Gase und Gasbeschaffenheiten Biogas: Gaserzeugung - Aufbereitung - Einspeisung Netze und Anlagen Gasspeicherung Messtechnik und Abrechnung Gasanwendung Korrosionsschutz Erdgas als Kraftstoff Organisation + Management Gesetze und Verordnungen Sicherheit und Umwelt Informationen für Verbraucher International
Eine effiziente und verbraucherfreundliche Bewirtschaftung der Versorgungsnetze setzt intakte und gut instand gehaltene Rohrleitungssysteme voraus. Die mit der Instandhaltung und der gegebenenfalls erforderlichen Instandsetzung verbundenen Kosten können durch bedarfsorientierte Maßnahmen beeinflusst werden, falls eine genaue Ermittlung des Netzzustands möglich ist. Elektronische Prognose- und Bewertungssysteme können hier eine objektive Einschätzung leisten und eine Entscheidungshilfe bieten. Dies wurde auch durch Forschungsvorhaben des DVGW gezeigt, deren Ergebnisse derzeit in das 
DVGW-Regelwerk G 401 überführt werden.
Mit Zustandsprognosen zur Optimierung der Erneuerungs- und Instandhaltungsmaßnahmen von Rohrnetzen ist eine bedarfsorientierte Verteilung der Ressourcen möglich. Sie unterstützen bei der objektiven Ermittlung von Budgets, machen Budgetänderungen und deren langfristige Auswirkungen transparent, erhöhen die Verfügbarkeit der Infrastruktur und helfen Betriebskosten zu senken.
Sie sind ein in anderen Industriezweigen längst etablierter Baustein der zustandsorientierten Instandhaltung (ZOI). Die Intervalle für Instandhaltungsmaßnahmen folgen hierbei nicht starren Vorgaben, sondern werden aus rohrleitungsspezifischen Informationen des jeweiligen Netzes gebildet. Dies ermöglicht einen bedarfsangepassten, ökonomischeren Netzbetrieb.
Die Anwendung der ZOI für Rohrnetze stellt besondere Anforderungen an die Methoden und die notwendige Dokumentation von Netz- und Schadensdaten. Es handelt sich bei Leitungsnetzen um reparaturfähige Systeme. Der beste Austauschzeitpunkt ist bei diesen Systemen nicht, nachdem der erste Schaden festgestellt wurde, vielmehr ist eine technisch-ökonomische Optimierung erforderlich.
Instandhaltung umfasst die drei Schwerpunkte Inspektion, Wartung und Instandsetzung. Bei der zustandsorientierten Instandhaltung (ZOI) werden die Intervalle für Inspektion und Wartung nicht allgemeingültig definiert, stattdessen basieren sie auf dem tatsächlichen Verhalten der technischen Anlagen, so dass Informationen über deren Auslegung und Fahrweise der Anlage Berücksichtigung finden.
Bei Gashochdruckleitungen wird die Zustandsbewertung oft auf Grundlage von Ergebnissen einer „Inline-Inspektion“ vorgenommen, die mit Hilfe von Molchen realisiert wird. Molche sind mobile Geräte, die mit dem Innendruck durch die Leitungen transportiert werden, um den Zustand der Rohre zu inspizieren. Dazu müssen die Leitungen beim Bau allerdings bereits entsprechend ausgelegt worden sein. Ist eine Molchung nicht möglich, dann ist der tatsächliche Zustand von Leitungsabschnitten mit den verfügbaren Methoden nicht wirtschaftlich ermittelbar.
Leitungsbegehungen und Leitungsüberprüfungen erlauben zwar indirekte Rückschlüsse auf den Zustand der Leitungen, sind aber selten zum Ableiten von Trends, welche für mittelfristige Betrachtungen essentiell sind, geeignet. Statistische Methoden zur Auswertung von Netz- und Schadensdaten bieten diesbezüglich flexibler nutzbare Ergebnisse.
Es sind sowohl aus der Literatur als auch aus Auswertungen umfangreicher Netz- und Schadensdatenbanken Standardkurven bekannt, denen die Schadenswahrscheinlichkeit von Rohrleitungen folgt. Die Verläufe der Schadenswahrscheinlichkeiten geben folgende Charakteristika wieder (s. „Weiterführende Informationen“): Zufall, Alterung, betriebsbedingte Schäden, Inbetriebnahme-Schäden durch z. B. Verlegefehler, Verschleiß und die Kombination mehrerer Kurven (Badewannenkurve).
Mit Hilfe entsprechender Netz- und Schadensdaten können diese theoretischen Verläufe mit mathematischen Funktionen zur Prognose der voraussichtlichen Entwicklung der Schadenswahrscheinlichkeit unterlegt werden.
Eine Vielzahl von Parametern beeinflusst das Verhalten der Schadenshäufigkeit von Rohrleitungen, darunter z. B. Material, Art der Umhüllung, Transportmedium (Gas, Wasser), Verkehrsbelastung, Verlegefehler, Bodenart und -feuchte, Verfüllmaterial und weitere. Grundsätzlich sind zwei Herangehensweisen zur Ermittlung des Schadensverhaltens üblich:
Beim Mikroansatz wird versucht, möglichst alle Parameter einer Rohrleitung (Eigenschaften des Bodens, Verlegung, Rohrleitung, Verkehr, …) für die Prognose der Schadensentwicklung zu nutzen. Dies führt zu einer Erhöhung der Prognosegenauigkeit bis auf die Einzelleitungsebene. Aufgrund der Vielzahl an benötigten Eingangsdaten, die meist schwer zu erheben oder nicht verfügbar sind, kann dieser Ansatz nur lückenhaft oder unter Verwendung von Annahmen verfolgt werden. Die erwartete Genauigkeit leidet darunter, und der Mikro-Ansatz geht somit fließend in den Makro-Ansatz über.
