Bei Pipeline Management 4.0 handelt es sich im Unterschied zu konventionellen Systemen, die Lecks zwar erkennen, jedoch keine Maßnahmen einleiten, um ein komplettes Automatisierungssystem, mit dem Pipeline-Betreiber die Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessern können.

Pipeline-Management 4.0 Ein neuer Ansatz für Pipeline-Sicherheit und Wirtschaftlichkeit

03.09.2018

Pipelines sind der zuverlässigste und kostengünstige Transportweg von Öl und Gas. Doch sie sind nicht unfehlbar: Sie können undicht werden, bersten, versehentlich oder absichtlich beschädigt oder durch Gewalteinwirkung kompromittiert werden.

Ein Problem sind auch Diebe, die das transportierte Produkt abzapfen wollen. Wirkungsvolle – und sichere – Managementsysteme müssen Pipeline-Betreibern die notwendigen Werkzeuge zur Verfügung stellen, um solche Probleme schnell und zuverlässig zu erkennen, damit unverzüglich geeignete Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können. Und im heutigen Umfeld müssen solche Managementsysteme nicht nur effektiv und sicher, sondern auch widerstandsfähig gegenüber Cyberangriffen sein.

Ein zentrales Element jedes Pipeline-Managementsystems ist die Leckerkennung. Denn es ist von entscheidender Bedeutung, dass Lecks schnell erkannt und beseitigt werden. Besonders wenn die in der Pipeline transportierte Flüssigkeit brennbar, toxisch, korrosiv oder auf andere Weise schädlich für die Umwelt ist. Verzögerungen erhöhen auch die potenziellen Folgeschäden. Die mit den Schäden verbundenen Kosten sind dabei häufig höher als die Kosten für das verloren gegangene Produkt.

Externe und interne Leckerkennungsverfahren

Es gibt prinzipiell drei externe Verfahren, um Lecks zu erkennen: akustische Sensoren, faseroptische Kabel und Dampfsensoren. Hingegen gibt es fünf interne Leckerkennungsverfahren: die statische Auswertung von Druck und Durchfluss, Echtzeit-Transienten-Modellierung, Volumenausgleich, Druckabfall und negative Druckwellen.

Leckerkennung 1.0

Die einfachste Form der Leckerkennung besteht in der Verwendung nur eines Verfahrens. Ein solches System ist zwar einfach zu implementieren und je nach Verfahren möglicherweise auch einfach zu bedienen, aber es unterliegt allen für das gewählte Verfahren typischen Beschränkungen.

Leckerkennung 2.0

Besser, es werden mehrere Leckerkennungsmethoden verwendet, sodass sich ihre Vorteile ergänzen und ihre Schwächen gegenseitig aufheben. Als erfolgreichstes Verfahren hat sich bei Leak Detection 2.0 eine Kombination dreier interner Leckerkennungsverfahren erwiesen: das erweiterte Druckwellenverfahren, das Volumenbilanzverfahren und das Druckabfallverfahren. Die gleichzeitige Anwendung dieser drei Verfahren bedeutet, dass die Systemverfügbarkeit in allen Betriebsphasen der Pipeline bei einem Minimum an Fehlalarmen gewährleistet ist.

Leak Detection 3.0 – autonome Brucherkennung

Die Verfahrensweisen und Technologien bei Leak Detection 2.0 sind effektiv und erfüllen ihren Zweck, nämlich Leckagen zu erkennen. Sie sind jedoch nur und ausschließlich darauf ausgelegt, Bediener bei Auftritt eines Problems zu warnen und nicht dazu geeignet, Maßnahmen einzuleiten, um die Auswirkungen des Lecks zu mindern. Bei Leak Detection 3.0 wird die Leckerkennung durch automatische Aktionen ergänzt. Diese Systeme sind für einen autonomen Betrieb unabhängig von der implementierten Leckerkennung konzipiert. Sie bieten außerdem eine zusätzliche Schutzwirkung, weil sie eine unverzügliche Reaktion auf einen Bruch gewährleisten.

Ein typisches Brucherkennungssystem entsprechend Leak Detection 3.0 beinhaltet einen bewährten Brucherkennungsalgorithmus, der die Pipeline-Ventile direkt ansteuert. Bei Erkennung eines Bruchs reagiert das System sofort und leitet eine Notabschaltung ein, mit der das betroffene Segment abgeschaltet wird. Jedoch nur im speziellen Falle eines Bruchs der Pipeline, der definiert ist als ein Leck, das circa 30 Prozent der Durchflussrate der Pipeline erreicht oder überschreitet.

Pipeline Management 4.0 – eine hybride Lösung

Die neueste Entwicklung ist der nächste logische Schritt, der alle wichtigen Merkmale von Leak Detection 2.0 mit der Notabschaltfunktion von Leak Detection 3.0 verbindet. Das Ergebnis ist eine Hybridlösung, die aufgrund ihres Umfangs über die Bezeichnung Leckerkennung 4.0 hinausgeht und besser als Pipeline Management 4.0 bezeichnet werden sollte.

