Рис. 1. Нефтяные разливы в Республике Коми. Во время арктической зимы нефть вытекает из подземных аварийных нефтепроводов. С талой водой нефть весной попадает в реки, 2013 г. http://www.greenpeace.org

Автор: В.В. Супрунчик (ООО НПФ «ТОРИ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №8/2014

Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов и продуктов их переработки является одной из приоритетных задач для предприятий, эксплуатирующих трубопроводы. В последние годы решение этой задачи особенно актуально в связи авариями и хищениями продуктов перекачивания через несанкционированные подключения (врезки) к трубопроводам, приобретающими все более широкие масштабы. Врезки нарушают герметичность трубопроводов, сокращают срок их эксплуатации, приводят к утечкам нефти и нефтепродуктов, наносят значительный экономический ущерб компаниям и государству.

Оценка угрозы экономической безопасности России из-за незащищенности трубопроводов, в первую очередь магистральных нефтепроводов, сделана представителями различных нефтегазовых компаний на форуме международной выставки «Нефтегаз-2014».

Рис. 1. Нефтяные разливы в Республике Коми. Во время арктической зимы нефть вытекает из подземных аварийных нефтепроводов. С талой водой нефть весной попадает в реки, 2013 г. http://www.greenpeace.org
Рис. 1. Нефтяные разливы в Республике Коми. Во время арктической зимы нефть вытекает из подземных аварийных нефтепроводов. С талой водой нефть весной попадает в реки, 2013 г. http://www.greenpeace.org

Убытки от аварий, хищений складываются из потерь продукта, затрат на восстановление поврежденных участков трубопроводов и ликвидацию последствий. Последние потери, как правило, в десятки раз превышают первые и для нефтепроводов могут составлять от 3,0 до 4,0 триллионов рублей в год с учетом данных НП «Центр экологии ТЭК» о прямых потерях при добыче и транспортировке, составляющих от 3,5 до 4,5% уровня добычи [1, 2].

По данным компании ОАО «АК «Транснефть», количество ежегодно обнаруженных врезок не снижается [3]. С 2003 по 2013 годы зафиксировано более 10 тысяч преступлений на объектах нефтепроводного транспорта, из них 70% – несанкционированные врезки [4]. Для оценки общего числа несанкционированных врезок необходимо учитывать также действующие подключения, число которых на некоторых трубопроводах может в десятки раз превышать обнаруженные [5]. К магистральным нефтепроводам через несанкционированные врезки подключены нелегальные нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ). На совещании в г. Омске по вопросам развития энергетики 12 февраля 2010 г. было отмечено: «116 заводов официально не сертифицированы и не зарегистрированы, но отгружают продукцию». «Нефть на такие заводы попадает в результате несанкционированных врезок в магистральные нефтепроводы или в результате хищения на «узлах учета «Транснефти». «Доля на внутреннем рынке «серых» нефтепродуктов, полученных на нелегальных мини-НПЗ, составляет порядка 10–15%» [6].

В 2013 г. нефть и нефтепродукты попали в несколько крупных и средних рек: р. Колву (приток р. Уса, р. Печоры), р. Малый Караман (приток р. Волги), р. Левый Лун-Вож (приток р. Собыси), р. Лубье (приток р. Охты, р. Невы), р. Юк (Республика Башкортостан), в малые реки Республики Коми, на территорию вблизи р. Оби. В 2012 г нефть попала в р. Ангару. В предыдущие годы такие аварии были единичными. Увеличение числа аварий на водных переходах свидетельствует об ухудшении технического состояния трубопроводов. Опасны утечки из трубопроводов с низкой интенсивностью. Неконтролируемые утечки нефти и нефтепродуктов из трубопроводов на водных переходах, в том числе в зимнее время до схода льда, могут приводить к катастрофическим последствиям. Так, ликвидация последствий утечки на р. Колве была начата спустя 6 месяцев с момента разгерметизации межпромыслового нефтепровода, когда на реке сошел лед. Последствия от разливов нефти и нефтепродуктов сложно устранить полностью, в результате реки могут не восстанавливаться годами. Нефтяные разливы из межпромысловых нефтепроводов не менее опасны, чем утечки из магистральных трубопроводов (рис.1).

Эффективность защиты трубопроводов зависит в первую очередь от оборудования, используемого для контроля разгерметизации – систем обнаружения утечек (СОУ).

Такие системы позволяют не только регистрировать утечки и предотвращать хищения, но и остановить процесс изготовления новых врезок.

В то же время рост числа несанкционированных подключений, аварий свидетельствует о том, что российские трубопроводы либо не оснащены такими системами, либо используемые системы являются неэффективными.

Действующая нормативная документация (в том числе «Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов», утвержденные приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №520 6 ноября 2013 г.) не содержат требования к характеристикам систем обнаружения утечек, правилам их приемки и испытаний.

Необходимо принятие законодательных актов в данной области с требованиями к оснащению трубопроводов высокоэффективными системами обнаружения утечек, к характеристикам таких систем, порядку проведения их испытаний.

Такие предложения к проекту федерального закона «Технический регламент «О безопасности магистральных трубопроводов для транспортировки жидких и газообразных углеводородов» были подготовлены и направлены в ГосударственнуюДуму «Российским Союзом промышленников и предпринимателей» в 2011 г., предложения направлены также в Правительство РФ в 2012 г.

Системы обнаружения утечек

Системы обнаружения утечек (СОУ) являются основным средством непрерывного контроля герметичности трубопроводов. Работая в автоматическом режиме, такие системы за несколько минут, а при крупных авариях – за десятки секунд обнаруживают утечку, определяют ее координаты, формируют команду на выключение насосов.

