Entwicklung eines SIMS - Storage Integrity Management Systems für Untergrundgasspeicher Dr. Volker Busack Geschäftsführer VNG Gasspeicher GmbH UGS-Konferenz 23./24. September 2013, Radebeul

SIMS – Storage Integrity Management System Überblick 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

SIMS – Storage Integrity Management System 1. 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 © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System Überblick 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

SIMS – Storage Integrity Management System 2. Motivation für ein SIMS 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 © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System Überblick 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

SIMS – Storage Integrity Management System 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) © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System 3. 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) © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System 3. Vorgehensweise Struktur © VNG Gasspeicher GmbH 9

SIMS – Storage Integrity Management System 3. Vorgehensweise Bewertungskriterium Risiko Risiko = Eintretenswahrscheinlichkeit x Auswirkungen = Probability of Failure (POF) x Consequence of Failure (COF) Eintretenswahrscheinlichkeit (POF) für Ausfall/Versagen infolge: Undichte mit Austritt brennbarer oder umweltgefährdender/toxischer Medien und Folgereaktionen (Explosion, Brand, Verletzungen, Umweltverschmutzung, etc.) Sonstiger Betriebsstörungen bzw. Schäden © VNG Gasspeicher GmbH 10

SIMS – Storage Integrity Management System 3. Vorgehensweise Risikomatrix als Grundlage (Wirtschaftlichkeit) © VNG Gasspeicher GmbH 11

SIMS – Storage Integrity Management System 3. Vorgehensweise Risikomatrix als Grundlage (Sicherheit + Umwelt) © VNG Gasspeicher GmbH 12

SIMS – Storage Integrity Management System 3. Vorgehensweise 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+5th 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 © VNG Gasspeicher GmbH 13

SIMS – Storage Integrity Management System Überblick 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

Technischer Platz (2. Ebene) kurz SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Bestandsaufnahme der Komponenten und Prozesseinheiten Technischer Platz (2. Ebene) kurz Technischer Platz Bezeichnung VOK06-AW1 Abwasseranlagen VOK06-BA1 Bauliche Anlagen/Allgemeine Ausstattung VOK06-EE1 Elektroenergieanlagen VOK06-FP1 Feldpiping VOK06-GR1 Gasreinigungsanlage VOK06-GT2 Gasaufbereitungsanlage VOK06-HA1 Heizungsanlage VOK06-KO1 Anlagen für LaWa (Kondensatanlagen) VOK06-KV1 Kolbenverdichteranlage VOK06-KV2 Luft-Verdichter/Steuerluft-Anlage VOK06-MR1 Mess- und Regelschienen VOK06-PL1 Prozessleitsysteme VOK06-QS1 Qualitätssicherung VOK06-SI1 Sicherheitstechnik VOK06-SP1 Stationspiping VOK06-UT1 Untertageanlagen VOK06-WA1 Wasseranlagen Bestandsliste (vor Wichtung):  1385 Komponenten Basisbewertung:  1006 Komponenten © VNG Gasspeicher GmbH 15

SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Basisbewertung in Bestandsliste © VNG Gasspeicher GmbH 16

Technischer Platz (2. Ebene) kurz SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Gesamtergebnis der Basisbewertung Technischer Platz (2. Ebene) kurz Technischer Platz Gesamt- bewertung VOK06-AW1 Abwasseranlagen 1 VOK06-FP1 Feldpiping VOK06-GR1 Gasreinigungsanlage VOK06-GT2 Gasaufbereitungsanlage 2 VOK06-HA1 Heizungsanlage VOK06-KO1 Anlagen für LaWa (Kondensatanlagen) VOK06-KV1 Kolbenverdichteranlage VOK06-KV2 Luft-Verdichter/Steuerluft-Anlage VOK06-MR1 Mess- und Regelschienen VOK06-QS1 Qualitätssicherung VOK06-SI1 Sicherheitstechnik VOK06-SP1 Stationspiping VOK06-WA1 Wasseranlagen © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Maßnahmenkatalog und Kostenschätzungen  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 © VNG Gasspeicher GmbH 18

SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Bewertungsbeispiel Gasaufbereitung GT2 / Heater H-11 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 D1 D3 A2 C2 A1 D1 D1 D3 © VNG Gasspeicher GmbH 19

SIMS – Storage Integrity Management System Überblick 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

SIMS – Storage Integrity Management System 5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS 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) © VNG Gasspeicher GmbH 21

SIMS – Storage Integrity Management System 5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS Ablauf © VNG Gasspeicher GmbH 22

SIMS – Storage Integrity Management System 5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS 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 © VNG Gasspeicher GmbH

© VNG Gasspeicher GmbH

BACK UP SIMS – Storage Integrity Management System 25 © VNG Gasspeicher GmbH 25

SIMS – Storage Integrity Management System DIN EN 1634 – Analogie zur Anlagenintegrität © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Kontinuierliche Überwachung: Schnittstellen + Anforderungen © VNG Gasspeicher GmbH 27

SIMS – Storage Integrity Management System 4. Praxisbeispiel Basisbewertung UGS Bewertungsbeispiel Gasaufbereitung GT2 / Heater H-11 © VNG Gasspeicher GmbH 28

Risikomanagementsystem der VGS Technisches Integritätsmanagement SIMS SIMS – Storage Integrity Management System 5. Ausblick zur weiteren Entwicklung des SIMS Schaffung eines Risikomanagementsystems bei der VNG Gasspeicher GmbH: Anbindung an IT/DV-Systeme BPM-System DMS SAP ZEDAS Bewertungs- tools Störungs- management Datenbanken … Risikomanagementsystem der VGS Technisches Integritätsmanagement SIMS Kaufm. Systeme … QMS SMS UMS AMS … QMS = Qualitätsmanagementsystem SMS = Sicherheitsmanagementsystem UMS = Umweltmanagementsystem AMS = Anlagenmanagementsystem BPM = Business Process Management System DMS = Dokumentenmanagementsystem © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System Aufbau eines Firmenmanagementsystems © VNG Gasspeicher GmbH

SIMS – Storage Integrity Management System 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 © VNG Gasspeicher GmbH 31

Ergänzende Bewertungsmethoden: Signalbasierte Diagnose SIMS – Storage Integrity Management System Beispiel Kolbenverdichter: Langzeittrends der Absenkung einer Kolbenschubstange (Hinweis auf Verschleiß der Kolbentragringe) und Abgleich mit zwei Warnschwellen (PROGNOST-NT) © VNG Gasspeicher GmbH 32

Ergänzende Bewertungsmethoden: Multivariate Verfahren SIMS – Storage Integrity Management System Ergänzende Bewertungsmethoden: Multivariate Verfahren Lösungsansatz: Betrachtung verschiedener Parameter in einem Modell Statistische Verfahren = aktuelle Messwerte in Relation zu Referenz-/ Erfahrungswerten Beispiel: dreidimensionaler Merkmalsraum (P, T, Schwingungspegel) © VNG Gasspeicher GmbH 33

SIMS – Storage Integrity Management System SAP-EAM / SAP-PM Aktion SIMS Kontinuierliche Bewertung Verfahrens- technische Steuerung Rechtliche und technische Belange Entscheidungsalgorithmen _________________ Acron / Zedas / etc. Daten Struktur „Technische Integrität“ Notwendige Arbeitsschritte: Schaffung einer zukünftigen SIMS- Modellstruktur  IT-Systemlandschaft, Schnittstellen, Datenbanken, Störungsmanagement etc. © VNG Gasspeicher GmbH 34