Bei Pipeline Management 4.0 handelt es sich im Unterschied zu konventionellen Systemen um ein komplettes Automatisierungssystem, mit dem Pipeline-Betreiber die Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessern können. Das System kann Pipelines automatisch überwachen, in Gefahrensituationen eine automatische Abschaltung vornehmen und damit direkte und Folgeschäden erheblich reduzieren – im Gegensatz zu konventionellen Systemen, die Lecks zwar erkennen, jedoch keine Maßnahmen einleiten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass als Reaktion auf bestimmte, während der Planungsphase definierte Ereignisse automatisch eine Abfolge von Aktionen eingeleitet werden kann. Dadurch kann das Verhalten genau an die Anforderungen einer Anwendung angepasst werden. Speziell bedeutet dies, dass die Abschaltung einer Pipeline als Reaktion auf ein Leck nicht unbedingt bedeuten muss, dass alle Ventile im betroffenen Bereich sofort geschlossen werden müssen.

In vielen Fällen hat ein intelligentes mehrstufiges Abschaltverfahren erhebliche Vorteile. Bleiben wir beim selben Beispiel: Es kann unter Umständen sinnvoll sein, ein bestimmtes Ventil sofort zu schließen und das Schließen eines weiteren Ventils zu verzögern, damit ein Abschnitt der Pipeline entleert und damit die austretende Produktmenge minimiert werden kann. Lösungen dieser Art sind besonders bei Pipelineabschnitten mit Gefälle sinnvoll.

Da dieses System kritische Sicherheitsfunktionen wahrnimmt, muss es geltenden und nach Möglichkeit auch geplanten internationalen höchsten Sicherheitsstandards entsprechen. Dies bedeutet, dass bei den meisten Betreibern das System die Anforderungen für die Sicherheitskategorie SIL3 entsprechend der Norm IEC 61508 erfüllen muss.

Cyber-Sicherheit

Pipeline Management 4.0 hat gezeigt, dass dieses System zahlreiche Probleme in Verbindung mit dem Pipelinebetrieb lösen kann. Kern aller modernen Pipeline-Management-Lösungen ist, wie bei allen modernen Automatisierungs- und Steuerungssystemen, eine komplexe Software- und Netzwerktechnik. Und diese ist potenziell durch Cyber-Angriffe gefährdet, das Risiko für kostspielige und potentiell gefährliche Betriebsstörungen steigt.

Die besten Pipeline-Management-Systeme sind von Anfang an im Hinblick auf hohe Cybersicherheit konzipiert. IEC 62443 schreibt die Trennung der Schlüsselelemente des Systems vor und führt die Konzepte von Sicherheitszonen und definierten Kommunikationskanälen zwischen den Zonen ein. Die Norm schreibt Firewalls an jedem Kommunikationskanal fort, der eine Sicherheitszone mit einer anderen Zone mit unterschiedlichen Anforderungen verbindet. So entsteht ein mehrstufiger Abwehrmechanismus, der häufig auch als Defense-in-Depth-Strategie bezeichnet wird.

Entsprechend der neuesten Fassung der IEC 61511, die sich mit sicherheitstechnischen Systemen (SIS) befasst, müssen organisatorische Anforderungen und physische Strukturen gleichermaßen beachtet werden. Was die strukturellen Anforderungen betrifft, so weist die IEC 61511 Anlagenbetreiber an, eine weitere Analyse ihres sicherheitstechnischen Systems durchzuführen. Hauptziel ist dabei die Gewährleistung der Unabhängigkeit und die physische Trennung der Schutzebenen.

Fazit

Pipeline-Betreibern steht heute ein breiteres Spektrum an Leckerkennungs- und Pipeline-Management-Systemen zur Verfügung, was die Auswahl des am besten geeigneten Systems erschwert. Bevor eine Entscheidung getroffen wird, sollten aber unbedingt die Vorteile der neuesten Pipeline-Management-4.0-Technologie bedacht werden, die erstmalig eine präzise und zuverlässige Leckerkennung mit einem SIL3-konformen Notabschaltsystem verbindet.

Die besten Systeme bieten darüber hinaus einen robusten Schutz gegen die wachsende Bedrohung durch Cyberangriffe. Die neue hybride Pipeline-Management-Lösung bietet Betreibern eine umfassende Kontrolle über ihre Pipelines unabhängig vom Betriebsstatus und leitet bei potenziell gefährlichen Ereignissen wie größeren Leckagen oder Rohrbruch unverzüglich und automatisch entsprechende Maßnahmen ein. Dank all dieser Faktoren ist Pipeline Management 4.0 eine sinnvolle Investition, die sich schnell amortisiert.

Bildergalerie

  • Managementsysteme für Pipelines müssen nicht nur effektiv und sicher, sondern auch widerstandsfähig gegenüber Cyberangriffen sein.

    Bild: Hima

  • Managementsysteme müssen Pipeline-Betreibern die notwendigen Werkzeuge zur Verfügung stellen, um Probleme schnell und zuverlässig zu erkennen, damit unverzüglich geeignete Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können.

  • Sowohl die Safety- als auch die Cybersecurity-Norm fordern getrennte Schutzebenen.

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel