Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОБНОВЛЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИНФРАСТРУКТУРОЙ НЕФТЕПРОВОДОВ

Зайцева С.П. 1
1 Ноябрьский институт нефти и газа (филиал) ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
В статье рассматриваются проблемы целостности транспортной системы нефтедобывающих компаний, определяют перспективную эффективность развития отрасли. Отказы, аварии и катастрофы на инфраструктурных объектах являются источником существенных ущербов человеку, инфраструктуре и окружающей природной среде. По мере усложнения инфраструктур и условий их функционирования возрастают вероятности возникновения неблагоприятных и чрезвычайных ситуаций. Риск аварий может резко возрастать, и существует возможность, что этот рост может значительно опередить экономические и научно-технологические возможности по их снижению, если своевременно, на всех стадиях жизненного цикла объекта (от его создания и до завершения эксплуатации), не принять всех необходимых мер для предотвращения такого роста. В работе рассматриваются проблемы устаревания инфраструктурных объектов нефтепереработки и определяются методы диагностики, направленные на снижение рисков нарушения целостности.
диагностика нефтепроводов
инфраструктура
трубопроводный транспорт
неразрушающий контроль
критерии прочности
радиационный контроль
магнитный
акустический
вихретоковый
1. Брякин И.В. Ферродинамический дефектоскоп // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. – 2016. – Т. 16. – № 1. – С. 75–79.
2. Гриб М.И., Хафизов А.М., Давлетбаев А.Г., Добрынин Е.Н., Забелин К.Л. Ультразвуковая дефектоскопия для контроля сварных швов // Экспертиза промышленной безопасности и диагностика опасных производственных объектов. – 2016. – Т. 7. – № 1. – С. 89–93.
3. Дерусова Д.А., Вавилов В.П. Неразрушающий контроль материалов методом резонансной ультразвуковой инфракрасной термографии // В мире неразрушающего контроля. – 2016. – Т. 19. – № 1. – С. 21–23.
4. Коваленко А.Н. Системы определения местоположения дефектов на трубопроводе // Контроль. Диагностика. – 2016. – № 2. – С. 27–35.
5. Петинов С.В., Сидоренко В.Г. Обзор методов дефектоскопии при обследовании трубопроводов // Молодой ученый. – 2016. – № 2 (106). – С. 194–199.
6. Шарипов Ш.Г., Бакиев Т.А., Юсупов Р.Х., Аскаров Г.Р., Рафиков С.К. Методика оценки напряжений в дефектных сварных соединениях // Газовая промышленность. – 2016. – № 1 (733). – С. 52–55.

Сеть нефтепроводов нередко сравнивают с кровеносной системой мировой экономики. Сложно переоценить значимость современной нефтетранспортной системы. Огромные танкерные флотилии, миллионы километров трубопроводов, нескончаемые вереницы железнодорожных и автомобильных цистерн связывают в единую цепь месторождения, нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы, сбытовые предприятия нефтяных компаний, а сами нефтяные компании, в свою очередь, – с потребителями.

В сложной механике нефтяного бизнеса не существует мелочей. Сегодня, когда практически все ресурсы – от сырьевых до финансовых – становятся все менее доступными, эта формула приобретает особую актуальность. Все сегменты бизнеса подвергаются жесткому экономическому анализу. Яркий пример применения такого подхода – работа в сфере логистики, влияние которой на эффективность производственных процессов очень велико [1].

Логистические схемы пронизывают все производственные процессы, связывают их между собой. Поэтому мы разрабатываем новые уникальные маршруты транспортировки нефти с наших труднодоступных арктических месторождений, активно участвуем в формировании конкурентной среды на рынке внутренних перевозок нефтепродуктов, совершенствуем систему внутрипромыслового транспорта, что приносит не только экономический, но и значимый экологический эффект.

Сегодня более 60 % всей добываемой в мире нефти доставляется потребителям по морю. Такая ситуация вполне закономерна, если учитывать географию основных современных центров добычи, экспорта и импорта нефти. В топ экспортеров вот уже несколько десятилетий традиционно входят Россия, Ближний Восток, Латинская Америка, Африка. В то же время список импортеров с некоторыми вариациями возглавляют Западная Европа, США, Китай, Япония, страны Юго-Восточной Азии. Конечно, некоторые связи порой меняются довольно радикально – достаточно вспомнить пример США, на волне сланцевой революции значительно сокративших импорт и даже нацелившихся на роль экспортеров. Тем не менее морские пути по-прежнему остаются одной из главных связующих нитей между производителями и потребителями нефти.

