Для мониторинга выполнения работ на объектах линейной части магистральных газопроводов, в частности при проведении их капитального ремонта и реконструкции, Общество с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Уфа» использует вертолетное обследование и пеший обход, однако для выполнения работ по воздушному патрулированию трасс магистральных газопроводов применяются и беспилотные летательные аппараты (БПЛА), в частности беспилотный комплекс Supercam S450 российского производства (г. Ижевск).
Комплекс Supercam S450 – один из флагманов беспилотных авиационных систем, предназначен для получения и передачи в реальном времени и масштабе телевизионного и фотографического изображения местности, проведения аэрофотосъемки, мониторинга состояния охранных зон и зон минимальных расстояний газопроводов, определения масштабов подтопления объектов линейной части магистральных газопроводов в паводковый период. Вариативность полезной нагрузки достигается за счет установки фотокамеры, видео- и тепловизионного оборудования, устройства для определения радиационного фона, газоанализатора и системы лазерного сканирования на борту БПЛА.
Среди ключевых особенностей беспилотного комплекса следует отметить оперативность сборки БПЛА, модульные композитные элементы, взаимозаменяемые и комбинированные полезные нагрузки c унифицированными гиростабилизированными платформами, систему отцепа консолей крыла при посадке для предотвращения возможных повреждений.
Характеристики беспилотного комплекса Supercam S450 представлены в таблице 1.
Использование БПЛА позволяет оперативно решать задачи мониторинга состояния трасс магистральных газопроводов, линий электропередачи и других объектов. Применение БПЛА особенно эффективно при проведении воздушного патрулирования в сложных природных условиях, в условиях отдаленности объектов и ограниченности людских ресурсов.
На основании полученных результатов в Обществе с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Уфа» продолжается работа по развитию и экспериментам в этом перспективном направлении как в части использования новых типов беспилотных летательных аппаратов, так и применения различного навесного оборудования.
В качестве альтернативы беспилотным летательным аппаратам самолетного типа («летающее крыло») Обществом с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Уфа» апробировано беспилотное воздушное судно (БВС) вертолетного типа Supercam X6M2 российского производства, имеющее навесное оборудование (подвесная фотовидеокамера, GNSS-модуль) и наземный GNSS-приемник JAVADTriumph-1.
Характеристики беспилотного воздушного судна вертолетного типа Supercam Х6М2 представлены в таблице 2.
Беспилотные летательные аппараты вертолетного типа имеют ряд преимуществ:
- возможность работы в условиях ограниченного пространства для взлета и посадки;
- возможность определения напряженно-деформированного состояния магистральных газопроводов методом фотограмметрии путем создания трехмерных моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов;
- возможность удерживания позиции в воздухе непосредственно над объектом мониторинга;
- высокая плавность полета.
Для анализа экономической эффективности применения беспилотных летательных аппаратов на объектах линейной части магистральных газопроводов выполнен расчет стоимости расходов на приобретение комплекса БПЛА и на аутсорсинг на оказание услуг по мониторингу с использованием комплекса БПЛА. Общая протяженность магистральных газопроводов, подлежащих мониторингу, составляет 59,01 км. Результаты расчета представлены в таблице 3.
Сравнительный анализ показывает, что расходы на аутсорсинг на оказание услуг по мониторингу с использованием комплекса БПЛА на период выполнения работ, равный трем годам (2023–2025 гг.), в 7,4 раза меньше, чем на приобретение комплекса БПЛА.
В таблице 4 представлены результаты расчета дополнительных расходов на техническое обслуживание в ходе эксплуатации комплекса БПЛА.
Проведен сравнительный анализ стоимости применения методов мониторинга объектов ООО «Газпром трансгаз Уфа» с помощью вертолетного обследования и комплекса БПЛА. Исходные данные для расчета приведены в таблице 5.
Стоимость применения вертолетного обследования (ПВО):
ПВО = 59,01 × 3 674,09 × 4 = 867 232,2 руб. в год.
