:
Sicherheitsbeurteilungen
Maschinenbericht
Störungsauswertung
Wartungsdokumentation
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SIMS – Storage Integrity Management SystemÜberblick
1. Ausgangssituation
2. Motivation für ein SIMS
3. Vorgehensweise
4. Praxisbeispiel für einen UGS mit Basisbewertung
5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
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Zielstellungen
• Entwicklung eines Bewertungssystems zum kontinuierlichen Nachweis der Integrität der technischen Anlagen (hier speziell für Obertageanlagen von UGS)
genehmigungsrechtlich, technisch, wirtschaftlich
• Zustandsorientierte Instandhaltung (ZOI)
• Optimierte Steuerung von Investitionen, Instandhaltung und sonstiger technischer Prozesse
Prüf- und Wartungsintervalle, Ersatzteilmanagement
• Differenzierte Bewertung nach den Kriterien Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz
• Mittel- und Langfristplanung für Ertüchtigung und Erneuerung der Anlagen
Nachvollziehbare Begründung der Entscheidungen
SIMS – Storage Integrity Management System2. Motivation für ein SIMS
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SIMS – Storage Integrity Management SystemÜberblick
1. Ausgangssituation
2. Motivation für ein SIMS
3. Vorgehensweise
4. Praxisbeispiel für einen UGS mit Basisbewertung
5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
© VNG Gasspeicher GmbH 7
Anforderungen an ein SIMS:
• Vollständige Bewertung aller relevanten Anlagenteile
• Einsatz von geeigneten, objektiven Bewertungssystemen
• Erfassung aller aussagekräftigen Daten aus einem Datenmanagementsystem
• Festlegung von Grenzwerten
• Aufstellen von Mengengerüsten zur Strukturierung des Anlagenumfangs
= grundsätzlicher Handlungsbedarf (allgemein)
• Abgleich mit der Erfahrung des Betreibers und Festlegung von Maßnahmen
= wirklicher Handlungsbedarf (standort- und anlagenspezifisch)
SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
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Vorgehensweise zur Einführung eines SIMS:
• Risikobasierte Zustandsbewertung auf Grundlage von Risikomatrizen als grundlegende Basisbewertung
• Bewertung aller relevanten Komponenten
ca. 1.000 bis 3.000 pro Anlage
• Festlegung der Grenzwerte für Eintrittswahrscheinlichkeit (POF) und Auswirkungen (COF) auf Grundlage von Literatur und der Betreibererfahrung
• Nachvollziehbarer Weg zu den Bewertungsergebnissen
klares Mengengerüst
• Umsetzung in einen Maßnahmenkatalog
• Begründung für eine kontinuierliche Bewertung
• Ergänzung der Anwendung der Risikomatrizen mittels Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (FMEA)
SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
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MaßnahmenInspektionen, Instandsetzung,
Verbesserungen, Redesign, etc.
Mengengerüst
Für relevante Komponenten: ● Basisbewertung ● Kontinuierliche Überwachung
Messdaten/Betriebsdaten
(Prozessleitsystem/SAP)
Grenzwerte(Betreibererfahrung, modellbasiert,
statistische Methoden)
SIMS – Storage Integrity Management SystemUmsetzung
Bewertung
Unternehmensvorgaben
Anlagendokumentation;Vorgaben für Instandhaltung (Hersteller + Genehmigung)
Datenmanagement + Datenarchivierung (Betriebsdaten, Inspektionsdaten, etc.)