Современная система транспортировки нефти по суше на большие расстояния немыслима без трубопроводов. Впервые подобный способ транспорта нефти с промыслов предложил Дмитрий Менделеев, немало сделавший для развития отечественной нефтяной отрасли. Однако его идею оперативно подхватили не на родине, а в США – в 1860-х годах американцы проложили первый в мире нефтепровод от нефтяных месторождений Пенсильвании до ближайшей железнодорожной станции.

Как органическая подсистема экономики инфраструктура и современные формы ее пространственной организации в настоящее время превратились по своей значимости в один из важнейших ресурсов национального развития. Сформированные в советское время и получившие дальнейшее развитие в рыночный период специфические экономические структуры как результат межуровневого взаимодействия факторов производства создали и адекватную им инфраструктуру. Ее пространственно-видовые композиции обеспечивали условия для функционирования фрагментарной экономики, состоящей в основном из отдельных корпораций или групп предприятий, имеющих различный уровень и скорость развития. Вместе с утратой отраслевых и территориально-производственных объединений предприятий и органов их управления была разрушена инфраструктура территориально-отраслевых рынков, обеспечивающая стабильность мезоуровневой воспроизводственной системы. В результате существенно замедлилась передача сигналов на макроуровень для координации деятельности отдельных хозяйствующих субъектов и распространение научно-технических и организационно-экономических новаций. Как следствие, нарушилась сбалансированность между отдельными инфраструктурными подсистемами: инновационные процессы недопустимо отстали от производственных, рост инвестиций – от роста потребностей технико-технологической модернизации и т.д. Наблюдаемая сегодня инфраструктурная обветшалость производственного фундамента мезоуровневой экономики служит основным препятствием для экономического роста и способности к воспроизводству. Например, износ основных фондов транспортной системы достиг 55–70 % и продолжает нарастать [1]. В газотранспортной отрасли он составляет в среднем 56 %, причем 14 % газопроводов (по протяженности) уже выработали нормативный срок службы, а 1/3 оборудования газораспределительных станций требует замены [2]. Износ основных фондов магистральных нефтепроводов превышает 70 %. Такая же картина и в других отраслях инфраструктуры. Поиск решения проблем, связанных с модернизацией мезоэкономической инфраструктуры, привлекает большое внимание ученых-экономистов, но пока еще в российской науке не сложилось системного представления об этом явлении и его эволюции. Отсутствуют научные подходы, методы и приемы анализа инфраструктуры сравнительно новых форм мезоэкономических образований и ее влияние на экономический рост.

Как открытая система инфраструктура отраслевых комплексов находится в состоянии постоянного взаимообмена на входах и выходах в экономическую среду, поэтому как подсистема мирового хозяйства она отображает все процессы, происходящие в мире, в том числе и процессы модернизации. Дело в том, что выход из кризиса и наращивание финансово-экономического потенциала новых центров силы (Китай, Индия Бразилия и др.) происходит в условиях становления нового технологического уклада, в котором модернизируемая инфраструктура выступает фактором преодоления противоречий в процессе технологических сдвигов и обеспечивает единство и непрерывность взаимодействия с ресурсной базой предшествующей фазы и служит базой для будущей. Поэтому правительства этих стран увеличивают инвестиции в развитие современной производственной инфраструктуры, пытаясь встроить их в мировое политико-экономическое пространство на условиях, исключающих прежде всего сырьевую и валютно-финансовую формы эксплуатации и обеспечивающих устойчивые предпосылки долгосрочного экономического роста.

В локальном аспекте под модернизацией отраслей инфраструктуры понимается индустриализация мобилизационного типа, в которой государство не только централизованно распределяет ресурсы и осуществляет контроль за их использованием, но и создает мотивационный механизм инвестиций частного сектора в инфраструктурные проекты, являющиеся точками роста. В реальности в последние двадцать лет в России, особенно в системообразующих инфраструктурных отраслях экономики, происходили прямо противоположные процессы, приведшие не к промышленному развитию, а к деиндустриализации

В разное время Россия не единожды становилась мировым лидером по мощности нефтепроводного транспорта и к настоящему времени прочно закрепила за собой первенство.

В 2015 году на правительственном уровне был утвержден план развития системы продуктопроводов «Транснефти», согласно которому одобрена реализация двух проектов федерального значения: развитие продуктопровода «Север» и строительство продуктопровода «Юг». Завершить работы планируется до 2020 года. ПАО «Газпромнефть»: реализация этих проектов дает дополнительные возможности по оптимизации транспортных затрат за счет наращивания объемов прокачки по системе нефтепродуктопроводов. В первую очередь компания заинтересована в проекте «Север», конечный пункт которого – порт Приморск. Запланированное увеличение пропускной способности «Севера» до 25 млн тонн в год позволит удовлетворить перспективные потребности российских вертикально-интегрированных нефтяных компаний (далее – ВИНК) в экспортных прокачках дизельного топлива.

