Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Vizualizace, monitorování a řízení provozu zásobníku plynu

Společnost RWE Transgas, a. s., je monopolní dovozce zemního plynu do České republiky. Pro zajištění distribuce plynu disponuje šesti podzemními zásobníky plynu (PZP) rozmístěnými po celé republice. Článek popisuje monitorování a řízení přírodního podzemního zásobníku plynu firmy RWE Transgas, a. s., v lokalitě Třanovice (severní Morava).
 

Popis provozu podzemního zásobníku plynu Třanovice

Podzemní zásobník plynu (PZP) Třanovice je zásobník vybudovaný ve vytěžených ložiscích zemního plynu na nalezišti Žukov v blízkosti Českého Těšína. Naleziště Žukov bylo těženo od roku 1949 do roku 1980. Celé naleziště je vázáno na výskyt klastických třetihorních sedimentů spodního badenu, které vyplňují erozivní výmoly v karbonském podloží.
Ložiska jsou vrstevního typu, ohraničená litologicky, jejich uzávěr tvoří hranice voda–plyn. Nepropustný nadložní kryt obsahuje pelitické spodnobadenské sedimenty, jež jsou překryty nepropustnými příkrovy karpatské soustavy. Kolektorskou (uskladňovací) horninou jsou spodnobadenské pískovce až slepence o proměnlivé mocnosti, která narůstá od vrcholu struktury k okraji ložisek, a to od 5 do 80 m s průměrnou mocností 25 až 30 m. V současnosti jsou na systém podzemního uskladňování plynu napojeny tři ložiskové celky, označované jako Západní pole, Nové pole a Čočka.
Výstavba PZP na tomto nalezišti byla zahájena v roce 1997 a ukončena v roce 2000. Zásobník je v současné době provozován celkem 28 vtláčně-odběrovými sondami (vrty).
PZP Třanovice plní v současnosti dvě základní úlohy: kromě podzemního uskladňování zemního plynu funguje též jako předávací stanice. V létě, kdy je spotřeba plynu nízká, je přebytek plynu, tj. rozdíl mezi dovezeným a spotřebovaným množstvím, uskladněn v podzemním zásobníku − provoz je v režimu „vtláčení“. V zimním období naopak spotřeba plynu převyšuje jeho dodávky ze zahraničí a rozdíl je dorovnáván právě „těžbou“ plynu ze zásobníku. Veškerý plyn ze zásobníku, popř. plyn z vysokotlakého liniového plynovodu, je z předávací stanice PZP po fakturačním měření přímo dodáván plynárenské distribuční společnosti (režim „předávka“). V případě PZP Třanovice jde o Severomoravskou plynárenskou, a. s. (dále SMP), která zajišťuje jeho prodej a distribuci koncovým zákazníkům v regionu.
 

Regulace, řízení a monitorování na technologické řídicí úrovni

Ložisko zásobníku je tedy rozděleno do tří ložiskových celků, na kterých je rozmístěna síť těžebně-vtláčných sond. Na těchto celcích – Západní pole, Nové pole a Čočka – je sledována evidence pohybu zásob plynu, rozložení tlaků v ústích jednotlivých sond a výkony produkce plynu v jednotlivých sondách v průběhu těžebních a vtláčecích sezon.
Lokality sond jsou vybaveny snímači a převodníky firmy Fischer-Rosemount (resp. Emerson Process Management). Pro měření průtoku se používá rychlostní sonda Annubar (obr. 1) a pro vyhodnocení převodník tlakové diference ProBar 3051. Do řídicího systému jsou připojeny s použitím proudových smyček 4 až 20 mA a současně jsou monitorovány rostřednictvím protokolu HART v systému AMS (Asset Management Solution; vizualizace stavu zařízení).
Při těžbě proudí plyn ze sond do kolony sušení. K sušení se používá triethylenglykol (TEG). Po úpravě vlhkosti je plyn sváděn do centrálního potrubí, odkud je předáván do rozvodné sítě SMP. Dodané množství plynu je měřeno hmotnostními průtokoměry.
Technologický proces PZP Třanovice je přímo řízen víceúrovňovým distribuovaným řídicím systémem firmy Unicontrols, a. s. Veškeré povely z operátorské stanice a odezvy odezvy z technologického provozu probíhají v reálném čase. Programové prostředí operátorských stanic tvoří systém SCADA IGSS (Interactive Graphics Supervision) dánské firmy Seven Technologies na bázi klient-server s vlastní databází on-line. Tento řídicí systém umožňuje řídit provoz podzemního zásobníku plynu ve všech provozních režimech.
 