Dokumentenmanagement System (DMS)
SIMS – Storage Integrity Management System3. VorgehensweiseStruktur
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SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
Bewertungskriterium Risiko
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A B C D E F≤ 1:30.000≤ 3 x 10-5
1:3.000= 3 x 10-4
1:300= 3 x 10-3
1:30= 3 x 10-2
1:3= 3 x 10-1
≥ 3:1≥ 3 x 100
RisikogruppeWirtschaftlichkeit/Verfügbarkeit
Vernach-lässigbar
Sehr niedrig Niedrig Mittel Hoch Sehr hoch
4 Sehr hoch 1 Mio. Euro ≤ COF A4 B4 C4 D4 E4 F4
3 Hoch100.000 EUR
≤ COF <1 Mio. EUR
A3 B3 C3 D3 E3 F3
2 Mittel10.000 EUR
≤ COF <100.000 EUR
A2 B2 C2 D2 E2 F2
1 Klein COF < 10.000 EUR A1 B1 C1 D1 E1 F1
Eintrittshäufigkeit POFRel. Häufigkeit (Ereignisse/Jahr)
Ausw
irkun
gen
COF
Technisch Integer / geringes RisikoBedingt technisch integer / mittleres Risiko
Nicht integer / hohes Risiko
SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
Risikomatrix als Grundlage (Wirtschaftlichkeit)
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A B C D E F≤ 1:30.000≤ 3 x 10-5
1:3.000= 3 x 10-4
1:300= 3 x 10-3
1:30= 3 x 10-2
1:3= 3 x 10-1
≥ 3:1≥ 3 x 100
RisikogruppeSicherheit /Gesundheit
RisikogruppeUmwelt
Vernach-lässigbar
Sehr niedrig Niedrig Mittel Hoch Sehr hoch
4 Sehr hoch Unfall mit TodesfolgeUnfall mit mehreren Todesfolgen
KatastrophalHohe Freisetzung von umweltgefährdenden
Stoffen, schwerwiegende dauerhafte Zerstörung des Habitats
A4 B4 C4 D4 E4 F4
3 HochSchwere Verletzung
Verlust von mehr als 10 Arbeitstagen; Möglichkeit von
bleibenden Beeinträchtigungen
SchwerFreisetzung von umweltgefährdenden Stoffen,
dauerhafter SchadenA3 B3 C3 D3 E3 F3
2 MittelVerletzung
(LTI)Verlust von bis zu 10 Arbeitstagen;keine bleibende Beeinträchtigung
ErnstÜberschreitung gesetzlicher Vorgaben,
schwierige Wiederherstellung / Hohe Kosten für Rekonstruktion
A2 B2 C2 D2 E2 F2
1 Klein
Leichte Verletzung(FAC,MTC) Erste-Hilfe-Behandlung /
Behandlung bei arbeitsbedingter Krankheit ohne oder mit Einschränkung der Arbeit aus gesundh. / medizinischen Gründen
Geringfügig - LeichtKurzfristige Auswirkung, geringfügige Frei-
setzung von umweltgefährdenden Stoffen, leichte Wiederherstellung / Geringe Kosten für
Rekonstruktion
A1 B1 C1 D1 E1 F1
Eintrittshäufigkeit Rel. Häufigkeit (Ereignisse/Jahr)
Ausw
irkun
gen
Technisch Integer / geringes RisikoBedingt technisch integer / mittleres Risiko
Nicht integer / hohes Risiko
SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
Risikomatrix als Grundlage (Sicherheit + Umwelt)
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Festlegung der Eintrittswahrscheinlichkeit (POF):
Erfahrung des Betreibers / Interviews
Regelmäßige Auswertung des Störungs-/ Ausfallgeschehens
Statistik/Literatur: – [HCRD]: Hydrocarbon Release Database, (UK)-Health and Safety Executive (HSE)
– [OREDA-1997+2009]: Offshore Reliability Data Handbook, 3rd edition 1997+5 th edition 2009, Vertrieb durch Det Norske Veritas
– [DREWITZ]: „Methodik zur Durchführung einer Quantitativen Risikoanalyse unter Berücksichtigung des Standes der Sicherheitstechnik bei Störfallanlagen in Deutschland“, Dissertation, 2011
– [API 581]: API Standard, Recommended Practice 581, Risk-based Inspection Technology (2nd edition 2008)
– [Red Book]: Report CPR-12E, Methods for determining and processing probabilities, Committee for the prevention of disasters, Netherlands, 2nd edition 1997
Berechnung möglicher Fehlerquellen bzw. Störstellen mit Softwareprogrammen/Bewertungstools
Materialfehler, Korrosion, Schweißnahtfehler
Festlegung der Auswirkungen (COF):
Ermittlung der Auswirkungen von Schäden und sonstige Betriebsstörungen in Bezug auf:
Störungs-/ Ausfallgeschehen
Wirtschaftlichkeit, Sicherheit/Gesundheit, Umwelt
SIMS – Storage Integrity Management System3. Vorgehensweise
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SIMS – Storage Integrity Management SystemÜberblick
1. Ausgangssituation
2. Motivation für ein SIMS