К 2025 году ПАО «Газпромнефть» планирует увеличить объем прокачки по северной трубе. Проект «Юг» с конечным пунктом в Новороссийске, учитывая существующую географию производства компании, в разряд стратегических не входит – тем не менее в перспективе дизельное топливо производства Омского нефтеперерабатывающего завода, в зависимости от соотношения тарифов ОАО «РЖД» и ОАО «Транснефть», а также рыночной конъюнктуры, может прокачиваться и по южной трубе. Использование трубопроводного транспорта во многих случаях позволяет оптимизировать затраты на логистику. Вместе с тем ОАО «Транснефть» планомерно и регулярно повышает тарифы на транспортировку нефтепродуктов. По некоторым направлениям использование трубопроводного транспорта уже сравнялось по эффективности с прямыми железнодорожным отправками.

В последние годы в России интенсифицировали работу по испытанию и внедрению новых технологий в области строительства, ремонта, диагностики, ингибиторной защиты и мониторинга коррозии трубопроводов. С начала 2015 года на предприятиях нефтедобычи успешно прошли испытания образцов нефтегазопроводных труб из новой марки с повышенными технологическими характеристиками, разработанных специально для эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

На 2016 год в «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» запланировано строительство первого трубопровода из стали этой марки. Внедрение инновации позволит значительно увеличить срок безаварийной эксплуатации трубопроводов. Сейчас на 45 % трубопроводов предприятия используют химические соединения, которые уменьшают скорость коррозии труб, тем самым значительно продлевая срок их эксплуатации.

Масштабные испытания двух образцов ингибиторов нового поколения прошли на водоводах высокого давления и нефтесборных трубопроводах на всех месторождениях предприятия. Испытания доказали эффективность применения таких ингибиторов даже при снижении дозировки реагентов. Также для обеспечения надежности трубопроводов в последние годы мы внедрили ряд передовых методов контроля их состояния, включая применение беспилотных летательных аппаратов и мобильной лаборатории неразрушающего контроля при помощи рентгенографической аппаратуры, приборов ультразвуковой дефектоскопии и толщинометрии [4].

В 2015 году с использованием инновационных методик мониторинга и диагностики было обследовано почти 60 % трубопроводов. В ближайшем будущем эта цифра будет расти: сейчас на производственных объектах нефтяных компаний продолжаются испытания ряда технических решений.

В экономическом обосновании необходимости замены аварийного трубопровода существует понятие критической частоты отказов, при которой замена становится финансово целесообразной. В нефтяных компаниях за такую частоту принято принимать показатель, когда ущерб от отказов оказывается не менее чем в 1,2 раза больше затрат на замену трубопровода. Этот подход начиная с 2010 года позволял ежегодно снижать аварийность примерно на четверть от уровня предшествующего года. Однако опыт показывает, что этап динамичного снижения аварийности благодаря ремонту и замене критических объектов быстро заканчивается, и, если не принимать дополнительные меры по управлению целостностью трубопроводов с частотой отказов ниже критической, аварийность будет расти.

На современном этапе активно развивается новое научное направление, которое включает в себя оценку поврежденности металлов и разработку методов расчета остаточного ресурса элементов конструкций. Это направление приобретает особую важность, особенно если речь идет об элементах конструкций потенциально опасных объектов, а таких на территории России насчитывается около 100 тыс., из которых 1500 ядерных, около 3000 химических и биологических. Результаты этих исследований имеют большое значение в современных условиях для обеспечения техногенной безопасности работы стареющего оборудования.

pic_58.tif

Излучатель    Блок питания    Пульт

Бетатрон МИБ 9Д

Неразрушающий контроль широко используется при диагностике транспортной системы нефтяных компаний. Для решения практических задач неразрушающего контроля созданы оригинальные первичные преобразователи и алгоритмы их расчета, разработаны многочисленные методики контроля и серия приборов (коэрцитиметры; структуроскопы; дифференциальные структуроскопы; коэрцитиметры для контроля твердых сплавов КТС-1, КТС-3; структуроскопы для контроля поверхностного упрочнения; устройства для измерения магнитных полей и регистрации магнитных фаз (α-фазы); многофункциональный структуроскоп; магнитоизмерительные комплексы; автоматизированный комплекс для контроля дефектов чугунного литья; комплекс автоматизированного контроля ферро- магнитных примесей в неферро- магнитных сыпучих материалах [1].