Provoz zásobníku – pracovní režimy

Pro bilancování výkonů podzemního zásobníku plynu je určující stav zásob uskladňovaného zemního plynu v ložisku a dále množství zemního plynu dodaného z PZP do distribuční sítě SMP. Stav zásob PZP se během roku mění podle provozovaného režimu. V období vtláčení je plyn do ložiska dodáván z rozvodné sítě RWE Transgas a stav zásob roste, v období těžby je plyn z ložiska odebírán a stav zásob klesá.
Cesta plynu je v provozu PZP takováto:
  • těžba: těžebně-vtláčná sonda − areál PZP s filtrací, sušením plynu a centrální regulací − předávací stanice,
  • vtláčení: areál PZP s filtrací a centrální regulací
  • těžebně-vtláčné sondy,
  • předávka: areál PZP s filtrací a předávací stanice − distribuční společnost.
PZP Třanovice může být v těchto pracovních režimech:
  1. Vtláčení plynu z rozvodné soustavy RWE Transgas do zásobníku pro jeho uskladnění.
  2. Vtláčení pro uskladnění plynu v zásobníku a předávka plynu do rozvodné soustavy distribuční společnosti.
  3. Předávka plynu z rozvodné soustavy RWE Transgas do rozvodné soustavy distribuční společnosti.
  4. Těžba plynu ze zásobníku pro dodávky do rozvodné soustavy distribuční společnosti.
  5. Těžba a předávka plynu pro dodávky plynu do rozvodné soustavy distribuční společnosti.

