Aplikace RCM na armaturní uzly plynové přepravní soustavy

Transkript

1 ELECTRIC POWER ENGINEERING 2009 Aplikace RCM na armaturní uzly plynové přepravní soustavy Tadeusz Sikora 1), Ivo Komorous 2), Stanislav Rusek 1), Radomír Goňo 1) 1) VŠB TU Ostrava, Katedra elektroenergetiky, 17. listopadu 15, Ostrava, Czech Republic tel: , 2) RWE Transgas Net, s.r.o., V Olšinách 75/2300, Praha 10 ivo.komorous@rwe.cz ABSTRACT V článku je popsána aplikace metodiky RCM (Reliability Centered Maintenance spolehlivostně orientované údržby) na jednu z nejdůležitějších součástí plynové přepravní soustavy armaturní uzly (AU). AU plní v přepravní soustavě roli uzavírací (dělící), rozdělovací a propojovací. Stav jednotlivých AU má zásadní vliv na bezpečnou a spolehlivou přepravu plynu jak k odběratelům, tak pro tranzit přes Českou republiku. Hodnoceno je zde jak hledisko důležitosti jednotlivých uzlů, kterými proudí plyn, tak i jejich technický stav. Z poměru výsledné důležitosti a technického stavu vychází optimální pořadí do údržby, resp. rekonstrukce uzlů. Významnou roli zde hraje i zhodnocení finančních nákladů na úkony související s opravami. Keywords: Plynová přepravní soustava, RCM, uzavírací armatury, náklady na údržbu 1 ÚVOD Otázka spolehlivosti technického zařízení je v současné době velmi aktuální. Obzvláště výzkum spolehlivosti infrastrukturních sítí je v současné době moderní trend. Do oblasti infrastrukturních sítí spadá i zařízení plynovodů. Jednou z kategorií výzkumu spolehlivosti je problematika spolehlivostně orientované údržby (RCM). Cílem spolehlivostně orientované údržby je vytvořit takovou strategii údržby, aby se minimalizovaly celkové provozní náklady při zachování nezbytné míry spolehlivosti, bezpečnosti a ohleduplnosti k životnímu prostředí provozovaných zařízení. Současný stav údržby může být v současné době přehnaný, údržba se zaměřuje i na ta zařízení, která mají vyhovující technický stav, zatímco na prvky, které jsou téměř v havarijním stavu údržba opomíjí. Na Katedře elektroenergetiky VŠB-TU Ostrava byly vyvinuty dvě metodiky přístupu k RCM : Optimalizace údržbového cyklu. Stanovení optimálního pořadí prvků do údržby (RCM podle stavu). Tyto metodiky byly aplikovány na technická zařízení distribučních elektroenergetických sítí. Protože mnohé aplikace byly uvedeny do praxe a po zhodnocení výsledků, byly vyhodnoceny výrazné úspory nákladů na údržbu, je možno konstatovat, že navržené metodiky jsou použitelné. Existuje nesporná analogie mezi elektroenergetickou soustavou a soustavou plynových přenosových zařízení. Je tedy možno provést aplikace navržených metodik RCM na zařízení RWE Transgas Net. Protože zařízení RWE Transgas Net má charakter přenosové soustavy je pro aplikaci RCM vhodný přístup stanovení optimálního pořadí prvků do údržby (RCM podle stavu). Jako pilotní prvek aplikace RCM na zařízení RWE Transgas Net byl zvolen armaturní uzel (AU). 2 POPIS ARMATURNÍCH UZLŮ Objekt armaturního uzlu (AU) v plynové přenosové soustavě plní funkci uzavírací (dělící), rozdělovací a propojovací. Podle funkce, která je v tomto objektu hlavní, rozeznáváme: - RU rozdělovací uzly místo, kde se větví přenosová soustava. Spojuje nejméně tři větve soustavy. - OD odbočka obdoba rozdělovacího uzlu, která spojuje hlavní potrubní linii a předávací stanici nebo podzemní zásobník plynu. - PS předávací stanice místo, kam je připojen odběratel nebo distribuční společnost. Může být součástí objektu trasového uzávěru. Předávacími stanicemi se v této studii nebudeme zabývat. - KS vstupně-výstupní objekt kompresní stanice propojuje tranzitní linie a jednotlivé bloky kompresní stanice. - TU trasový uzávěr uzavírá dvě části jedné potrubní linie. Může obsahovat propoj na vedlejší paralelní potrubí. V tabulce 1 jsou uvedeny počty jednotlivých typů armaturních uzlů, včetně množství plynu, které jimi protéká. Tabulka 1: Charakteristika typů armaturních uzlů Typ velmi malé Přenesené množství malé střední velké velmi velké KS OD RU TU Celkový součet Z tabulky vyplývá, že nejpočetnějšími skupinami jsou trasové uzávěry (TU) a odbočky (OD). Na druhou stranu ale rozdělovací uzly (RU) a vstupně-výstupní objekty kompresní stanice (KS) vždy přenášejí velké, nebo velmi velké množství plynu. Jak ukážeme dále, právě tyto objekty tímto mají velkou důležitost, která je zvýhodňuje v pořadí do údržby.