3. Vorgehensweise
4. Praxisbeispiel für einen UGS mit Basisbewertung
5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
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Technischer Platz (2. Ebene) kurz
Technischer PlatzBezeichnung
VOK06-AW1 AbwasseranlagenVOK06-BA1 Bauliche Anlagen/Allgemeine AusstattungVOK06-EE1 ElektroenergieanlagenVOK06-FP1 FeldpipingVOK06-GR1 GasreinigungsanlageVOK06-GT2 GasaufbereitungsanlageVOK06-HA1 HeizungsanlageVOK06-KO1 Anlagen für LaWa (Kondensatanlagen)VOK06-KV1 KolbenverdichteranlageVOK06-KV2 Luft-Verdichter/Steuerluft-AnlageVOK06-MR1 Mess- und RegelschienenVOK06-PL1 ProzessleitsystemeVOK06-QS1 QualitätssicherungVOK06-SI1 SicherheitstechnikVOK06-SP1 StationspipingVOK06-UT1 UntertageanlagenVOK06-WA1 Wasseranlagen
SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGSBestandsaufnahme der Komponenten und Prozesseinheiten
Bestandsliste (vor Wichtung): 1385 Komponenten
Basisbewertung: 1006 Komponenten
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Basisbewertung in Bestandsliste
SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
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Technischer Platz (2. Ebene) kurz Technischer Platz Gesamt-
bewertung
VOK06-AW1 Abwasseranlagen 1
VOK06-FP1 Feldpiping 1
VOK06-GR1 Gasreinigungsanlage 1
VOK06-GT2 Gasaufbereitungsanlage 2
VOK06-HA1 Heizungsanlage 2
VOK06-KO1 Anlagen für LaWa (Kondensatanlagen) 1
VOK06-KV1 Kolbenverdichteranlage 2
VOK06-KV2 Luft-Verdichter/Steuerluft-Anlage 2
VOK06-MR1 Mess- und Regelschienen 2
VOK06-QS1 Qualitätssicherung 1
VOK06-SI1 Sicherheitstechnik 1
VOK06-SP1 Stationspiping 2
VOK06-WA1 Wasseranlagen 1
Gesamtergebnis der Basisbewertung
SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
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Mengengerüst:
Anlagenteile mit Gesamtbewertung aus Basisbewertung und Bewertung aus verfahrenstechnischer Analyse mit Risiko „Gelb“: 65 von 1006 Komponenten
Maßnahmenkatalog:
Festlegung von Maßnahmen mit dem Betreiber und Abstimmung mit übergeordneten Maßnahmen
Beispiele für allgemeine Maßnahmen:
Rückbau oder Ersatzinvestition für Anlage | Teilanlage | Baugruppe
Lebensdaueranalyse
Aufbau von Redundanzen
Ersatzteile für Magazin beschaffen bzw. Beschaffung verkürzen
Verfügbarkeit von Serviceanbietern aktualisieren
Wartungsintervall verkürzen, Zusatzkosten nur infolge der Zwischentermine
Kostenschätzung für einen Zeitraum von 10 Jahren
Maßnahmenkatalog und Kostenschätzungen
SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
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SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
• Alter: 10 Jahre, im bisherigen Betrieb unauffällig
• Inspektionen: Innere Prüfung mit Ultraschall + Festigkeitsprüfung (Schallemission) alle 5 Jahre
• Szenario: Undichte in Rohrzylindereinheit und Ausfälle, keine Kompensation, Ausfall Regeneration + Gastrocknung, Reparatur
• Eintrittswahrscheinlichkeit POF: Berücksichtigung Betreibererfahrung, Prüfzyklen, OREDA-Handbuch 2009, Klasse D (2023) (1/30 Jahr-1)
• Risiko 2013 bzw. 2023: 2013 2023
Wirtschaftlichkeit: (maßgeblich)
Sicherheit/Gesundheit:
Umwelt:
Maßgebendes Gesamtrisiko:
• Ermittelte Maßnahmen:• Liste von Reparaturfirmen prüfen und ggf. aktualisieren• Wegen thermischer Beanspruchung Lebensdauer beachten (vorliegende Lebensdauerberechnung 15 Jahre):
Update• Erneuerung Rohrzylindereinheit
C2D3
D1
D1A2A1
Bewertungsbeispiel Gasaufbereitung GT2 / Heater H-11
D3D1
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SIMS – Storage Integrity Management SystemÜberblick
1. Ausgangssituation
2. Motivation für ein SIMS
3. Vorgehensweise
4. Praxisbeispiel für einen UGS mit Basisbewertung
5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
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Risikoanalyse
Risikobewertung
Risikominimierung
Festlegung von MaßnahmenEinführung der Maßnahmen
Überprüfung der Maßnahmen
Risiko ?
Ende
Risiko ?
