Keď prepätie nemá šancu

Cestovanie v čase je snom ľudstva už od pradávna. Jedni by chceli nahliadnuť do budúcnosti, druhých zase láka história. V nej má svoje čestné miesto aj rok 1913, v ktorom sa okrem iných udalostí podarilo vo vtedajšom Rakúsko-Uhorsku objaviť ložisko ropy pri Gbeloch. Už o rok neskôr sa začala jej priemyselná ťažba. Prešlo niečo viac ako päťdesiat rokov a na východnom Slovensku sa začalo aj s ťažbou zemného plynu. Odborníci by určite spomenuli ďalšie míľniky, ktoré predchádzali vzniku dnešnej spoločnosti NAFTA a.s. Zložitosť technologických procesov a snaha o maximálnu efektívnosť ich prevádzky a bezpečnosť pracovníkov smerovali k využitiu moderných systémov automatizácie, merania a riadenia, na ktoré sa zamerala aj naša redakčná reportáž.
Keď prepätie nemá šancu

NAFTA je medzinárodná spoločnosť s rozsiahlymi skúsenosťami v oblasti skladovania a budovania podzemných zásobníkov zemného plynu na Slovensku a zároveň slovenským lídrom v prieskume a ťažbe uhľovodíkov. Spoločnosť aktívne pôsobí v krajinách strednej Európy a v súčasnosti je prítomná okrem Slovenska aj v Českej republike, Nemecku, Rakúsku a na Ukrajine. NAFTA vo viacerých krajinách prevádzkuje podzemné zásobníky s celkovou skladovacou kapacitou približne 60 TWh, čím sa stala 6. najväčším prevádzkovateľom zásobníkov plynu v Európe, realizuje prieskumné činnosti a zúčastňuje sa projektov na skladovanie energie z obnoviteľných zdrojov.

Centrálny areál Gajary (CAG)

Odťažené ložiská uhľovodíkov predstavujú najvhodnejšie štruktúry využiteľné pre uskladňovanie zemného plynu. Výstavba každého zásobníka závisí od parametrov horninovej štruktúry, v ktorej sa má nachádzať. „Gajary-báden je ropno-plynové nálezisko objavené v bádenských sedimentoch slovenskej časti Viedenskej panvy s rozlohou cca 11,5 km2 v hĺbke cca 1800 m. Množstvo dôkladných analýz dokázalo, že ložisko spĺňa po geologickej, technickej aj ekonomickej stránke parametre kvalitného zásobníka zemného plynu,“ vysvetľuje na úvod nášho stretnutia Ing. Róbert Tiffinger, vedúci oddelenia projekcie, divízie PZZP v spoločnosti NAFTA a.s.

Podzemný zásobník zemného plynu (PZZP)

Ide v podstate o plynárenské zariadenie, ktoré slúži na uskladňovanie veľkého množstva zemného plynu (niekedy rádovo až v mld. m3) vo vhodných geologických štruktúrach, ktoré sú s povrchovou technológiou prepojené zásobníkovými sondami. „PZZP slúži najmä na vykrývanie sezónnych rozdielov (medzi letom a zimou) v spotrebe zemného plynu, vykrývanie výkyvu v dennej spotrebe zemného plynu ako aj nástroj bezpečnosti dodávky plynu,“ hovorí R. Tiffinger. Prepojenie Gajary – báden s PZZP Lab 3. stavba má strategický význam, pretože prepája Gajary-báden s ďalšou plynárenskou infraštruktúrou, ktorá je napojená na Centrálnu stanicu Plavecký Štvrtok PZZP Láb). Prepojenie zvyšuje spoľahlivosť prevádzky celého komplexu PZZP NAFTA a.s. (diverzifikácia vstupno-výstupných bodov), flexibilitu prevádzky (možné zmeny toku z ťažby na vtláčanie a naopak, ako aj súčasné vtláčanie a ťažba). Prepojenie zároveň podporuje v prípade potreby reverzný tok a vytvára tak ďalší priestor na rozvoj komplexu PZZP NAFTA a.s.

