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Kombiniertes Leckortungs- und Sicherheitssystem

Funktionale Sicherheit und Leckerkennung
Kombiniertes Leckortungs- und Sicherheitssystem

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Leckerkennungs- und Leckortungssysteme dienen dazu, kritische Parameter beim Betrieb der Pipelines zu überwachen und Leckagen schnellstmöglich zu erkennen und zu orten. Bislang setzen Betreiber dabei auf konventionelle, nicht sicherheitsgerichtete Überwachungssysteme. Die weltweit erste Hybridlösung auf Basis einer SIL3-Sicherheitssteuerung und eines Leckerkennungs- und Leckortungssystems von Hima erhöht signifikant die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Pipelines.

Pipelines müssen hohe Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Verfügbarkeit und Umweltschutz erfüllen. Lecks stellen dabei ein beträchtliches Sicherheitsrisiko dar. Abgesehen von der Gefährdung von Mensch und Umwelt sowie dem Image-Schaden können Pipeline-Leckagen sehr viel Geld kosten. Weitaus teurer als der Verlust der Ressourcen sind dabei in vielen Fällen die Reinigungsarbeiten und Strafzahlungen.

Pipeline-Betreiber sind gut beraten, ein Leckerkennungssystem für ihre Anlagen einzusetzen. In vielen Ländern ist die Realisierung von Best Business Practices beim Betrieb der Anlagen vorgeschrieben. Kommt es zu einem Unfall, sind die Betreiber immer mit in der Verantwortung. Abhängig von der Gesetzeslage kann das Management sogar haftbar gemacht werden, wenn es eine Pipeline ohne modernes Leckerkennungssystem betreibt. Zudem können Versicherungsgesellschaften ihre Policen in Abhängigkeit von der Leckerkennungstechnologie ändern, Prämien senken oder eine Versicherung verweigern, falls ein entsprechendes System fehlt.

Gesetzliche Anforderungen

Pipeline-Betreiber weltweit sehen sich zudem wachsenden gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich Safety (SIL) und Cybersecurity gegenüber. Schon heute müssen sie diverse internationale Standards zum Pipeline Integrity Management berücksichtigen. Die beiden wichtigsten sind die amerikanischen Normen API 1160, eine allgemeine Richtlinie für das gesamte Pipeline Integrity Management, und die API 1130, eine Richtlinie speziell für die Lecküberwachung. In Deutschland müssen für die Leckdetektion auch die Technischen Regeln für Rohrfernleitungen (TRFL) beachtet werden.

Neue Compliance-Themen ergeben sich aus Gesetzen wie etwa dem California Assembly Bill 864. Diese fordert von Pipeline-Betreibern, dass sie in ökologisch sensiblen Gebieten die besten verfügbaren Technologien einsetzen, um bei einer Ölkatastrophe die Menge an ausströmendem Öl zu begrenzen. Gefordert wird hier erstmals sogar ein kombiniertes Leckortungs- und Sicherheitssystem.

Problem: Fehlalarm

Die vier größten Herausforderungen für Pipeline-Betreiber hinsichtlich Leckerkennunssystemen sind, wenn diese zu viele Fehlalarme produzieren, Lecks nicht erkennen oder nicht orten können und, wenn sie zu teuer bzw. aufwendig in der Wartung sind.

In einer horizontal verlaufenden Pipeline herrscht eine stationäre Strömung mit einer konstanten Durchflussmenge und einem linear fallenden Druck. Bei einem Leck ändert sich das hydraulische Verhalten der Pipeline – die Durchflussmenge vor dem Leck ist größer als nach ihm. Dadurch kommt es vor der entstandenen Schwachstelle zu einem Druckabfall, der steiler ist als danach. Gleichzeitig sinkt der Druck geringfügig an beiden Enden der Pipeline. Ein Leckerkennungssystem versucht diese Merkmale zu erkennen und stellt fest, ob ein ungeplanter Ausstoß aufgetreten ist und wo er sich befindet.

Bei herkömmlichen Leckerkennungssystemen allein auf der Basis von Drucksensoren kommt es in der Praxis häufig zu Fehlalarmen. Denn ein detektierter Druckabfall in der Pipeline muss nicht zwangsläufig die Folge eines Lecks sein, sondern kann sich auch durch den Betrieb der Anlage ergeben. Generell leiden derartige Systeme unter Messungenauigkeiten und sind abhängig von der Positionierung der Sensorik.

Integrierte Hybridlösung

Die Pipeline-Management-Lösung FlexSILon PMC, die die Systeme für die Leckerkennung und für Emergency Shutdown verbindet, schützt nicht nur die beteiligten Anlagen, sondern steuert und regelt auch sicherheitsrelevante Prozesse. Kernbestandteile der integrierten Hybridlösung sind das SIL3-Sicherheitssystem und das Leckerkennungs- und Leckortungssystem.