2 3 ALGORITMUS RCM Cílem analýzy RCM podle stavu je sestavení pořadí, v jakém je nejvhodnější provádět údržbový zásah na daném zařízení. Pro určení optimálního pořadí údržby armaturních uzlů je nutné sestavit algoritmus, jehož výstupem bude na základě znalosti dvou základních parametrům, a to technického stavu a důležitosti, tabulka nebo graf. Pro názornost je na Obr. 1 umístěno několik zařízení do grafu, kde na ose x je vynesena důležitost zařízení a na ose y je opačně vynesen technický stav zařízení. Potom délka úsečky v určuje, kterým zařízením je nutné věnovat při zavádění systému RCM zvýšenou pozornost. Jinak řečeno, čím větší je důležitost zařízení a horší technický stav, tím dříve by se na něm měla provést údržba. Sklon přímky procházející počátkem a 2. a 4. kvadrantem, od které se měří vzdálenost v, nemusí být 45. Záleží na tom, jestli chceme upřednostnit např. technický stav oproti důležitosti. Obecné vztahy pro obě osy grafu jsou v následujících podkapitolách. pohotovost zařízení (technický stav) v 1 zařízení 1 45 v 2 v 3 zařízení 3 zařízení 2 důležitost zařízení Obr. 1: Určení optimálního pořadí údržby Výsledná priorita (%) je dána vztahem: [100-Tech. stav(%)] (1-K techstav) + Důležitost(%) K techstav kde K techstav je koeficient upřednostňující technický stav oproti důležitosti. při normálním provozu (přenesené množství, tranzit/vnitrostátní, odběr), při poruchách (havarijní automatika, dálkové řízení), opravách a odstraňování poruch (propoj na paralelní linii, shybka), při diagnostice a údržbě potrubí (komora). U některých parametrů důležitosti nejsou k dispozici přesné hodnoty, proto je zvoleno slovní označení (např. přenesené množství plynu, vícenáklady havarijní události ). Parametry důležitosti a jejich hodnocení je v následující tabulce: Tabulka 1: Vstupní parametry důležitosti, hodnoty parametrů a jejich hodnocení Parametr důležitosti Hodnocení důležitosti Hodnota (%) Typ AU OD 85 RU 90 KS 100 TU 75 Tranzitní/vnitrostátní Tranzit 100 Vnitro 80 S propojkou na Ano 100 paralelní linii Ne 80 S přípojkou na odběr Ano 100 Ne 90 Telemetrie Ano 100 Ne 85 Ruční/dálkové řízení Ruční 80 Dálkové 100 Přechod přes řeku Ano 100 shybka Ne 95 Komora Ano 100 Ne 85 HPO (LNB) Ano 100 Ne 80 Vícenáklady havarijní nad 5 mil. Kč 100 události 1mil. až 5mil. Kč tis. až 1 mil.kč 90 0 až Kč 85 Význam pro přepravu Vysoký 100 Standardní 90 Přenesené množství malý průtok 90 za rok (m 3 ) střední průtok 95 velký průtok Důležitost Parametry důležitosti byly voleny tak, aby reflektovaly užitné vlastnosti uzlu:

3 Vyhodnocení důležitosti je ilustrováno na Obr. 2. Pro každý zadaný parametr důležitosti (např. Vícenáklady havarijní události ) se podle tabulky 1 přiřadí procentní hodnota důležitosti (např. nad Kč se přiřadí hodnota 100 ). Tato hodnota se dále podle tabulky Váhy kritérii důležitosti na listu Váhy pomocí vzorce (viz pravá dolní část obr. 2) přepočte na váženou hodnotu technického stavu. Nakonec se všechny vážené hodnoty technického stavu D i přepočtou pomocí vzorce na výslednou hodnotu důležitosti D. 3.2 Popis parametrů důležitosti Parametr Tranzitní / vnitrostátní vyjadřuje, zda uzlem prochází alespoň jeden tranzitní plynovod. Možnost alespoň částečného zálohování přenosové kapacity dvou nebo více paralelních plynovodů určuje parametr S propojkou na paralelní