TNO03 Faalkansmodel voor asset management van persleidingen

Geplaatst op: 29 maart 2021

Aanleiding van het project

In Nederland ligt 13.000 km persleiding, waarvan een groot deel stamt uit de jaren ’70. De huidige faalkans ligt op 1 incident per 100 km/jaar en dat is laag in verhouding tot bijvoorbeeld drinkwater. De verwachting is echter dat door veroudering de faalkans fors zal oplopen, alleen is niet duidelijk wanneer en hoe snel. De tijd begint te dringen, omdat veel leidingen hun ontwerplevensduur naderen. Tot nu toe wordt het beheer en onderhoud op basis van expert opinion bedreven. Er wordt op een relatief ad-hoc basis informatie verzameld over de conditie van persleidingen op basis waarvan een leidingbeheerder beslist wat er moet gebeuren.
De toenemende leeftijd en de beperkt beschikbare informatie over de conditie van deze leidingen (inspecties zijn risicovol en kostbaar) zorgt echter voor toenemende onzekerheid over de daadwerkelijke technische toestand van de leidingen. Deze onzekerheid maakt het nemen van vervangingsbeslissingen erg moeilijk, en zorgt voor een oplopend aantal incidenten enerzijds en vroegtijdige vervangingen anderzijds. De huidige aanpak lijkt daarom in de toekomst niet meer afdoende. Daarom zijn TNO, Deltares, Partners4UrbanWater, RIONED, STOWA, Gemeente Rotterdam en Waternet dit project gestart.

Doel van het project

De oplossingsrichting die in dit project is uitgewerkt, is de ontwikkeling van een faalkansmodel, waarmee de prioriteringsbeslissingen en vervangingsinvesteringen voor persleidingen in de toekomst beter onderbouwd kunnen worden.
Er is een model ontwikkeld in een modulaire architectuur waarbinnen een decompositie plaatsvindt naar leidingdelen en naar (vooralsnog constructieve) faalmechanismen waarbij per deel en mechanisme faalkansen worden gekwantificeerd. Middels systeem beschouwingen kunnen deze dan naar believen worden gecombineerd over mechanismen en leidingdelen naar totale faalkansen op een grotere schaal. Vice versa faciliteert het model om vanaf deze grotere schaal informatie te krijgen over de onderliggende oorzaken en meest kritische delen.
Het faalkansmodel benut verschillende soorten databronnen zowel voor modelinput als om de resultaten van het model te verifiëren. In deze eerste fase van het project zijn zo veel mogelijk gegevens opgevraagd bij de beheerders en zijn andere bronnen geraadpleegd of aannames gedaan waar nodig.
In deze Proof-of-Principle fase is de methodiek uitgewerkt en toegepast op 2 cases. Deze cases zijn aangedragen door de Gemeente Rotterdam (persleiding Holwinde) en Waternet (persleiding Ducaton in Mijdrecht). Hiermee zijn een varia aan materialen (staal, gietijzer, beton, AC, PE) en afmetingen (diameters, wanddikten) beschouwd. Bovendien zijn verschillende grondgebieden te onderscheiden en daarnaast lokale bovenbelastingen geïdentificeerd. Voor beide cases zijn overzichtskaarten opgesteld met resulterende faalkansen voor een gegeven tijdstip. Zowel als gevolg van zakkingsverschillen door variatie in bodemeigenschappen alsook van zakkingsverschillen door bovenbelasting op specifieke locaties. Ook de modellen voor wanddikte afname zijn in deze 2 cases toegepast en verwerkt tot een bijdrage aan de faalkansen. De wanddikte afnames zijn met name uitgewerkt voor de case Ducaton, waar deze ook op voorhand waren geduid.

Uitgevoerde activiteiten

0. Betrokken beheerders leveren systeembeschrijvingsinformatie Dit wordt aangevuld met bij de kennispartners beschikbare gegevens (2017).
1. Er worden eisen opgesteld m.b.t. de randvoorwaarden aan de deelmodellen van de verschillende faalmechanismen (2017):
a. de deelmodellen moeten werken op basis van de beschikbare parameters en zijn eventueel uit te breiden met gegevens;
b. de deelmodellen hebben de vorm van fragility curves of eenvoudigere verbanden tussen de relevante parameters en (de kans op) falen;
c. de deelmodellen zijn op te stellen op basis van bestaande kennis en mogelijke een beperkte analyseslag;
d. andere eisen die samenhangen met verwerking in het overkoepelende beoordelingsmodel.
2. Er is een werksessie gehouden waaraan alle kennispartners deelnemen. Faalmechanismen zoals die in de door P4UW voor Rotterdam opgestelde foutenboom benoemd zijn, worden langsgelopen en er wordt op basis van relevantie voor het beschouwde areaal (de gegevens uit activiteit 0) en de mogelijkheid aan de eisen van stap 1 te voldoen bepaald welke faalmechanismen als eerste worden aangepakt. Er wordt daarbij per faalmechanisme een budget en een planning vastgesteld, waarmee het detailniveau gestuurd wordt (2017).
3. De kennispartners werken de faalmechanismen uit binnen de gestelde randvoorwaarden, Ondertussen wordt het overkoepelende model ontwikkeld, inclusief het gebruik van correlaties tussen areaalgegevens van verschillende beheerders. (2018)
4. Opnieuw vindt er een sessie plaats, waarin de uitgewerkte relaties en het verbinden daarvan worden besproken, en nieuwe faalmechanismen worden gekozen en uitgewerkt (zie activiteit 2). (2018)
5. Herhaling van stap 3 en stap 4, waarbij het zwaartepunt van de werksessie verschuift naar het verbinden en afwegen van de verschillende deelmodellen. (2018)
6. Afronding. (2018)

