КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ ВРЕЗОК В НЕФТЕПРОВОД

В настоящее время наиболее эффективным и экономичным средством транспортировки нефти и нефтепродуктов является трубопроводный транспорт. В России эксплуатируется свыше 72,8 тыс. км магистральных трубопроводов, что транспортирует около 90 % добываемой нефти и около 25 % производимых в стране нефтепродуктов [1].

В 2016 году в России было добыто 547,497 млн тонн нефти, поэтому за 2016 год Россия заняла первое место в мире по объему добычи нефти, опередив Саудовскую Аравию и США. Благодаря этому в последние годы Россия занимает лидирующие позиции обеспечивая 12 % мировой торговли нефтью, из которых 4/5 объема российской нефти экспортируется в страны Европы [2]. В данное время в современных условиях усилилась конкуренция в области экспорта нефти и нефтепродуктов, и большое влияние на повышение конкурентоспособности оказывают такие факторы, как оперативность, бесперебойность, и качество поставок. В следствие этого наличие этих факторов во многом предопределяет спрос на российскую нефть и нефтепродукты и сказывается на экономическом состоянии России. Поэтому современное состояние трубопроводной системы должно соответствовать самым высоким требованиям надежности, промышленной и экологической безопасности и обеспечивать бесперебойную доставку нефти на внутренний и внешний рынок. В следствие этого уделяется большое внимание диагностированию технического состояния магистральных трубопроводов и входит в число первоочередных задач при их эксплуатации.

Большинство объектов эксплуатируется более 30 лет, возрастной состав магистральных трубопроводов составляет 37 % до 20 лет, 13 % до 30 лет и 50 % более 30 лет [3].

Проведенный анализ позволяет утверждать, что надежность магистральных трубопроводов высока, однако полностью устранить аварии на них в настоящее время не удается.

 Поэтому уменьшить количество аварий представляется возможным путем мониторинга параметров трубопроводной системы, а именно, внедрением современных технологий оперативного обнаружения дефектов.

Анализ аварийности на магистральных нефтепроводах позволил установить, что в последние годы на территории России наблюдается рост количества аварий с экологическими последствиями связанные со следующими причинами:

- коррозией металла;

- отсутствием электрохимзащиты (ЭХЗ);

- скрытыми дефектами труб;

- дефектами сварки при монтаже труб;

- отказами технологического оборудования и КИП и тд.

Однако одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций и нанесению непоправимого ущерба экологической обстановке, являются несанкционированные врезки. Проблема криминальных врезок в трубопроводы приобрела в последние годы характер бедствия федерального масштаба. К примерy в Нефтегорском районе Самарской области в результате криминальной «врезки» произошла утечка и возгорание пяти тонн нефти на площади 150 м. Врезки при противоправном завладении нефтью создают огромную опасность наступления техногенной катастрофы с непредсказуемыми экологическими и экономическими последствиями. Ущерб, наносимый предприятиям, оценивается сотнями миллионов долларов. Так, поданным ОАО «АК «Транснефть», всего в период с 2003 по 2012 г. на объектах компании было выявлено 4779 тысяч несанкционированных врезок в магистральные нефтепроводы, что составляет около 69 % всех совершённых преступлений. К примеру, аналитик из «Универ Капитал» Д. Александров оценил только прямые потери нефтяников за сырье в сумму от 180 до 800 млн долларов в год. Так же было выявлено, что на ликвидацию незаконной врезки требуется около 2,5 млн руб., а для ликвидации разлива одной тонны нефти на почву требуется около 3 млн руб., а на воде этот показатель составляет 3,7 млн руб. [4]. Поэтому на современном этапе развития трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, имеет особое значение вопрос обеспечения надежности и безаварийности магистральных трубопроводов. В следствие этого ставятся вопросы о предупреждения утечек и несанкционированных врезок из магистральных трубопроводов путём: улучшения системы ведомственной охраны; разработка и модернизация инженерно-технических средств охраны нефтепроводов и технических методов обнаружения утечек. Это обусловлено тем, что нарушение герметичности промысловых, магистральных нефте - и продуктопроводов сопровождается выходом перекачиваемого продукта через свищи, трещины и порывы, которые определяют утечки различной интенсивности. Появление даже самой маленькой утечки может стать косвенной причиной другой, более серьезной аварии, например: взрыва высвободившегося газа, а также разрыва трубопровода, что влечет не только увеличение затрат на ремонт, восстановление оборудования, но и приводит к экологической катастрофе и несчастным случаям на рабочем месте [5].

Так как аварийные ситуации на нефтепроводах многообразны: было разработано множество методов для обнаружения дефектов и несанкционированных врезок, но из-за многообразия аварийных ситуаций ни один из методов не является универсальным. Стремясь к достижению поставленных целей в настоящее время ведутся исследования для улучшения методов диагностирования и создаются комбинированные системы обнаружения утечек.

Достоинства комбинированных систем в том, то что технический результат достигается за счет комплексирования двух физически разных методов обнаружения утечек в одной системе. К примеру, если один из методов не обладает некоторыми свойствами, которые были сформулированы для СОУ его можно дополнить тем методом, в котором данные требования выполняются.

Исходя из опыта эксплуатации имеющихся систем обнаружения дефектов, утечек и их свойств, были сформулированы следующие основные требования для СОУ они должны обладать:

- высокой чувствительностью;

- дистанционным контролем;

- точностью определения координат мест утечек;

- фиксацией времени начала утечки или врезки;

- низкой вероятностью ложных срабатываний;

- низкой стоимостью оборудования, его монтажа и обслуживания в расчете на 1 км трубопровода;

-обеспечением контроля состояния трубопроводов большой протяженности;

- высокой степенью надежности, достоверностью информации;

- отсутствием помех, оказывающих влияние на режим перекачки;

- возможностью работы в любых климатических и погодных условиях;

Так как ни дин из методов не является универсальны и не отвечают всем требованиям СОУ предлагаем комбинированную систему, состоящую из акустического и балансового методов.

