Plynárenské systémy Rein BOLT, Vladimír HORÁLEK *
Databáze EGIG o haváriích na plynovodech P
oužívání potrubí pro přepravu velkých objemů zemního plynu pro potřeby průmyslu, obchodu a tuzemských spotřebitelů je z hlediska vlivu na životní prostředí a lidské zdraví bezpečným způsobem dopravy. Bezpečná doprava produktů potrubím je pro krytí energetických potřeb v budoucnosti nezbytná. V rámci své obecné politiky usiluje odvětví zemního plynu o projektování, výstavbu a údržbu plynovodů bezpečným způsobem, aby nedocházelo k jejich poškozování a chránilo se tak obyvatelstvo, veřejné zdraví a životní prostředí při současném zajištění nepřerušovaných dodávek zemního plynu zákazníkům. Kromě již uvedené kontinuity dodávek má tato zásada za cíl zajistit důvěru orgánů a spotřebitelů. I když právní přístupy mohou být v různých zemí Evropy různé, a mohou být ovlivněny kulturními, historickými a zeměpisnými faktory, používá plynárenský průmysl v celé Evropě podobné základní bezpečné postupy, neboť celkovým cílem je budovat, provozovat a udržovat bezpečné potrubní systémy. V roce 1982 se šest evropských provozovatelů systémů přepravy plynu chopilo iniciativy a shromáždilo údaje o nezáměrně vzniklých únicích plynu ze svých přepravních systémů. Tato spolupráce se stala formální ustavením skupiny EGIG (European Gas Pipeline Incident Data Group). Nyní EGIG zahrnuje spolupráci mezi jedenácti velkými provozovateli potrubních přepravních systému a vlastní rozsáhlou databázi havárií na plynovodech. V roce 2004 se již účastní sběru dat 11 společností, mezi nimiž jsou všichni hlavní pro-
vozovatelé systémů na přepravu plynu v západní Evropě. Jde o tyto společnosti: • Dansk Gasteknisk Center a/s, zastoupené společností DONG Energi-Service; • ENAGAS, S.A.; • FLUXYS; • Gaz de France; • Gastransport Services (součást N.V. Nederlandse Gasunie); • Ruhrgas AG; • SNAM RETE GAS; • SWISSGAS AG; • Transco, zastoupené společn. Advantica; • Transgas, a.s.; • Gasum. Vzhledem k počtu účastníků, rozsahu potrubních systémů a sledovanému období (od roku 1970 u většiny společností), je databáze EGIG cenným a spolehlivým zdrojem informací. Nepřihlíží k regionálním rozdílům, a tak je její výsledek průměrem za všechny účastnické společnosti. Ve sledovaném období byly používány jednotné definice konzistentním způsobem a tak databáze poskytuje užitečné informace o trendech, které nastaly za celé období (1970 - 2001). V tomto příspěvku je podána informace o vývoji databáze a výsledcích některých analýz. Za celé období jsou předloženy kumulované výskyty. Protože však doba expozice potrubního systému roste, má každý doplněný rok menší vliv na kumulované výskyty. Proto je rovněž příležitostně prezentováno poslední období, což bylo provedeno za použití klouzavého průměru nebo porovnáním jenom posledních 5 let s kumulovaným výskytem. Tento příspěvek vychází z oficiální zprá-
Obr. 1 Délka provozovaných potrubí
4
vy EGIG [1], která zahrnuje období od roku 1970 do roku 2001. Nejdůležitější informace jsou dostupné na internetové stránce EGIG.
Definice a popisy Klasifikace poškození Kritéria pro havárie vedené v databázi jsou: • neúmyslný únik plynu, • havárie na „pevninských“ ocelových přepravních plynovodech (netýká se podmořských a těžebních potrubí), • s výpočtovým tlakem větším než 15 bar, • mimo oplocené areály (areály kompresních stanic a trasových uzávěrů), • mimo související zařízení (např. ventily, kompresory) nebo části jiné než samotné potrubí. Poškození se zachycuje do tříd podle velikosti netěsnosti: • DÍRKA / TRHLINA: průměr vady 2 cm nebo menší, • DÍRA: průměr vady přes 2 cm a rovnající se nebo menší než průměr potrubí, • ROZTRŽENÍ: průměr vady větší než průměr potrubí.