Die Durchflusskontrolle läuft direkt in der SIL3-fähigen HIMax-Safety-Hardware ab, zur Visualisierung werden die Druck- und Temperaturwerte über das von Hima entwickelte sichere Ethernet-Protokoll safeethernet an die Leitstelle übertragen. Die Himax-Systeme selbst sind ebenfalls über safeethernet verbunden. Jedes System kennt daher den Zustand der gesamten Pipeline. Tritt ein Leck auf, reguliert die Himax den Durchfluss automatisch und schaltet im Notfall sofort ab. Hierdurch kann das System Schäden verhindern oder signifikant verringern. Die Sicherheitssteuerung basiert auf der XMR-Technologie von Hima, die SIL3-Sicherheitstechnik mit einer skalierbaren, fehlertoleranten Architektur kombiniert. Fehlauslösungen werden dadurch vermieden.

Wichtiger Bestandteil von FlexSILon PMC ist die Software FLOWorX für die Leckageerkennung und Leckortung. Damit können Betreiber Durchfluss, Druck und Temperatur in ihren Pipelines permanent im Blick behalten. Abweichungen werden zuverlässig erkannt. Das System unterstützt auch Druck- und Temperatur-Korrekturrechnungen. Zusätzlich verfügt die Software FLOWorX über eine Rohrleitungsbrucherkennung. Diese gewährleistet, dass das beschädigte Pipeline-Segment bei einem Bruch automatisch abgeriegelt wird.

Betreiber können die Erkennungsalgorithmen flexibel an ihre Bedürfnisse anpassen: Unbegrenzte Modifikationen und selbst vorgeschriebene Proof-Tests im laufenden Anlagenbetrieb nach SIL3-Standard sind möglich. Dank offener Schnittstellen lässt sich die Lösung in nahezu jedes Automatisierungsumfeld integrieren. Neben den erforderlichen Automatisierungs-Komponenten zur Steuerung, Regelung und Überwachung von Gas- und Flüssig-Pipelines umfasst die Komplettlösung auch die Beratung und den Service.

Präzise Leckortung

Das SIL3-fähige Leckortungssystem ist mit den relevanten Standards wie API 1130 und TRFL konform. Simultan werden Leckagen durch mehrere Methoden analysiert und lokalisiert, wodurch das System immer verfügbar bleibt. Je nach Art der Beschädigung und Betriebszustand der Pipeline kommen dabei das erweiterte Druckwellenverfahren, das Volumen/Masse-Bilanz-Verfahren oder die Druckfall-Methode einzeln oder in Kombination zum Einsatz.

Durch diese Methodik lassen sich kleinste Lecks detektieren und Fehlalarme minimieren. Beispielsweise erhöht das erweiterte Druckwellenverfahren die Ansprechempfindlichkeit des Systems, sodass Lecks bereits ab 0,35 % Druckveränderung erkannt werden. Dank der hohen Genauigkeit werden mehr als 80 % der Fehlalarme eliminiert. Außerdem ist die Leckerkennung so genau, dass selbst der Diebstahl von Ressourcen sichtbar wird.

Safety und Security

Pipelines werden zunehmend zum Ziel von Hackern. Die wenigsten Sicherheitssysteme sind darauf vorbereitet. FlexSILon PMC erfüllt hingegen alle einschlägigen Anforderungen im Bereich Cyber-Security. Die Sicherheitssteuerung bietet etliche Schutzmöglichkeiten für eine sichere Kommunikation. So sind CPU und Kommunikation getrennt aufgebaut. Die Verwendung von Hima-eigener Hard- und Software mit eigenem Betriebssystem erschwert Hackern den Zugriff. Zudem sind zeitaufwendige Patches – wie im Bereich der Standardsoftware heute üblich – nicht mehr erforderlich. Mit der Hybridlösung FlexSILon PMC können Pipeline-Betreiber sowohl Safety- als auch Critical-Control-Applikationen unter Einhaltung aller wichtigen Normen und Standards umsetzen. Sie erhöht signifikant die Sicherheit und Profitabilität von Pipelines, indem sie Lecks schnell und präzise erkennt und ortet. Hierdurch sinken Fehlalarme und Stillstandzeiten. Betreiber profitieren von höherer Verfügbarkeit über den gesamten Lebenszyklus einer Pipeline, verringerten Haftungsrisiken und Folgekosten sowie Vermeidung von Umweltschäden und Reputationsverlust. Die Kombination aus Funktionaler Sicherheit und Informationssicherheit steigert die Gesamtsicherheit der Anlage.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cavPC117hima


Autor : Hartmut Leistner

Sales Director Germany,
Austria, Switzerland,
Hima



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