Gerealiseerde resultaten

De bijbehorende modellen zijn uitgewerkt en hun toepassing is gerapporteerd in termen van schematisering, berekeningen door deelmodellen, in- en uitvoer, hun onderlinge interactie en hun plek in het overkoepelende faalkansmodel.
De berekende faalkansen in de cases zijn over het algemeen hoog, waarbij wordt opgemerkt dat dit grotendeels conditioneel is op de aanwezig geachte zettingen. In verdere ontwikkelstappen moet hier zeker aandacht aan worden besteed om deze te onderbouwen dan wel te verbeteren tot waarden die overeenkomen met waarnemingen uit de praktijk. Het totale beeld in termen van oorzaak en gevolg voldoet prima aan de verwachtingen. Bovendien blijken de meest kritische locaties ook als zodanig door de beheerders te worden herkend.
Dit laatste is gebleken tijdens twee workshops die zijn gehouden met de beheerders. De relatie tot de praktijk is positief bekrachtigd, specifiek op de punten:
 Case Ducaton: ten behoeve van wanddikte afname berekening is luchtophoping beschouwd. Deze locaties hebben een sterke relatie met schade opgetreden aan ontluchters, een en ander is nader uit te werken in de volgende fase,
 Case Holwinde: van de drie geïdentificeerde locaties met hoge faalkans bleek in het recente verleden ook daadwerkelijk een faalgebeurtenis te hebben plaatsgevonden (dit was de onderzoekers tijdens uitwerking van de case niet bekend)

Het rapport is publiek beschikbaar via:
https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/DEL069+-+Faalkansmodel+voor+asset+management+van+persleidingen

Op de studiedag professioneel persleidingbeheer van RIONED op 19 maart 2019 hebben TNO en Deltares een tweetal presentaties gegeven over het project:
https://www.riool.net/studiedag-professioneel-persleidingenbeheer-1

Innovativiteit

Risicogebaseerd asset management van persleidingen staat nog in de kinderschoenen. Beheerders onderkennen dat dit een noodzakelijke stap is in professioneel beheer van een verouderend areaal, met name in complexe, veelal stedelijke, omgeving. Persleidingen zijn echter moeilijk te inspecteren en er is beperkte informatie over incidenten. Dat maakt dat er weinig data beschikbaar is. Het faalkansmodel waarvan in dit project een eerste versie is ontwikkeld combineert fysische modellen met een aanpak waarin de in toenemende mate beschikbaar komende data wordt benut.

Valorisatie

De proof-of-principle is getoetst is een workshop met verschillende leidingbeheerders, ook niet-deelnemers aan het project hebben deelgenomen. De werkwijze en het doel om faalkansen te kwantificeren in absolute en (onderling) relatieve zin zijn onderkend als waardevol door de betrokken beheerders Rotterdam en Waternet en door beheerders die hebben deelgenomen in de workshop. Zowel Rotterdam als Waternet geven aan stappen te maken van een reactief naar een actief management, hetgeen ook door overige deelnemers wordt beoogd.
Als resultaat heeft men – net als in het voorgestelde faalkansmodel – een kaart/GIS-applicatie voor ogen met faalkans indicaties. Hieraan wordt een grote toegevoegde waarde toegekend voor het strategisch asset management.
Ook het feit dat automatiseringen plaatsvinden, vindt bijval en dat kennis en informatie van andere beheerders gebruikt wordt.
De bereikte resultaten in deze fase en de ontvangst van de werkwijze door de beheerders en branche onderbouwen de conclusie dat het Proof of Principle voldoende is aangetoond om vervolgfases te initiëren.

De voorziene vervolgfase betreft dan een Proof of Concept als voorloper op de laatste fase: Proof of Producibility. Bij een Proof of Producibility kan men denken aan het vormgeven van de koppeling van het faalkansmodel aan de bestaande systemen bij de asset-eigenaren en beheerders met uitwerkingen richting risico’s (kans en effect).