Příčina havárie Havárie se rozdělují podle prvotní příčiny do těchto typů: • vnější zásah, • koroze, • výstavbová vada/vada materiálu, • chyba při navrtávacích pracích, • pohyb zeminy, • jiné a neznámé příčiny. Pro každou příčinu havárie se zaznamenávají tyto informace (pouze pro vysvětlení možných rozdílů v chování):
Vnější zásah: • činnost způsobující havárii (např. výkopy, příprava pilířů, zemní práce), • zařízení způsobující havárii (např. kotva, buldozer, exkavátor, pluh), • instalovaná ochranná opatření (např. betonová sedla, chráničky, objímky).
Obr. 2 Roční počet havárií
Slovgas • 3/2005
Plynárenské systémy Tab. 1 Vývoj četností havárií Období
Počet havárií
Celková expozice Četnost [km-roků] [na 1000 km-roků]
1000
2,09x106
0,48
1060
2,41x106
0,44
1997-2001 posledních 5 let
112
0,54x106
0,21
2001
19
0,11x106
0,17
1970-1999 4. zpráva EGIG 1970-2001 celé období
poslední rok
Tab. 2. Rozložení příčin havárií Příčina havárie
Obr. 3 Vývoj bezpečného chování
Koroze: • místní (vnější, vnitřní nebo neznámá), • typ koroze (galvanická, důlková, koroze pod napětím, neznámý).
Výstavbová vada/vada materiálu: • typ vady (výstavbová nebo materiálová), • specifikace defektu (zatvrdliny, laminace, materiál, obvodový svar, neznámá), • typ potrubí (rovné, ohyb na stavbě, tovární ohyb).
Pohyb zeminy: • typ pohybu zeminy (prolomení hráze, eroze, povodeň, sesuv půdy, dolování, řeka, neznámý).
Jiné a neznámé: • příčiny, které lze rozdělit na řadu předem definovaných dílčích příčin (např. chyba projektu, eroze, blesk, údržba, jiný svar, oprava objímkou, jiný/neznámý). U havárií se zaznamenávají také informace: • hloubka zásypu, • velikost netěsnosti (dírka/trhlina, díra, roztržení, neznámá),
50
Výstavbová vada/vada materiálu
17
Koroze
15
Pohyb zeminy
7
Chyba při navrtávacích pracích
5
Jiná
6
• vznícení (ano/ne), • detekce (např. klientem, dodavatelem, vlastníkem půdy, kontrolou při obchůzce), • průměr, • tloušťka stěny, • třída materiálu (kvalita), • rok výstavby, • výpočtový tlak, • typ izolace (např. asfalt, bitumen, uhelný dehet, epoxid, polyetylén).
la 2,41x106 kilometr-roků, zatímco v období 1970 až 1998 byla 2,09x106 kilometr-roků. Obr. 1 ukazuje, jak se expozice v období 1970 až 2001 vyvíjela.
Výpočet četnosti poruch
Četnosti havárií
Četnost poruch se vypočítá tak, že se počet havárií dělí „kilometr-roky“ (km-roků), tj. exponovanou délkou uvažované kategorie potrubí a trvání její expozice. Všechny hodnoty četnosti se uvádějí na 1 000 kilometr-roků .
Obsah databáze Vývoj databáze Celková délka potrubního systému všech účastnických společností stále ještě roste. V roce 2001 byla roční délka 110 236 km, kdežto v roce 1998 byla 109 188 km. Celková expozice v období 1970 a 2001 by-
Obr. 4 Vývoj celkové četnosti podle příčin havárií
3/2005 • Slovgas
1970 - 2001 [%]
Vnější zásah
Údaje o haváriích Celkový počet havárií v databázi EGIG je 1 060 do konce roku 2001. Roční počet havárií v databázi ukazuje obr. 2.
Výsledky Vývoje četností havárií uvádí tab. 1. Na obr. 3 je uveden vývoj průměrné celkové četnosti poruch za období 1970 až 2001. Je z něj patrný postupný pokles celkové četnosti havárií každý rok, která je kumulativním součtem od roku 1970. Obr. 3 také ukazuje výsledky za poslední období, neovlivněné minulostí, které byly získány výpočtem klouzavého průměru za 5-leté intervaly. Hlavní závěry z uvedeného vývoje jsou: • průměrná četnost poruch za období 1970 až 2001 je 0,44 roku na 1 000 km potrubí, přičemž 95%-ní interval spolehlivosti je ±0,03,
Obr. 5 Vývoj pohyblivého průměru četnosti podle příčin havárií
5
Plynárenské systémy
Obr. 6 Vývoj podle příčiny
• poruchovost za rok se za minulých 22 let snížila pětkrát.