Sonda podzemného zásobníka plynu

Zásobníková sonda prepája geologické ložisko s povrchovou infraštruktúrou zásobníka. Slúži na dopravu plynu z ložiska na povrch a z povrchu do ložiska. Technické riešenie sondy spĺňa požiadavky európskej normy EN 1918-2. Plyn prúdi z ložiska na povrch cez čerpacie rúry s plynotesnými spojmi, ktoré tvoria prvú bezpečnostnú bariéru pred nežiadúcim únikom plynu. Tlaková koncovka (paker) zabezpečuje hermetické uzatvorenie medzikružia medzi čerpacími rúrami a pažnicami, ktoré tvoria druhú bezpečnostnú bariéru proti nežiadúcemu úniku plynu. Ústie sondy nazývané produkčný kríž je vybavené viacerými uzávermi na bezpečné uzatvorenie sondy. Podpovrchový bezpečnostný ventil umiestnený v hĺbke cca 30 metrov automaticky uzatvorí sondu pod povrchom v prípade nekontrolovateľného úniku plynu spôsobeného deštrukciou ústia sondy. Sondy boli vŕtané ako usmernené pod uhlom až 36°, dno sond sa nachádza vo vertikálnej hĺbke 1850 m vo vzdialenosti až 950 m od počiatočného bodu vŕtania.

Technologické vybavenie CAG

Centrálny areál Gajary-báden (CAG) slúži prioritne na úpravu plynu, pričom je prepojený s prepravnou sieťou a ďalšími zásobníkmi NAFTA a.s. Do CAG vstupujú všetky prípojky zo sond do vstupno/výstupného kolektora. „Operátor sleduje všetky potrebné prevádzkové veličiny na jednotlivých prípojkách – prietok, tlak, teplota, sleduje stav všetkých prevádzkových a bezpečnostných ventilov, ktoré zároveň dokáže aj diaľkovo riadiť,“ vysvetľuje Bc. Rastislav Klena, majster prevádzky CAG, divízia PZZP, spoločnosti NAFTA a.s.

Vo výstupnom separátore sa oddelí z plynu kvapalná zložka, ktorý sa následne ohrieva s cieľom dosiahnuť pri nižšom tlaku požadovanú teplotu. Plyn, ktorý vychádza z ložiska, je obohatený o ľahké uhľovodíky a rôzne zmesi. Tieto sa pred vstupom plynu do tranzitného plynovodu musia upraviť na požadované kvalitatívne parametre. Existuje na to niekoľko metód, v rámci CAG sa využíva prietok plynu cez tzv. silikagély. Sušenie plynu sa uskutočňuje pomocou silikagélov vo forme guličiek, ktoré na jednej strane vlhkosť pohlcujú, ale na druhej strane nesmú prísť do priameho kontaktu s voľnou vodu, pretože by sa mechanicky znehodnotili. Z tohto dôvodu je ešte pred technológiou silikagélov zaradený separátor. Meranie prietoku na technológii silikagélov zabezpečuje clonové meradlo, ktoré bolo dodané spolu s technológiou. V ďalších častiach technológie sa využívajú výlučne ultrazvukové prietokomery. Neoddeliteľnou súčasťou procesu úpravy plynu je meranie zloženia a kvality plynu, ako napr. rosného bodu. Časom dochádza pri silikagéloch k ich nasýteniu, preto je potrebné ich regenerovať. Celý popísaný technologický proces prebieha v úplne automatickom režime na základe operátorom zadaných vstupných parametrov. Oddelené kvapaliny, vzniknuté počas regenerácie, ďalej smerujú do separátorov, kde sa delia na nižšie uhľovodíky a vodu. Potrubný dvor umožňuje prepojenie CAG na vyššie menované plynovodné siete. Prepojovací uzol Gajary zase umožňuje prepojenie na strediská ZS3, ZS1 a Centrálnu stanicu podzemného zásobníka zemného plynu Láb (CS PZZP Láb), zabezpečuje toky do jednotlivých plynovodov a späť do CAG. Dve turbokompresorové jednotky vybudované v prvej etape výstavby CAG, ktoré možno prevádzkovať v sériovom alebo paralelnom režime, sa v prevažnej miere používajú pre toto stredisko, pričom ich maximálny výtlak je 22 MPa. Tretia turbokompresorová jednotka sa používa pre strediská 3. stavby a má výtlak 8 MPa.

Pre meranie výšky hladiny sa v rámci spomínaných technológií využívajú ultrazvukové meracie prístroje, pre meranie teploty a tlaku štandardné prevodníky 4-20 mA. „Väčšina meracích prístrojov je vybavená aj komunikačným protokolom HART, ktorý nám umožňuje okrem samotnej komunikácie realizovať aj základné diagnostické procesy,“ dodáva R. Tiffinger.