Стоимость применения беспилотных летательных аппаратов (ПБПЛА):
ПБПЛА = 59,01 × (2 080 + 287,61) × 4 = 558 850,66 руб. в год.
Экономическая эффективность от использования БПЛА составляет:
ПЭФФ = ПВО – ПБПЛА = (867 232,2 – 558 850,66) × 5,9 = 1 819 451,09 руб.
Результаты расчета показывают, что использовать вертолетное обследование для мониторинга объектов магистральных газопроводов экономически нецелесообразно по сравнению с БПЛА из-за большей стоимости выполнения работ.
В настоящее время с использованием беспилотных летательных аппаратов и современных технологий открываются широкие возможности по получению информации и материалов, которые могут быть применены в следующих видах деятельности на предприятиях ПАО «Газпром», а именно:
- мониторинг за соблюдением зон минимальных расстояний (рисунок 1);
- мониторинг за соблюдением границ полос отвода и охранных зон при производстве работ;
- контроль соответствия требованиям проектных решений при строительстве и ремонте объектов магистральных газопроводов;
- осмотр площадок хранения труб, временных проездов и переездов через коммуникации;
- повышение безопасности персонала, достигаемое уменьшением численности при проведении работ повышенной опасности, испытаний на прочность и герметичность, а также предварительном осмотре мест в случае возникновения чрезвычайных ситуаций и инцидентов.
На сегодняшний день применение беспилотных летательных аппаратов это наиболее эффективный и экономически выгодный метод обследования магистральных газопроводов. При использовании БПЛА в режиме реального времени получаются качественные изображения, позволяющие выявлять акты несанкционированной деятельности (свалки, несанкционированные врезки, проведение работ в охранных зонах третьими лицами и др.). Аэрофотоснимки, полученные с борта БПЛА, позволяют анализировать и оценивать техническое состояние линейных сооружений (трубопроводов, ЛЭП, линий связи), а также площадных объектов.
В зоне эксплуатационной ответственности ООО «Газпром трансгаз Уфа» специалистами подрядной организации АО «Газпром космические системы» осуществляется воздушное патрулирование магистральных газопроводов для выявления случаев нарушения зон минимальных расстояний, анализа состояния участков переходов трубопроводов через естественные и искусственные преграды, составления карт грунтов, зон подтоплений и обводненных участков. Кроме того, на основании полученной с помощью БПЛА информации выполняется ранжирование участков газопроводов по степени опасности, а также определяются участки магистральных газопроводов, требующие первоочередного проведения диагностического обследования.
В 2017 году в ООО «Газпром трансгаз Уфа» были успешно проведены межведомственные испытания беспилотного комплекса Supercam S450 (рисунок 2) с детектором обнаружения метана. В процессе облета была получена оперативная информация об обнаружении утечек транспортируемого газа с привязкой к географическим координатам на газопроводе «Шкапово – Ишимбай».
С учетом результатов проведенных испытаний БПЛА, а также расширения возможностей применения высокоточного оборудования было принято решение использовать накопленный опыт и применить беспилотные технологии при контроле за выполнением работ по капитальному ремонту протяженных участков магистральных газопроводов. Специалистами ООО «Газпром трансгаз Уфа» было предложено осуществить облет объектов капитального ремонта беспилотным летательным аппаратом на предмет выявления несоответствия проводимых работ требованиям проектных решений, контроля границ отвода земли, устройства площадок хранения труб и временных переездов с ведением аэрофотосъемки с разных ракурсов, что и было осуществлено в 2020 году при выполнении работ по капитальному ремонту газопровода «Уренгой – Новопсков» Шаранского ЛПУМГ. Результаты облетов легли в основу создания ортофотопланов местности. Для обеспечения более детальной картины и более качественного мониторинга параметров необходимо было увеличить точность съемки, для чего было предложено снизить высоту облета с 800 до 300 метров над поверхностью, что в результате позволило увеличить детализацию с погрешностью до одного сантиметра (рисунок 3).