Četnost podle příčin havárií Tab. 2 ukazuje rozložení příčin havárií za celé sledované období 1970 - 2001. Obr. 4 ukazuje průměrnou četnost poruch podle příčin havárií. Obr. 5 ukazuje klouzavý průměr podle příčin havárií za 5-letá období. Obr. 6 je souhrnem obr. 4 a obr. 5. Ukazuje četnost podle typu havárie (počáteční příčiny) za celé sledované období (1970-2001) a za posledních pět let (1997-2001). Z obr. 6 lze dojít k závěru, že vnější zásah zůstává hlavní příčinou havárií, v nichž dochází k úniku plynu: v průměru 0,22 havárií na 1 000 km-roků za období 1997-2001.
Analýza stárnutí Stárnutí potrubí může významně ovlivňovat pravděpodobnost poruchy, pokud se nepřijme soubor preventivních opatření (technických a/nebo organizačních). Jejich efektivnost lze vyhodnotit analýzou historických údajů, t. j. zjistit, zda se zvyšuje četnost poruch, které mohou být ovlivněny stárnutím.
Obr. 7 Analýza stárnutí
Soubor dat EGIG byl podroben analýze s cílem prošetřit, zda by bylo možné demonstrovat stárnutí (obr. 7). Došlo se k těmto závěrům: • u příčin poruch, které by mohly souviset se stářím (koroze, materiálové vady nebo výstavbové poruchy), stárnutí nebylo možné demonstrovat, • pozorované četnosti poruch na potrubí postavených před rokem 1964 jsou významně vyšší než v případě potrubí vybudovaných po roce 1964.
Četnost podle příčiny a velikosti netěsnosti Na obr. 8 je přehled četnosti havárií podle příčiny a velikosti netěsnosti za období 1970 až 2001. Z obr. 8 vyplývá, že při poškození potrubí vnějším zásahem existuje vyšší pravděpodobnost vzniku díry než dírky/trhliny nebo roztržení. Nejvíce nebezpečné činnosti vedoucí k takovému vnějšímu zásahu jsou zemní práce prováděné rýpadlem (přes 50%) a dále melioračními stroji a pluhy (asi 10% v obou případech). Nejvýznamnější velikost netěsnosti pro výstavbové/
Obr. 8 Havárie podle příčiny a velikosti netěsnosti
6
materiálové vady je dírka/trhlina.
Četnosti poruch vlivem vnějšího zásahu: podrobnosti Z obr. 6 je patrné, že vnější zásah zůstává hlavní příčinou havárií, v nichž se vyskytuje únik plynu. Na obr. 9 jsou uvedeny četnosti způsobené vnějším zásahem podle (třídy) průměru potrubí a velikosti netěsnosti. Předpokládá se, že mezi haváriemi na potrubí provázenými únikem plynu, které způsobuje zásah třetí strany (mimo přídavného namáhání) a tloušťkou stěny, existuje přímý pozitivní vztah. Na obr. 10 jsou ukázány četnosti havárií způsobených vnějším zásahem v závislosti na třídě tloušťky stěny a velikosti netěsnosti. Stojí za to uvést, že na potrubích o tloušťce stěny přes 15 mm nebyly pozorovány žádné havárie způsobené vnějším zásahem. Podle očekávání snižuje větší hloubka zásypu výskyt poruch z důvodu vnějšího zásahu. Vliv hloubky zásypu ukazuje obr. 11.
Materiálové a výstavbové vady - podrobnosti Havárie způsobené výstavbovými vadami
Obr. 9 Četnosti poruch způsobených vnějším zásahem podle průměru potrubí a velikosti netěsnosti
Slovgas • 3/2005
Plynárenské systémy
Obr. 10 Četnosti poruch způsobených vnějším zásahem v závislosti na třídě tloušťky stěny a velikosti netěsnosti
a poruchami materiálu mají relativně vysoký výskyt u potrubí vybudovaných před rokem 1963. Obr. 12 ukazuje rozložení podle roku výstavby.