Bei dem Makroansatz werden Rohrabschnitte mit gleichen, für das Schadensgeschehen wesentlichen Eigenschaften zusammengefasst. Dadurch kann auf einen größeren Datenpool von Netz- und Schadensdaten für die Funktionsermittlung zurückgegriffen werden. Die Prognose des Schadensverhaltens für die gesamte Gruppe wird so sehr präzise und ist damit für die Budgetermittlung prädestiniert. Mit diesem Ansatz können auch orientierende Aussagen zu Einzelleitungen getroffen werden.
Allerdings sind diese Aussagen für Einzelleitungen weniger exakt als beim Mikro-Ansatz, da das Verhalten einzelner Leitungen in einer Gruppe um einen Mittelwert streut (ähnlich wie die durchschnittliche Lebenserwartung beim Menschen) und somit durchaus eine signifikante Abweichung vom Durchschnitt aufweisen kann. Dies ist jedoch kein Nachteil, da typischerweise die Ergebnisse beider Ansätze vor der Planung von Eingriffen in das Netz in Hinblick auf Parallelmaßnahmen, strategische Entwicklungsziele etc. überprüft werden müssen. Prinzipiell gilt: Je umfangreicher die Netzdaten und je länger der Zeitraum der Schadenserfassung, desto genauer wird die Funktion der Schadenswahrscheinlichkeit und damit auch der Prognose.
Die Grundlage für die Prognose der Schadenswahrscheinlichkeit bildet die Ermittlung einer entsprechenden mathematischen Funktion. Dafür ist die Dokumentation leitungsabschnittsbezogener Netz- und Schadensdaten notwendig. Entsprechend der noch in Erarbeitung befindlichen Neuauflage des DVGW-Arbeitsblattes G 401 sind die folgenden Netz- und Schadensdaten für eine aussagekräftige Schadensstatistik aufzunehmen:
Aus den leitungsabschnittsbezogenen Netz- und Schadensdaten kann mit der folgenden Gleichung die jährliche, auf das Rohrleitungsalter bezogene Schadenswahrscheinlichkeit ermittelt werden:
Die Schadenswahrscheinlichkeit Sx einer Leitungskategorie des Alters x ist proportional zu der Gesamtzahl (Nx) der relevanten Schäden an den Leitungen im Jahr x, bezogen auf die Gesamtlänge der Leitungen (Lx). Eine Leitungskategorie kann z. B. durch gleiche Materialien gekennzeichnet sein, zusätzliche Unterteilungen sind möglich.
Aus den jährlichen Werten wird dann mittels der „Methode der kleinsten Quadrate“ eine mathematische Funktion ermittelt, welche den Verlauf der Schadenswahrscheinlichkeit im Netz abbildet. Diese Funktion eignet sich auch zur Prognose des zukünftigen Schadensgeschehens, unter der Voraussetzung, dass sich das Schadensverhalten des Rohrnetzes nicht sprunghaft ändert.
Bei der Planung von Reparatur- und Investitionsmaßnahmen im Rahmen der zustandsorientierten Instandhaltung ist die Ermittlung einer Zustandsprognose hilfreich. Die Zustandsprognosesoftware für Gas- und Wassernetze berechnet den wirtschaftlich optimalen Austauschzeitpunkt für Rohrleitungen. Für jedes Jahr des frei wählbaren Betrachtungszeitraums werden die Anzahl der zu erwartenden Schäden und die daraus resultierenden Kosten ermittelt. Diese Reparaturkosten werden mit den Investitionskosten für eine neue Leitung (bezogen auf den Abschreibungszeitraum) verglichen.
Übersteigen die Reparaturkosten die Investitionskosten, dann sollte die Rohrleitung ausgetauscht werden. Wird die Berechnung für ein komplettes Rohrnetz durchgeführt, lassen sich die zu erwartende Anzahl an Schäden sowie die benötigten Mittel für Reparaturen und Investitionen feststellen. Zusätzlich lassen sich die mittel- und langfristigen Effekte von aktuellen Budgetentscheidungen objektiv darstellen. Diese Informationen können für eine zustandsorientierte Instandhaltung verwendet werden.
Die Lebensdauer technischer Systeme hängt neben anderen Faktoren auch vom Zufall ab. Ziel der theoretischen Beschreibung von Schadenswahrscheinlichkeiten ist es daher, ein mathematisches Modell zu finden, das Prüfaufwand und Aussageunsicherheit in ein optimales Verhältnis bringt. Eine gewisse Restunsicherheit bleibt aber dabei bestehen.
Die Schadenswahrscheinlichkeit kann – je nach Art des Systems – konstant, steigend oder fallend sein. Da meist mehrere Ursachen vorliegen, entsteht eine Kombination einzelner Funktionen. Folgende typische Verläufe sind möglich:
Diese Ausgabe als PDF (PDF, 811 KB)
Programm BEROS bei der DVGW Service & Consult GmbH
Programm BEROS der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH
Schadensprognose von Gas- und Wasserrohrleitungen (PDF, 499 KB) von G. Müller-Syring/J. Hüttenrauch, DBI GUT
Bewertungssysteme für Gasrohrnetze (PDF, 368 KB), von J. Mischner
Molchen als Bestandteil einer Zustandsbewertung von Erdgashochdruckleitungen (PDF, 386 KB) von Othmar Fröhlich
RSS-Feeds
Regelwerk
Forschung
Anträge
Technologie-Report