Koncepcia riadiaceho systému

Koncepcia riadiaceho systému, jeho špecifikácia, programovanie a uvedenie do prevádzky bolo realizované kmeňovými pracovníkmi NAFTA a.s. Riadenie komplexu technológie v rámci CAG zabezpečuje riadiaci systém, ktorý má tri úrovne riadenia. Systém pozostáva z 10 energoblokov vzájomne prepojených optickými sieťami, 23 PLC systémov, 5 serverov a 4 počítačov, pričom spolupracuje so 41 regulačnými obvodmi, 53 riadiacimi sekvenciami a 219 bezpečnostnými sekvenciami. Riadenie celej prevádzky CAG má 2878 vstupov a výstupov, pričom celá prevádzka môže bežať v 26-tich rôznych kombináciách ťažby, vtláčania či transferu plynu.

„Hlavné bezpečnostné sekvencie sú realizované cez nezávislý ESD od Rockwell Automation – systém havarijného odstavenia a sústavu bezpečnostných uzáverov, obvodov a systém havarijného odtlakovania spĺňajúci najvyššie bezpečnostné štandardy. Pre obslužný personál sú k dispozícii aj tlačidlá STOP, kedy sa technológia uvedie do bezpečného stavu bez odtlakovania odizolovaním technológie od sond a plynovodu; TOTAL STOP, ktoré uvedie technológiu do bezpečného stavu s odtlakovaním a vypnutím elektrickej energie,“ vysvetľuje R. Klena.

V riadiacej miestnosti pracujú dvaja operátori, z ktorých jeden má na starosti riadenie CAG a druhý riadi ďalšie strediská 3. stavby. V rámci nich dochádza aj k úprave plynu na inom princípe, ako je to v CAG. Tieto strediská sa riadia diaľkovo, pričom operátor má prehľad o všetkých procesoch prostredníctvom SCADA systému a veľkoplošných obrazoviek.

Zriadenie systému ochrany pred bleskom

Na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky meracích a kontrolných systémov v NAFTA a.s. zásobníka Gajary-báden je kladený najvyšší dôraz. Jedným zo systémov zabezpečujúcim spoľahlivú a bezpečnú prevádzku je aj systém ochrany pred účinkami blesku. Prevádzkovateľ sa k tejto modernizácii postavil maximálne zodpovedne a nenechal nič na náhodu.

Inštalácia systému vonkajšej a vnútornej ochrany pred účinkami blesku a prepätia vyplynula z analýzy rizika v zmysle STN EN 62305-2, na základe ktorého boli objekty zaradené do úrovne ochrany LPL I. Tieto objekty a prevádzka sú národohospodárskeho významu a z tohto dôvodu bolo potrebné zvýšiť prevádzkovú bezpečnosť a spoľahlivosť.

Projekt ochrany pred účinkami blesku a prepätia spracovávala spoločnosť Gas & Oil Engineering na základe zadaných vstupných parametrov. V spolupráci so zamestnancami NAFTA a.s. bola vypracovaná analýza rizika. „Návrh rešpektoval odporúčané metódy návrhu ochrany pred účinkami atmosférickej a statickej elektriny podľa noriem STN EN 62305-3 a STN EN 62305-4. Jednotlivé súčasti (zariadenia) boli vyberané tak, aby spĺňali všetky požiadavky z hľadiska kvality a zároveň boli cenovo primerané,“ hovorí R. Tiffinger.

Nakoľko zásobník Gajary-báden pozostáva z technológie lokalizovanej na veľkej otvorenej ploche a jej súčasťou sú aj rozmerovo veľké zariadenia, riziko zásahu bleskom nie je zanedbateľné. Riziko vzniku škôd spôsobených poruchou alebo poškodením zariadení bleskom zvyšuje aj fakt, že vo väčšine priestorov je prostredie s nebezpečenstvom výbuchu. Hlavnou úlohou ochrany pred účinkami blesku teda bolo zabrániť neželaným iskreniam vyvolaným pri zásahu bleskom. Základom bolo teda vybudovanie kvalitnej uzemňovacej sústavy s dlhou životnosťou. Uzemňovacie sústavy sú všeobecne ohrozované hlavne koróziou, ktorá skracuje ich životnosť a zhoršuje elektrické parametre. Z toho dôvodu projektanti navrhli najdôležitejšie a najkritickejšie miesta uzemňovacej sústavy vybudovať z nerezovej ocele V4A. V celom areáli je teda zabezpečené, že všetky neživé vodivé konštrukcie technologických zariadení sú pripojené na jeden potenciál a je zabránené iskreniu medzi jednotlivými zariadeniami. Toto bola v celku jednoduchá úloha. Veľkú precíznosť a dokonalú znalosť problematiky si však vyžadovali ďalšie časti systému.