Метод акустической диагностики относится к так называемым «оперативным методам». Метод основан на регистрации и анализе акустических сигналов различной частоты, возникающих при дефектах или истечении продукта через сквозной дефект под избыточным давлением. Для приема сигналов применяются пьезоэлектрические преобразователи и быстродействующие измерители давления.

В настоящее время акустические методы используют для следующих целей: определения дефектов, толщины объекта, негерметичности трубопроводов, контроля сплошности материала и определения физико-химических свойств материала объекта и т.д. [6].

Принцип действия акустического метода заключается в том, то что на концах диагностируемого участка в точках доступа размещаются датчики, соединенные с регистраторами. Регистраторы работают автономно и синхронно. Между ними нет ни кабельной линии связи, ни радиоканала. Осуществляется запись шума транспортируемой жидкости по трубе. После этого полученные записи обрабатываются на компьютере с помощью специального программного обеспечения, результат обработки представляется на графике, где ось х – расстояние от одного из датчиков, а ось y – уровень энергии сигнала.

Рисунок 1. График результата обработки записи шума.

К достоинствам данного метода можно отнести: высокую чувствительность к мелким дефектам; большую проникающую способность; применим для любых трубопроводов и для любых жидкостей в трубопроводах; возможность определения места расположения дефектов; возможность контроля при одностороннем доступе к объекту; высокая производительность; безопасен с экологической точки зрения; позволяют диагностировать объект полностью, не выводя его из режима эксплуатации или выводя на минимальное время, временные затраты на проведение подготовительных работ и работ по техническому диагностированию на много ниже по сравнению с другими методами;

Так же акустические СОУ имеют ряд недостатков, к ним относятся: Высокий уровень ложных срабатываний при изменении режимов работы нефтепродуктопровода; низкая чувствительность системы при увеличении объемов перекачки продукта за счет увеличения шумов в трубопроводе; низкая точность определения объема утечки или несанкционированного отбора продукта [7].

При рассмотрение акустического метода можно сказать что данный метод очень эффективный, но также имеет и недостатки.

Балансовый метод - данный метод является наиболее распространенным методом, позволяет диагностировать, как быстро развивающиеся дефекты трyбы и разрывы в трубе, так и медленно развивающиеся утечки жидкости. Метод позволяет диагностировать утечки на больших участках трубы между расходомерами. Обеспечивает постоянный мониторинг контролируемого участка. Минимальная величина диагностируемой утечки определяется в первую очередь погрешностью измерения расхода, и находится на уровне 0,5-1%. Основная идея метода заключается в том, что при образовании утечки жидкости расход на входе становится больше расхода на выходе. Кроме того, в данном методе учитывается также количество жидкости в самой трубе, которое при образовании утечки уменьшается. Точность метода зависит от точности расходомеров. Расходомеры могут быть настроены один относительно другого, используя процедуры статистического анализа и наблюдения за достаточно представительный промежуток времени. Погрешность определения изменения количества нефти в нефтепроводе зависит от точности измерения давления и сжимаемости. Недостатком этого метода является большое число ложных сигналов при нестационарных процессах, но самым большим недостатком такого метода является невозможность точного определения координаты yтечки или несанкционированной врезки. Поэтомy для определения координаты утечки обычно используются другие методы, которые функционируют параллельно с методом баланса масс [8].

Поэтому проанализировав существующие методы можно сказать, что комбинированная система на основе акустического и балансового методов в совокупности могут показывать хорошие результаты.

Самым главным техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая система, будет являться: высокая чувствительность к утечкам, вызванным несанкционированными врезками; малое время обнаружения утечки, высокая точность локализации места утечки и несанкционированной врезки, так же позволит диагностировать утечки на больших участках трубы, и позволит определять объем утечки или несанкционированный отбор продукта из нефтепровода.

Список литературы:

1. Радионова С.Г. Безопасная и надёжная эксплуатация объектов нефтегазового комплекса РФ-залог экономического роста страны / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. / № 4. 2015 с.6-10. 
2. Энергетическая стратегия России до 2030 года [Электронный ресурс]: утв. распоряжением ПравительстваРФ от 13.11.2009 г. № 1715-р. Доступ из системы «Консультант плюс» (дата обращения: 02.03.2015).
3. Лисин Ю.В. Исследование физико-химических свойств стали длительно эксплуатируемых трубопроводов, оценка ресурса безопасной работы / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. / № 4. 2015 с.18-28.
4. https://www.rbc.ru/economics/28/01/2013/570402b79a7947fcbd44504e
5. Нефтегазовое строительство / Беляева, В.А. и др. под общ. ред. проф. Мазура, И.И. и проф. Шапиро, В.Д. – М.: ОМЕГА-Л, 2008 – 774с.
6. Е.А. Богданов. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования. М.: Высшая школа, 2006.- 279 с.
7. Калекин В.С., Токарев В.В. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования: Учебное пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. -124 с.
8. Глущенко Н.В., Шестаков Р.А., Комаров д.н., Ибрагимов М.И., Шестаков А.А. Организационно-правовые и технические аспекты обнаружения утечек нефти в магистральных трубопроводах. // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья.  Обракадемнаука Москва 34-39 (2015).