linii. Přípojka na odběr je u těch uzlů, ze kterých vede potrubí přímo na předávací stanici. Není přitom rozlišeno, zda je to předávací stanice odběrateli, nebo předávací stanice podzemního zásobníku plynu. Telemetrie a dálkové řízení vyjadřuje možnost dálkově řídit uzel a odečítat z něj data. Shybka = Ano je u objektů, u kterých alespoň z jedné strany je na některém potrubí přechod přes řeku. Parametr Komora vyjadřuje, zda-li v daném AU je konec úseku některé potrubní linie, tedy i komora. HPO zohledňuje, zda v daném uzlu je instalována protihavarijní automatika. Položka Vícenáklady havarijní události vychází ze světlosti přilehlých úseků potrubí a zohledňují množství plynu v přilehlých potrubích, které v případě havárie unikne. Význam pro přepravu vychází také z největšího potrubí v uzlu. Pokud je zde potrubí s DN 1000 nebo větším, pak je význam Vysoký, jinak Standardní. Obr. 2: Vyhodnocení důležitosti armaturního uzlu 3.3 Technický stav Technický stav vychází z hodnocení technického stavu jednotlivých uzavíracích armatur a z hodnocení přechodů země/vzduch na potrubí. V následující tabulce jsou popsány parametry hodnocení uzavíracích armatur. Tabulka 2: Technický stav uzavíracích armatur Stáří armatury Do 10let 0 Do 20let 5 Nad 20let 10 Celkový mechanický Dobrý 0 stav arma- Průměrný 5 tury Špatný 15 Celkový mechanický Dobrý 0 stav pohonu Průměrný 5 Špatný 15 Určení armatury V potrubním dvoře nebo 0 propoj (zastupitelný) V potrubním dvoře nebo 10 propoj plynovodů přímý Dělící sekce nebo trasová 20 armatura Sání/výtlak stroje, havarijní 30 Těsnost armatury vnitřní (kategorie) Těsnost armatury vnější (kat.) komín, odtlak P0 0 P1 5 P P3 50 V0 0 V1 10 V2 50

4 Obr. 3: Vyhodnocení technického stavu Obr. 4: Výsledné vyhodnocení AU Hodnoty technického stavu všech přechodů země vzduch v AU jsou sčítány a následně vyděleny počtem uzavíracích armatur s jmenovitou světlostí DN >= 300 (mezní světlost pro přenosová potrubí). Počet přechodů země vzduch se z dostupných údajů nedá zjistit. Proto počet armatur nelépe vypovídá o velikosti uzlu. Tento počet armatur jednoduše vyčísluje velikost AU a dá se tak zprůměrovat stav přechodů v celém uzlu. Tabulka 3: Hodnoty technického stavu přechodů 0 - Stupeň 0 izolace přechodu je v pořádku 1 - Stupeň 1 nejnižší stupeň naléhavosti 2 - Stupeň 2 nízký stupeň naléhavosti 3 - Stupeň 3 vyšší stupeň naléhavosti 4 - Stupeň 4 vysoký stupeň naléhavosti 5 - Stupeň 5 nutná až akutní potřeba opravy Obr. 5: Četnosti důležitosti jednotlivých AU Postup výpočtu celkové hodnoty technického stavu armaturního uzlu je obdobný jako při určování důležitosti a je zobrazen na Obr. 3. Vyhodnocovací algoritmus v prostředí Excel je názorně uveden na Obr. 4. Z výsledků vyhodnocení důležitosti a technického stavu armaturních uzlů je vypočtena priorita do údržby a následně pořadí do údržby. 4 APLIKACE RCM NA AU A JEJÍ VÝSLEDKY Aby byl získán přehled o důležitosti jednotlivých AU, byla provedena analýza četnosti důležitosti (viz Obr. 5). Důležitost většiny AU se pohybuje kolem %. V této kategorii se jedná především o trasové uzávěry. Vyšší důležitost náleží odbočkám, rozdělovacím uzlům a VVO KS. Z analýzy četnosti vyplývá, že většina AU má malou důležitost. Koresponduje to s tabulkou 1, kde většina z AU jsou trasové uzávěry, které mají ze své podstaty menší důležitost.