Na zabránenie priamemu zásahu blesku do technologických zariadení, v okolí ktorých je zóna s nebezpečenstvom výbuchu, boli navrhnuté a vybudované oddialené zachytávacie stožiare, ktoré tvoria ochranný priestor pre jednotlivé technologické zariadenia. Technologické a energetické mosty, ktoré sú z masívnej kovovej konštrukcie a nie je v ich okolí prostredie s nebezpečenstvom výbuchu, sa využili ako náhodné zachytávače a sú priamo pripojené na uzemňovaciu sústavu objektu. Týmito opatreniami sú eliminované mechanické a tepelné účinky blesku. Pre elektrické a elektronické zariadenia na technológii sú ale nebezpečné elektrické a elektromagnetické účinky blesku. S týmito účinkami sa projektanti popasovali priam vzorovo. V areáli sú rozmiestnené združovacie rozvádzače, z ktorých sú do riadiaceho strediska signály o nameraných hodnotách a polohách jednotlivých ventilov vedené optickým vedením. Vedenia teda nie sú metalické a hrozba rozdielu potenciálov na jednotlivých vodičoch vedení je dokonale eliminovaná. Meracie prístroje, ktoré sú umiestnené na jednotlivých ventiloch a potrubiach, sa však bez metalických vedení nezaobídu. Možné naindukované prepätia a rozdiely potenciálov, ktoré by mohli zničiť meracie zariadenia a vstupné prevodníky do zlučovacích rozvádzačov, sú chránené zvodičmi prepätia Blitzductor®. Systém LifeCheck, ktorý je v nich integrovaný, umožňuje kontrolu ich funkčnosti v reálnom čase alebo zosnímaním zabudovaného čipu RFID jednoduchú kontrolu stavu zvodiča.

V prevádzke však nie sú len vedenia MaR, ale aj silové napájacie vedenia. Ochrana pred naindukovanými prepäťovými špičkami a bleskovým prúdom v týchto vedeniach, ktoré ohrozujú silové zariadenia, je zabezpečená nainštalovaním zvodičov bleskového prúdu DEHNventil® a DEHNguard®. Tak ako pri vedeniach MaR, aj pri silových vedeniach sú zvodiče inštalované v zlučovacích rozvádzačoch rozmiestnených v areáli prevádzky a na vstupoch do rozvádzačov v objekte s trafostanicou a zdrojom prúdu pri výpadku verejnej siete. Tieto zvodiče zabezpečujú aj ochranu dieslových zdrojov.

Takýto zodpovedný prístup k problematike ochrany pred bleskom prináša investorovi ovocie od prvého dňa inštalácie tohto systému. Podľa slov R. Klenu nevznikla na zariadeniach chránených týmto systémom ochrany žiadna škoda na elektrických a elektronických zariadeniach. „Počas prevádzky stredisko nikdy nebolo nedisponibilné z dôvodu prepätia alebo iných atmosférických a elektrostatických javov. Niektoré prepäťové ochrany zareagovali na prepätie a tým pádom ochránili zariadenia,“ dodáva R. Klena. Významnú úsporu času získali pri kontrole zvodičov Blitzductor® na vedeniach MaR. Kontrola jedného zvodiča, ktorá spočíva v zosnímaní čipu RFID, je záležitosťou sekúnd bez potrebnej demontáže zvodiča a prerušenia funkčnosti obvodu MaR. Je ju teda možné vykonávať za plnej prevádzky technológie. Pri zvodičoch používaných v minulosti pred rekonštrukciou bola kontrola niekoľko násobne náročnejšia na čas a zvodiče bolo potrebné demontovať.

Zrealizovaný systém je ukážkovým riešením, ako zodpovedne a moderne pristupovať k riešeniu problematiky ochrany pred bleskom a prepätím.

Ďakujeme spoločnosti NAFTA a.s. za možnosť realizácie reportáže, Róbertovi Tiffingerovi a Rastislavovi Klenovi za poskytnuté technické informácie.

Anton Gérer
Jiří Kroupa