Основываясь на результатах съемки с использованием беспилотного воздушного судна Supercam X6M2 с геодезическим модулем, была построена 3D-модель, цифровая модель рельефа и продольный профиль участка магистрального газопровода (рисунки 4, 5).
Цифровая модель рельефа представляет собой средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов в виде трехмерных данных как совокупности высот или иных значений.
Точность съемки составила 5 см на 1 м2 благодаря использованию технологии RTK (real-time kinematic).
И далее с учетом полученных данных, применив инструменты программного анализа и расчетов, можно вычислить динамику изменения тех или иных параметров, в том числе объемов земляных масс (рисунок 6).
Беспилотные летательные аппараты были использованы при мониторинге производства работ по капитальному ремонту трех объектов ООО «Газпром трансгаз Уфа» – магистральных газопроводов «Шкапово – Ишимбай», «Уренгой – Новопсков» и «Поляна – КСПХГ». Результаты, полученные при использовании БПЛА для мониторинга производства работ по капитальном ремонте данных объектов, позволяют сделать следующие выводы:
1. С помощью беспилотных летательных аппаратов в режиме реального времени можно получать качественные снимки, позволяющие выстраивать 3D-модели и детализированные планы, которые способствуют обнаружению нарушений охранных зон и зон минимальных расстояний газопроводов, выявлению актов несанкционированной деятельности, несоответствия установленным требованиям проектов при эксплуатации и ремонте объектов систем магистральных газопроводов.
2. Информация, полученная с помощью аэрофотоснимков, сделанных с БПЛА, позволяет контролировать сроки и объемы производства работ по капитальному ремонту и реконструкции и их отдельных этапов с целью контроля соблюдения графиков.
3. Экономический эффект может быть достигнут за счет минимизации рисков при приемке выполненных объемов работ (в частности, земляных, а также дистанционного подсчета использования инертных материалов).
Использование БПЛА, помимо непосредственного контроля за проведением ремонтных и строительных работ, в перспективе имеет также потенциал в области диагностики объектов газотранспортной системы, проведения предпроектных изысканий и подготовительных работ. При этом использование различного навесного оборудования для получения информации и перевода ее в цифровые данные дает основание для дальнейшего исследования и изучения перспектив применения данных методов в газовой отрасли. Использование БПЛА на объектах ООО «Газпром трансгаз Уфа» соответствует требованиям «Комплексной целевой программы развития единого информационного пространства Группы Газпром».
Литература
1. Годовой отчет ООО «Газпром трансгаз Уфа» за 2021 год.
2. СТО Газпром 2-2.3-344-2016 «Положение о воздушном патрулировании трасс магистральных газопроводов ПАО «Газпром». – Санкт-Петербург., 2017. – 83 с.
3. Гордеев С.Л., Асадуллин И.М., Баширов В.Ф., Мамаев М.Ф. Мониторинг капитального ремонта протяженных участков магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Уфа с применением беспилотных летательных аппаратов. – Газовая промышленность. Спецвыпуск № 1. – М., 2020. – С. 18–20.
4. Гайнетдинов Р.Р., Баширов В.Ф., Гильмутдинов Д.В., Бакиев Т.А. Способ определения напряженно-деформированного состояния газопроводов на основе цифровых данных беспилотного летательного аппарата // Сборник докладов Международной научно-практической конференции для представителей сообщества молодых инженеров ТЭК. – Санкт-Петербург: СПГЭУ «ЛЭТИ», 2021. – С. 388–391.
5. Каримова Р.Р., Гайнетдинов Р.Р., Шарнина Г.С. БПЛА на объектах трубопроводного транспорта // Изд-во ООО Информационное агентство Neftegaz.RU. – Деловой журнал Neftegaz.RU, 2023 г., № 1 (133). – С. 34–37.