Bewertungsmethode FMEA:
• Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (Failure Mode- and -Effect Analysis)
Bewährte induktive Methode in der Industrie
Genormt: IEC 60812/DIN EN 60812
• Priorisierung geeigneter Maßnahmen mittels Risiko
• Ingenieurbasierte Bewertung aus unterschiedlichen Fachdisziplinen
• Schematisiertes Verfahren: Einsatz von FMEA- Formularen
Alternativ:
• Datenbasierte Methoden als ergänzende Option bei vorhandenen und geeigneten Daten
• Signalbasierte Diagnose: Kontinuierliche Messdatenüberwachungen und Grenzwertabgleich
• Kontinuierliche datenbasierte Diagnose (neuronale Netze)
SIMS – Storage Integrity Management System5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
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Alle systemrelevanten Komponenten (~ 1.400 bis ~ 1.800 Komponenten)
Basisbewertung (~ 1.000 bis ~ 1.700 Komponenten)
Wichtung
UpdateBasisbewertung (~ 2-jährlich)
Kontinuierliche Überwachung
UpdateBasisbewertung (~ 5-jährlich)
Gru
ndbe
wer
tung
Bas
isbe
wer
tung
Kon
tinui
erlic
he B
ewer
tung
kritisch/ relevant unkritisch/ relevant unkritisch
nicht integer bedingt integer integer
SIMS – Storage Integrity Management System5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
Ablauf
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Umsetzung eines SIMS bei der VNG Gasspeicher GmbH:
• Entwicklung eines Prototypen für ein SIMS und Fortführung der Basisbewertungen auf weiteren UGS der VNG Gasspeicher GmbH
• Schaffung eines ganzheitlichen Systems zum Nachweis der Integrität der Obertageanlagen der UGS auf einer einheitlichen Bewertungsgrundlage
• Realistische Abbildung des Anlagenzustandes sowie der Risikofaktoren
• Nutzung der Zustandsbewertungen u. a. auch als Grundlage für die zukünftige Mittelfristplanung für erforderliche Maßnahmen an den technischen Anlagen
• Kopplung der Bewertungsergebnisse mit verfahrenstechnischen Festlegungen (Auswahl von Fahrwegen, Schnittstelle zur Untertagebewertung des Speichers)
• Optimierung der verfahrenstechnischen Prozesse unter den Aspekten Kosten, Effizienz und Langfristbewertung
• Einbindung des SIMS in ein umfassendes Risikomanagementsystem der VNG Gasspeicher GmbH
SIMS – Storage Integrity Management System5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
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SIMS – Storage Integrity Management System
BACK UP
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SIMS – Storage Integrity Management System
DIN EN 1634 – Analogie zur Anlagenintegrität
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Kontinuierliche Überwachung
Genehmigung
Hersteller-vorgaben
Betreiber-erfahrung
Dokumente
Wartung
Inspektion
Reparatur
Messdaten
Prozessdaten/Betriebsdaten
Kontinuierliche Überwachung: Schnittstellen + Anforderungen
SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
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SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS
Bewertungsbeispiel Gasaufbereitung GT2 / Heater H-11
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SIMS – Storage Integrity Management System5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS
Schaffung eines Risikomanagementsystems bei der VNG Gasspeicher GmbH:
Risikomanagementsystem der VGS
Technisches Integritätsmanagement SIMS
SMS UMSQMS AMS …
Kaufm.Systeme …
QMS = Qualitätsmanagementsystem
SMS = Sicherheitsmanagementsystem
UMS = Umweltmanagementsystem
AMS = Anlagenmanagementsystem
BPM = Business Process Management System
DMS = Dokumentenmanagementsystem
Anbindung anIT/DV-Systeme
• BPM-System• DMS• SAP• ZEDAS• Bewertungs-
tools• Störungs-
management• Datenbanken• …
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Aufbau eines Firmenmanagementsystems
SIMS – Storage Integrity Management System
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FMEA bietet vielversprechenden Ansatz:
FMEA mit zeitlicher Komponente und Kostenaspekt führt zu Risikogrößen RPZ/RPZ*
Ermittelt wird Risikoprioritätszahl RPZ und RPZ*
Parameter:
A: Auftretenswahrscheinlichkeit ( = f(t) )
B: Bedeutung
E: Entdeckungswahrscheinlichkeit
K: Folgekosten des Fehlers
K*: Kosten für Fehlervermeidung
RPZ = A x B x E x K ; RPZ* = A x B x E x K*
Wenn RPZ* > RPZ, ist Sinn der Fehlervermeidung fraglich
SIMS – Storage Integrity Management System
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Ergänzende Bewertungsmethoden: Signalbasierte Diagnose
Beispiel Kolbenverdichter: Langzeittrends der Absenkung einer Kolbenschubstange (Hinweis auf Verschleiß der Kolbentragringe) und Abgleich mit zwei Warnschwellen (PROGNOST-NT)
SIMS – Storage Integrity Management System
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• Lösungsansatz: Betrachtung verschiedener Parameter in einem Modell
• Statistische Verfahren = aktuelle Messwerte in Relation zu Referenz-/ Erfahrungswerten
• Beispiel: dreidimensionaler Merkmalsraum (P, T, Schwingungspegel)
Ergänzende Bewertungsmethoden: Multivariate Verfahren
SIMS – Storage Integrity Management System
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SAP-EAM / SAP-PM
Aktion
SIMSKontinuierlich
eBewertung
Verfahrens-technische Steuerung
Rechtlicheund
technische Belange
Entscheidungsalgorithmen_________________Acron / Zedas /
etc.Daten
Struktur „Technische Integrität“
SIMS – Storage Integrity Management System
Notwendige Arbeitsschritte:
• Schaffung einer zukünftigen SIMS-Modellstruktur
IT-Systemlandschaft, Schnittstellen,
Datenbanken, Störungsmanagement etc.