Četnosti poruch vlivem koroze: podrobnosti Koroze představuje třetí největší příčinu úniku plynu a dochází k ní hlavně u tenkostěnných potrubí (méně než 10 mm). Rozložení ukazuje obr. 13. Četnosti havárií u tloušťky stěny do 5 mm a 5-10 mm jsou 48%, resp. 47% všech korozních havárií. Za zmínku stojí, že u potrubí o tloušťce stěny přes 15 mm nebyly pozorovány žádné korozní havárie. Ze všech korozních havárií bylo 79% způsobeno vnější korozí, 17% vnitřní korozí a u 4% nebyl druh identifikován. Vnější koroze byla dále rozdělena do těchto typů (tab. 3). Pokud jde o vnější korozi, důlková koroze je největším „přispěvatelem“. Příčinou vnitřní koroze nebyl zemní plyn, neboť všechny havárie způsobené vnitřní korozí (17%) se vyskytly v případě průmyslově vyráběného plynu (svítiplynu). Obr. 14 udává četnost poruch způsobených korozí v závislosti na roku výstavby a velikosti netěsnosti.
Korozí se normálně vytváří dírka, trhlina. Jedna korozní havárie pozorovaná členy EGIG však vedla k prasknutí.Potrubí bylo vybudováno před rokem 1954, materiál měl jakost A a průměr ležel mezi 6 a 10 palci. V tomto případě nebyl známý typ koroze a prasklá délka byla řádově v metrech.
Tab. 3 Typy koroze Koroze Galvanická Důlková Koroze pod napětím Neznámá
% 12 74 1 13
Detekce havárií
Tab. 4 Vztah mezi velikosti netěsnosti a pravdepodobnosti vznícení
Asi 40% všech havárií zanesených v databázi EGIG je detekováno veřejností. Druhým nejlepším „detektorem“ jsou hlídky na obchůzce a třetím je detekce dodavatelem. Úplný přehled je dán na obr. 15.
Velikost netěsnosti Dírka, trhlina Díra Roztržení ≤ 16 palců Roztržení > 16 palců
Pravděpodobnost vznícení V průměru ve 4% všech případů havárií došlo ke vznícení. Řádově jde o stejnou hodnotu jako hodnotu vykázanou EGIG za roky 1970-1998 (3,8%). Pravděpodobnost vznícení má souvislost s klasifikací velikosti netěsnosti - viz tab. 4.
Úrazy/úmrtí V období 1970 až 2001 nezpůsobila žádná havárie na potrubích přepravující zemní plyn žádný úraz nebo úmrtí obyvatel.
Obr. 12 Četnost poruch způsobených materiálovými a výstavbovými vadami v závislosti na roku výstavby
3/2005 • Slovgas
Obr. 11 Četnosti poruch vnějším zásahem v závislosti na třídě hloubky zásypu a velikosti netěsnosti
Pravděpodobnost vznícení 3,2% 2,1% 9,5% 25,0%
Závěry z 5. zprávy EGIG V období 1970 až 2001 nezpůsobila žádná havárie na plynovodu pro přepravu zemního plynu žádný úraz nebo smrt obyvatel. Účastnické společnosti mají nyní k dispozici kumulativní expozici svých potrubních systémů o velikosti 2,41 milionů kilometr-roků. Celková četnost havárií provázených neúmyslným únikem plynu v období 1970 až 2001 je 0,44 havárií za rok na 1 000 km po-
Obr. 13 Četnosti poruch způsobených vlivem koroze v závislosti na tloušťce stěny a velikosti netěsnosti
7
Plynárenské systémy
Obr. 14 Četnost poruch způsobených korozí v závislosti na roku výstavby a velikosti netěsnosti
trubí. Údaj za posledních 5 let je však výrazně nižší: 0,21 havárií za rok na 1 000 km potrubí. Celková četnost poruch je 0,44 za rok na 1 000 km potrubí při 95% intervalu spolehlivosti (0,33. Poruchovost se snížila za posledních 32 let pětkrát. U havárií způsobených korozí a výstavbovými nebo materiálovými vadami nebylo možné demonstrovat vliv stárnutí. Existuje trend používat větší průměry potrubí (více než 42 palců) v kombinaci s vyšší kvalitou materiálu (X65 a X70). Hlavní příčinou havárií je stále zásah z vnějšku (50%) následovaný výstavbovými vadami/vadami materiálu (17%) a korozí (15%). Větší hloubka zásypu snižuje významně četnost poruch způsobených vnějším zásahem. Větší podíl havárií je zjišťován veřejností, následuje hlídkování. Jenom v malém počtu havárií došlo ke vznícení plynu (v průměru ve 4%). Je však třeba připomenout, že tento počet závisí na
NAFTA, a. s.