Dispečerský informační systém

Pro přesnou evidenci pohybu zásob plynu a požadavků hlášení údajů bilančního charakteru pro dispečink distribuční společnosti a centrální dispečink RWE Transgas byl vytvořen lokální informační systém na dispečerské řídicí úrovni. Tento systém kromě okamžitého sledování výroby, jako jsou hodinové průtoky plynu v závislosti na provozních režimech (těžba, vtláčení, předávka distributorovi nebo kombinovaný režim), dává také přehledy bilančního charakteru s evidencí zásob plynu v podzemním zásobníku.
Data pro účely bilancování jsou hodinová agregovaná, exportovaná ze systému technologického řízení (IGSS). Přechází-li zásobník na jiný režim, jsou v reálném čase generována data o novém pracovním režimu. Část dat lze získat
i přímo z technologického řídicího systému dotazy přes ODBC nebo OLE Automation. Systém IGSS rovněž poskytuje historické přehledy a časové řady (trendy). Informační systém na dispečerské úrovni ale přejatá data dále zpracovává pro potřeby provozu – hlášení na nadřízený dispečink a bilanční vyhodnocování. Práce s těmito daty a bilanční výpočty tak nezatěžují server IGSS, který je určen pro řízení technologického procesu v reálném čase.
Základní částí informačního systému je server Compaq Proliant ML 370 s operačním systémem Microsoft Server 2000 a databází Microsoft SQL Server 2000. Pro zvýšení spolehlivosti, která by měla být garantována nepřetržitých provozech, byl server doplněn hardwarovým řadičem RAID provozovaným jako RAID 1 (disk mirroring). Jedna sada disků je vyhrazena pro operační systém a druhá sada pro vlastní data systému.
Bilancování stavu zásob se vyhodnocuje v objemových jednotkách, přepočítávaných podle aktuálního tlaku a teploty plynu, v tzv. normovaných kubických metrech (Nm3). Systém pracuje s okamžitými hodnotami průtoku v normovaných kubických metrech za hodinu a s integrovanými hodnotami přepočítávaného průtoku za určité období.
V informačním systému pro bilancování výkonů PZP Třanovice se zpracovávají také průtoky na jednotlivých těžebně-vtláčných sondách, měřené rychlostními sondami Annubar. V areálu PZP Třanovice se průtok plynu do nedávné doby měřil na řadách centrální regulace ultrazvukovým průtokoměrem, nyní je měřen hmotnostními průtokoměry MicroMotion s vyhodnocovací jednotkou průtoku FlowBoss (Emerson Process Management). V předávací stanici areálu je plyn na měřicích řadách měřen turbínkovými plynoměry (Solartron, fakturační měření). Jednotlivé segmenty informačního systému tedy
zpracovávají údaje o průtoku ze tří principiálně odlišných typů měření.
Uživatelský program pro vizualizaci bilancí je typu klient-server, přenosy dat byly programovány v jazyce C a úlohy pro koncové uživatele ve Visual Basic. Technologické výpočty bilančních a sumárních hodnot jsou prováděny prostřednictvím uložených procedur SQL Serveru. Systém při příchodu nových dat vyhodnotí provozní režim a podle výsledku provede přepočet pro prezentaci v dispečinku i měsíční bilanční vyhodnocení. Například při režimu „vtláčení“ nejde plyn přes předávací stanici; měří se na řadách centrální regulace (tedy MicroMotion a Flow- Boss) a v ústí sond (Annubar a ProBar). Při režimu „těžba“ plyn prochází předávací stanicí, takže lze využít fakturační měření pro odečítání ze stavu zásob. V režimu „předávka“ lze pracovat pouze s fakturačním měřením na výstupu z areálu. Program musí reagovat na změny režimů zásobníku a vlastně i na vyhodnocení toho, který údaj z jakého měření je v daném režimu aktuální. Tím je zajištěno, že provozní stav zásob byl korektně propočítán a byla poskytována požadovaná informace.
Program pro prezentaci provozu v dispečinku je především určen ke sledování hodinových a dvouhodinových průměrů průtoku plynu (podle provozního režimu; obr. 4). Dále sleduje denní hodnoty, které se k šesté hodině ranní hlásí nadřízenému dispečinku (centrální dispečink RWE Transgas). Pracovníci dispečinku mají k dispozici i průběžné měsíční a roční hodnoty průtoků plynu v jednotlivých režimech a aktuální stav zásob v ložisku PZP Třanovice (obr. 5).
Další program je určen ke sledování údajů bilančního charakteru. Umožňuje sledovat průtoky z jednotlivých sond při těžbě a vtláčení. Prezentuje denní hodnoty průtoků z jednotlivých polí (jako součet průtoků ze sond daného pole), přičemž součet průtoků z polí musí být shodný s průtokem plynu měřeným na vstupu do PZP nebo výstupu z něj. Výstupem je také přehled měsíčních součtů těžby, vtláčení a předávky z jednotlivých polí i provozu celkem. Data z uživatelského programu lze exportovat do programu Microsoft Excel pro další zpracování. K dispozici je rovněž funkce, s jejíž pomocí se vyhodnocují případné rozdíly v měření průtoku plynu z jednotlivých typů měření (což by signalizovalo únik plynu nebo poruchu měření).
 

Závěr

Použití řídicího systému dispečerské úrovně zlepšilo monitorování provozu PZP Třanovice zejména v oblasti bilančního vyhodnocování. Prezentace průtoku plynu, celkového stavu zásob a denního vyhodnocení provozu pro dispečink umožnila snížit zátěž způsobenou dotazy do databáze technologického řídicího systému, který je tak plně využíván pro svůj hlavní účel – přímé řízení a monitorování provozu technologických zařízení v reálném čase.
 
Ing. Roman Danel, Ph.D.,
Kovo, informační systémy, a. s., Praha
 
Obr. 1. Měření průtoku rychlostní sondou Annubar
Obr. 2. Hmotnostní průtokoměr MicroMotion
Obr. 3. Fakturační měření průtoku turbínkovými plynoměry v předávací stanici
Obr. 4. Vizualizace průtoků pro dispečink PZP Třanovice
Obr. 5. Roční bilance