Среди инновационных технологий неразрушающего контроля одно из первых мест занимает радиационный контроль с использованием рентгеновского и гамма-излучения [2]. Радиационные методы НК применимы к изделиям из любых материалов и превосходят полнотой информации о дефектах (тип, форма, размеры, место расположения) другие виды НК: магнитный, акустический, вихретоковый и др. Радиационным методам и системам отдают предпочтение при контроле качества сварных и паяных соединений; контроле качества литья, газо- и нефтепроводов; элементов и конструкций автомобильного, железнодорожного и авиационного транспорта; агрегатов химического и энергетического машиностроения.

Основными элементами радиационного сканирующего дефектоскопа – томографа являются источник излучения, сканер и детекторная линейка. Источником излучения служит бетатрон с максимальной энергией 9 МэВ и мощностью дозы 25 Р/мин на расстоянии 1 м от мишени. Лабораторный сканер позволяет перемещать детали массой до 150 кг с регулируемой скоростью от 0,3 до 10 см/с. Активная длина сканера составляет 2 м.

В системах радиационного неразрушающего контроля произошли существенные изменения в последние годы, прежде всего за счет новых многоэлементных полупроводниковых детекторов радиационных изображений, а также интенсивному внедрению цифровых технологий получения, обработки и анализа изображений. При использовании подобных детекторов и цифровых технологий ионизирующее излучение, прошедшее через контролируемый объект, с помощью электронных средств преобразуется в массив электрических сигналов, которые затем оцифровываются, обрабатываются и используются для формирования цифрового изображения контролируемого объекта.

Обеспечить надежную защиту можно лишь за счет упреждающей замены безаварийных трубопроводов в тех случаях, когда диагностика дает неблагоприятный прогноз по отказам на ближайшее будущее. Впрочем, упреждение отказов – недешевое удовольствие: рост протяженности заменяемых трубопроводов неизменно влечет за собой кратный рост затрат, при авариях на трубопроводах компания несет существенные финансовые потери. Однако и обеспечение максимальной безопасности требует вложения немалых средств. Единственный способ достичь баланса вложений и отдачи – это сделать ставку на надежную диагностику.

Точная диагностика позволяет не только своевременно предупредить возможную аварию, но и значительно сократить протяженность заменяемых трубопроводов. Опыт показывает, что до 80 % аварийного трубопровода может иметь участки с остаточным ресурсом 5–10 лет. Выявляя такие участки, мы можем исключить их преждевременную замену, а сэкономленные деньги потратить на развитие той же диагностики или рекультивацию «исторического наследия» [5].

На данный момент актуальными можно считать два проекта диагностики трубопроводов, направленных на разработку технических средств для определения состояния трубопроводов. Один из них – магнитометрический – относится к наружной диагностике. Он опирается на так называемую магнитную память металла, основан на регистрации магнитных полей и позволяет определять зоны локальной коррозии. Второй НИОКР касается разработки внутритрубных индикаторов дефектов (ВИД). Эта разработка позволяет диагностировать внутрипромысловые трубопроводы с небольшим диаметром (до 219 мм) – именно те, что в силу ряда технологических причин наиболее подвержены коррозии. До сих пор в России подобных диагностических приборов не создавалось.

Реализуемая на современном этапе программа «Чистая территория» предполагает замену порядка 400 км трубопроводов в год и ежегодное снижение потенциально аварийного фонда, дополнительные объемы ингибирования водоводов и полную рекультивацию загрязненных земель. Если все планы будут выполнены, то в дальнейшем нефтедобывающие компании смогут поддерживать нулевой уровень загрязнения на территориях своего присутствия.

Продление ресурса безопасной эксплуатации высокорисковых объектов – принципиально важная задача, заключающаяся в оценке остаточного ресурса не только после различных степеней выработки назначенного срока службы, но и за его пределами. На наиболее важных направлениях транспорта нефти речь идет о необходимости продления срока эксплуатации даже свыше 40 лет. С одной стороны, это дает значительный экономический эффект, но при этом увеличивает риск дальнейшего безопасного функционирования объекта и резко снижает экономический эффект от его эксплуатации, а в некоторых случаях может превзойти его.


Библиографическая ссылка

Зайцева С.П. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОБНОВЛЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИНФРАСТРУКТУРОЙ НЕФТЕПРОВОДОВ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 6. – С. 150-154;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35983 (дата обращения: 22.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074