5 Jako aplikace systému RCM bylo zvoleny dvě varianty zlepšení technického stavu a pomocí algoritmu RCM byl porovnán jejich efekt. 4.1 Oprava a údržba komponent První výpočetní varianta provedení údržby. Jelikož nemáme přesnou analýzu, na kolik údržba v uzlu zlepší technický stav AU, tak byl zaveden předpoklad, že jedna údržba zlepší všechny parametry technické diagnostiky o 50 % (sníží je). Dále předpokládáme zjednodušení, že jedna údržba TU, OD, a RU bude stát průměrnou částku 80 tisíc Kč. Jedna údržba stupně výstupního objektu kompresní stanice bude stát Kč. Údržba sníží také na polovinu hodnotu charakterizující stav přechodů země-vzduch. Z vypočtených 10 AU s nevyšší prioritou do údržby jsou 3 vstupně-výstupní objekty KS a 7 objektů TU nebo RU. Celkové náklady na údržbu byly vyčísleny na 2,5 mil. Kč. 4.2 Výměna KK Druhá výpočetní varianta předpokládá, že ve všech uzlech proběhne výměna všech KK, které vykazují nejhorší technický stav. Touto operací se u KK parametry technické diagnostiky vynulují. Náklady pro tuto výměnu jsou odhadnuty na cca 100 mil. Kč. Stav přechodů země-vzduch se nezmění. 5 SROVNÁNÍ VARIANT V tabulce 4 je srovnání jednotlivých výpočetních variant původního pořadí do údržby, pořadí pro provedené údržbě a pořadí po výměně nejhorších armatur. Z tabulky je patrné, že u uzlů KS Břeclav, RU02 Rozvadov a TU36 J Bylany nepomohla ani výměna nejhorších armatur k tomu, aby tyto uzly opustily první desítku pořadí do údržby. Je to dáno nastavením vah, zejména koeficientu K techstav, který zohledňuje důležitost před technickým stavem. Pokud srovnáme průměrné výsledné pořadí deseti zkoumaných AU u jednotlivých variant, tak po provedení údržby mají všechny zkoumané uzly průměrně o necelé 3 místa vyšší umístění v pořadníku do údržby (mají o necelé 3 místa nižší prioritu). U varianty s výměnou KK se uzly posunuly dokonce o 11 míst níže v tabulce priorit. Ze srovnání variant jasně vyplývá, že pro zlepšení technického stavu je mnohem prospěšnější výměna komponent s nejhorším technickým stavem. Náklady na výměnu (cca 100 mil. Kč) jsou ale mnohem větší, než náklady na údržbu/opravy (cca 2,5 mil. Kč). Výše popsané hodnocení přímo ukazuje na vlastnosti, které je potřeba řešit, aby metodika RCM byla plně funkční a v praxi lépe aplikovatelná. Jsou to (v pořadí od nejdůležitějších): - doplnění chybějících hodnot technického stavu - správné nastavení vah kritérií technického stavu - nastavení K techstav, který zohledňuje důležitost před technickým stavem - určení koeficientu, který určí, o kolik se zlepší technický stav po provedení údržby/opravy - detailnější a přesnější určení nákladů na opravy jak KK, tak přechodů země-vzduch - přidání dalších hodnot popisujících technický stav - nastavení vah důležitosti Tabulka 4: Srovnání jednotlivých výpočtových variant Název stanice Označení Rok zprovoznění Typ po údržbě po výměně KS Břeclav 7KS KS RU02 Rozvadov 7R RU TU31AS Bylany 7S31A 1975 TU TU36 J Mělnice 7J36A 1982 TU KS Hostim 7KS KS TU35 J Hlohová 7J35A 1982 TU TU30 S Počedělice 7S30A 1975 TU KS Kouřim 7KS KS TU34 J Hráz 7J34A 1982 TU RU10 Mutěnice 7R RU Průměrné pořadí 5,5 8,1 16,6 TU125 Blízkov 7125A 1992 TU TU140 Starý Kolín 7140A 1992 TU TU149 Jiřice 7149A 1992 TU RU12 Blučina 7R RU TU158 Prušánky 7158A 1990 TU KS Veselí 7KS KS TU234 Kamýk 7234A 1992 TU TU100 Hodonín 7100A 1982 TU TU225 Diváky 7225A 1992 TU KS Kralice 7KS KS ZÁVĚR Vytvořená metodika RCM byla aplikována na všechny armaturní uzly plynové přepravní soustavy RWE Transgas Net, s.r.o. U 10 AU s největší prioritou údržby byla dále provedena aplikace údržby a výměny do stávajícího algoritmu. Bylo tím stanoveno nové optimální pořadí AU do údržby po provedené údržbě respektive výměně. Dále byla provedena ekonomická analýza, tedy stanovení finančních prostředků na příslušné údržbové kroky AU a výměnu komponentů AU. Lze konstatovat, že metodika RCM na AU je dokončena. Dále ale bude nutno doplňovat a zpřesňovat vstupní údaje, váhy kritérií a další koeficienty algoritmu. Ke konečnému vyhodnocení dopadu této strategie na AU může dojít až po naplnění zpětnovazebních modelů, tedy po několika letech aplikace do praxe. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného projektu CEZ MSM