Нефть и нефтепродукты являются важным энергетическим продуктом для жизнедеятельности в производственной и коммунальных сферах. Это видно из статистических показателей на рис. 1.
Рис. 1. Экспорт нефти из России по годам за период 2000 – 2022 гг. [1]
Транспорт нефти и нефтепродуктов осуществляется различными видами, однако 82 % приходится на трубопроводный. ПАО «Транснефть» эксплуатирует свыше 67 тыс. км. В процессе эксплуатации систем трубопроводного транспорта компании уделяют особое внимание обеспечению надежности и безопасности, реализуя приоритетную программу цифровой трансформации и интеллектуализации производства [2]. Тем не менее, многие вопросы оперативного предиктивного мониторинга и предупреждения инцидентов и аварий для объектов нефтегазового комплекса остаются открытыми [3-6]. Анализ групп аварий (рис. 2), опубликованных Ростехнадзором за последние 5 лет на объектах транспорта нефти и газа свидетельствует о том, что существуют системные аварийные ситуации, осуществляемых на идентичных объектах определенного типа.
Рис. 2. Группы аварий («Уроки, извлеченные из аварий», Ростехнадзор) [7]
Перечень наиболее частых предписаний государственными органами по итогам расследования событий, представлен на рис. 3. Из опубликованного Ростехнадзором перечня предписаний [7], а также результатов расследований [8] следует, что многие аварии на объектах магистрального транспорта были обнаружены средствами телеметрии и диспетчерским персоналом, что означает факт возможности предупреждения инцидентов и аварий с помощью критериев безопасности технологических процессов по их параметрам и динамике трендов.
Таким образом, возникает необходимость разработки инструментария для мониторинга безопасности процессов по технологическим параметрам и алгоритмов их предиктивного анализа, а не по фактическим аварийным отклонениям на стадии предпосылок к авариям и отклонениям.
Так, например, вопросу обнаружения утечек уделяется постоянное внимание с целью своевременной ликвидации аварий и снижения потерь перекачиваемого продукта в результате утечек. Утечки возникают по различным причинам - коррозии стенки трубы, механическим повреждениям, несанкционированным врезкам, нанося серьезный ущерб экосистемам (рис. 4).
Предписания в области усиления контроля режимов, технического состояния, надежности, в особенности ресурсных показателей для объектов со значительным сроком службы, требуют создания интеллектуальных систем мониторинга безопасности на основании контроля надежности технических систем, сооружений и оборудования как на объектам линейной части, так и на станциях со сложным силовым оборудованием[3-6].
Одной из сложнейших задач разработки и внедрения таких систем мониторинга является создание инструментальной базы, т.е. датчиков, которые оперативно собирали бы информацию, как с линейной части, так и со сложного технологического оборудования. На объектах магистральных нефтепроводов такие системы существуют, функционируют системы обнаружения утечек и управления процессами [9], однако для мобильных нефтепродуктотранспортных систем такие системы пока только формируются.
Рис.4. Нефтяные разливы в Республике Коми [10].
Во время арктической зимы нефть вытекает из подземных аварийных нефтепроводов. С талой водой нефть весной попадает в реки, 2013 г.
Сборно-разборные трубопроводы (СРТ) применяются с целью обеспечения техники Вооруженных Сил Российской Федерации светлыми нефтепродуктами в различных условиях. Утечки возникают на таких трубопроводах вследствие повреждений различной тяжести при постоянной эксплуатации в условиях воздействия бандформирований, а также по техническим причинам (рис. 5).
Рис. 5. Утечка нефтепродукта из СРТ
Утечки из трубопроводов приводят к материальному ущербу из-за потерь перекачиваемого продукта и загрязнения прилегающих территорий. Для устранения аварии и ликвидации ее последствий требуется время. Во время устранения аварии перекачка продукта по трубопроводу остановлена. Аварийная остановка трубопровода ведет к недопоставкам необходимого количества продукта получателю. Исходя из выше сказанного, необходимо снизить время простоя трубопровода. Это возможно сделать своевременным обнаружением утечки.
Рассмотрим процесс эксплуатации на объектах СРТ. С вводом СРТ в эксплуатацию создается диспетчерская служба, на которую возлагается организация управления перекачкой и патрульно-аварийной службой [11].
Патрульно-аварийная служба предназначена для наблюдения за состоянием линейной части трубопровода, своевременного обнаружения и устранения течи нефтепродукта, сбора пролитого нефтепродукта. Однако применяемые в настоящее время методы обнаружения дислокации утечек (визуальный метод, определение места повреждения с помощью гидравлического треугольника и др.), не являются достаточно эффективными ввиду неточностей и больших временных затрат.
Алгоритм действий при возникновении аварии представляет собой последовательность ряда событий.
Диспетчер получает доклады мотористов насосных станций о нарушении установленного режима перекачки. Мотористы судят об этом по показаниям манометров, установленных на насосных установках.
При получении от мотористов докладов о резком изменении режимов работы насосных станций диспетчер отдаёт распоряжение о выезде на трассу патрульно-аварийных команд от «предаварийной» и «зааварийной» насосных станций во встречном направлении для обнаружения места повреждения СРТ и устранения неисправности. Затем он, используя гидравлический треугольник (рис. 6), определяет и передаёт по радио патрульно-аварийным командам данные о возможном месте произошедшего повреждения трубопровода.
Авторы:
Сеоев Лазарь Валерьевич, аспирант, младший научный сотрудник ФАУ «25 ГосНИИ Химмотологии Минобороны России»,
Мельников Дмитрий Иванович, доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов»,
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», к.т.н.,
Земенкова Мария Юрьевна, доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов»,
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», д.т.н.,
Чижевская Елена Леонидовна, доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов»,
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», к.э.н.,
Подорожников Сергей Юрьевич, доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов»,
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» , к.т.н.
