Entwicklung eines SIMS - Storage Integrity Management Systems für Untergrundgasspeicher Dr. Volker Busack Geschäftsführer VNG Gasspeicher GmbH UGS-Konferenz

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


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





3. Vorgehensweise




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





3. Vorgehensweise




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


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)



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



Bewertungskriterium Risiko


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


Risikomatrix als Grundlage (Wirtschaftlichkeit)


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


Risikomatrix als Grundlage (Sicherheit + Umwelt)


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






3. Vorgehensweise




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


Basisbewertung in Bestandsliste

SIMS – Storage Integrity Management System4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS


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



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




• 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





3. Vorgehensweise




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


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


Ablauf


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 System

BACK UP



DIN EN 1634 – Analogie zur Anlagenintegrität


Kontinuierliche Überwachung

Genehmigung

Hersteller-vorgaben

Betreiber-erfahrung

Dokumente

Wartung

Inspektion

Reparatur

Messdaten

Prozessdaten/Betriebsdaten

Kontinuierliche Überwachung: Schnittstellen + Anforderungen




Bewertungsbeispiel Gasaufbereitung GT2 / Heater H-11



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• …


Aufbau eines Firmenmanagementsystems



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



Ergänzende Bewertungsmethoden: Signalbasierte Diagnose

Beispiel Kolbenverdichter: Langzeittrends der Absenkung einer Kolbenschubstange (Hinweis auf Verschleiß der Kolbentragringe) und Abgleich mit zwei Warnschwellen (PROGNOST-NT)



• 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



SAP-EAM / SAP-PM

Aktion

SIMSKontinuierlich

eBewertung

Verfahrens-technische Steuerung

Rechtlicheund

technische Belange

Entscheidungsalgorithmen_________________Acron / Zedas /

etc.Daten

Struktur „Technische Integrität“


Notwendige Arbeitsschritte:

• Schaffung einer zukünftigen SIMS-Modellstruktur

IT-Systemlandschaft, Schnittstellen,

Datenbanken, Störungsmanagement etc.

Documents

Entwicklung eines SIMS - Storage Integrity Management Systems für Untergrundgasspeicher Dr. Volker Busack Geschäftsführer VNG Gasspeicher GmbH UGS-Konferenz