Naftárska 965 908 45 Gbely Tel.: +421 34 693 2374 Fax: +421 34 693 2224 www.naftagbely.sk
8
mnoha parametrech. Za posledních deset let se celková četnost havárií způsobujících únik plynu postupně snížila, což prokazuje úspěšné, stále větší zapojování prvků bezpečnosti do celého potrubního procesu, tj. do projektování, výstavby (včetně výroby trub), bezpečného provozu a řádné údržby potrubí. Díky informačním technologiím je nyní možné rychle získat informace o efektivnosti opatření na zvýšení bezpečného chování plynárenských přepravních systémů. * Rein Bolt, vedoucí projektu EGIG, Gastransport Services (součást Gasunie), Nizozemsko Vladimír Horálek, RWE Transgas, a. s., Česká republika e-mail:
[email protected]
Literatúra [1] Skupina EGIG (2001). Havárie na plynovodech. 5. zpráva Skupiny pro údaje o haváriích na evropských potrubních systémech (č. dokumentu EGIG 02.R.0058).
Obr. 15 Detekce havárií
Ukrajina navrhuje zvýšiť tarify za prepravu Ak Gazprom akceptuje plán navrhnutý ukrajinskou vládou a štátom vlastnenej ropnej a plynárenskej spoločnosti Naftogaz, cena ruského plynu prepravovaného do Európy môže vzrásť. Podľa ruskej banky Alfa Bank sa nedávno uskutočnili rozhovory medzi ukrajinským ministrom energetiky I. Plačkovom a výkonným riaditeľom Gazpromu A. Millerom o zvýšení taríf za prepravu ruského plynu do Európy cez Ukrajinu. Minulý rok Gazprom podpísal dohodu o odpísaní 1,44 mld. USD (1,175 mld. EUR) dlhu výmenou za budúce tranzitné poplatky. Podľa dohody Gazprom zaplatil jednorázovú zálohu vo výške 1,25 mld. USD Naftogazu za prepravu plynu v priebehu rokov 2005 - 2009. Dohoda fixuje tranzitný poplatok na 1,09 USD/ 1 000 m3/100 km za 19,2 mld. m3 plynu, ktorý by mal byť v tomto období prepravený. Podľa posledných správ z Alfa Bank Ukrajina sa Ukrajina snaží zdvihnúť tarify na 1,75 2,00 USD/1 000 m3/100 km výmenou za predaj plynu Ukrajine nie za 50 USD/1000 m3, ako je to v súčasnosti, ale trhové ceny približne okolo 80 USD/1 000 m3. Tento návrh ukrajinskej strany nie je prekvapením, pretože konzultačná správa o prepravných cenách na Ukrajine naznačuje, že štát dotuje ceny, ktoré západní spotrebitelia platia za plyn. Ukrajinský vysokotlakový prepravný systém je kľúčovým pre bezpečnosť dodávok plynu do Európy. Prepraví viac ako 210 mld. m3 plynu ročne a krajina má najväčšie zariadenia na uskladnenie plynu na kontinente. Viac ako 90% plynu pochádza z Ruska: väčšina zo Sibíri, ale stúpa aj podiel plynu zo zásob centrálnej Ázie. Aj napriek tomu Naftogaz, ktorý vlastní všetok plynárenský majetok, nie je schopný udržiavať a rozširovať svoj rozvodný systém. Aj to je dôvod tlaku na konzorcium, ktorého členmi sú aj zahraničné spoločnosti, aby prevzalo zodpovednosť za prepravu plynu. Predpokladá sa, že v minulom roku Gazprom dodal spoločnosti Naftogaz 24 mld. m3 plynu ako platbu za prepravu plynu do Európy. European Gas Markets
Slovgas • 3/2005