В результате из-за быстрого снижения давления в трубопроводе и остановки утечки во внешнюю среду попадает минимальное количество нефти, нефтепродуктов. Вторая задача СОУ – обнаружение механических воздействий для защиты трубопровода от изготовления несанкционированных врезок, что одновременно с регистрацией утечек предотвращает хищения.

Характеристики систем обнаружения утечек (из протоколов испытаний)

 Система

обнаружения утечек

Обнаружение утечек  Функция

«Регистрация механических воздействий

  Тип СОУ
Порог чувствительности, отн. ед/ч  Точность, м
Инфразвуковая СОУ (ИСМТ) Сравнительные испытания с различными гидравлическими СОУ на конденсатопроводах, нефтепроводах, продуктопроводах   < 0,2…0,18   9…12   Есть   Гидравлическая
Комбинированная СОУ (МН Дружба) Сравнительные испытания с ИСМТ, 2008 г., ОАО «АК «Трансенфть»  109  500  Нет Гидравлическая
LDS Process Automation Systems сравнительные испытания с ИСМТ на продуктопроводе ШФЛУ, 2012 г.  > 50  918  Нет  Гидравлическая
 Оптоволоконная СОУ1 Не регистрирует 1  Есть  Акустическая
 1 При условии, если продукт перекачки не попадает непосредственно на оптоволоконный кабель и при этом не приводит к изменению температуры или к вибрации, что маловероятно при авариях.

В настоящее время на трубопроводах эксплуатируются системы, основанные на разных физических принципах: акустические и гидравлические системы, регистрирующие сигналы, генерируемые утечкой, которые распространяются соответственно вне трубопровода и внутри – по перекачиваемой среде (жидкости). Датчики гидравлических систем устанавливаются дискретно на трубопроводе с шагом в несколько десятков километров, для акустических систем датчики устанавливаются значительно чаще, например, оптоволоконный кабель прокладывается непрерывно вдоль всего трубопровода. Такая геометрия расположения чувствительных первичных преобразователей определяется уровнем полезного сигнала, генерируемого утечкой, точнее, скоростью его затухания с расстоянием.

Традиционные акустические и гидравлические системы, широко используемые на трубопроводах, имеют значительные ограничения чувствительности к утечкам, что значительно снижает их эффективность (см. таблицу).

В СОУ гидравлического типа чувствительность ограничена шумами давления, источниками которых являются насосы нефтеперекачивающих станций, движущиеся внутритрубные снаряды. В результате такие системы способны регистрировать только крупные утечки с интенсивностью несколько десятков и даже сотен кубических метров в час, которые генерируют сигналы с амплитудой, превышающей гидравлические шумы трубопровода.

Рис. 2. Регистрирующие модули системы ИСМТ
Рис. 2. Регистрирующие модули системы ИСМТ

В СОУ акустического типа, например с оптоволоконным датчиком, чувствительность ограничена внешними акустическими шумами от разных источников (автотранспорт, дождь, ветер, раскачивающий деревья и др.).

Такие системы не регистрируют техногенные утечки с низкой интенсивностью, за исключением случаев, когда продукт попадает непосредственно на чувствительный элемент (оптоволоконный кабель), и не обнаруживают утечки через криминальные врезки.

На магистральных трубопроводах длительное время устанавливалась гидравлическая комбинированная СОУ. Ее характеристики по результатам испытаний на МН «Дружба» в 2008 г. приведены в таблице. Такие характеристики не обеспечивают обнаружение утечек с низкой интенсивностью и не защищают трубопровод от несанкционированных врезок. В последнее время появился интерес к оптоволоконным СОУ, которые не решают эффективно задачу обнаружения утечек.

В результате и действующие, и вновь строящиеся магистральные нефтепроводы не защищены как от техногенных утечек с низкой интенсивностью, так и от хищений через несанкционированные врезки.

Для выбора эффективной гидравлической системы обнаружения утечек важны сравнительные испытания нескольких систем при одинаковых условиях испытаний.

Инфразвуковой метод

Эффективным решением для задачи непрерывного контроля герметичности трубопровода, обнаружения утечек, охраны является инфразвуковая система мониторинга (ИСМТ) [7].

В ИСМТ использованы новые научные результаты и технические решения, полученные в области регистрации и обработки сигналов в условиях высокого уровня шума.

Система состоит из модулей регистрации, устанавливаемых на трубопроводе через каждые 20…30 км (рис.2), сервера сбора и обработки данных, АРМ (компьютеров контроля и управления). Архитектура построения системы позволяет добавлять новые участки, расширяя защищаемую сеть трубопроводов и устанавливать необходимое заказчику количество АРМ. Как правило, устанавливаются АРМ диспетчера (оператора) трубопровода, службы безопасности, администратора системы. ИСМТ обеспечена полным пакетом разрешительных документов на взрывозащищенное оборудование, что позволяет запускать ее на трубопроводах углеводородного сырья: нефтепроводах, продуктопроводах, конденсатопроводах, газопроводах.

В настоящее время в ИСМТ реализованы девять функций: обнаружение утечек; регистрация механических воздействий на трубопровод; локация внутритрубных устройств; регистрация внутритрубных дефектов; видеонаблюдение; измерение давления; измерение расхода; управление задвижками; охрана и самодиагностика. Некоторые функции реализованы только в ИСМТ. Работы по запуску ИСМТ выполняются «под ключ»: разработка проектной документации, производство оборудования, монтаж и пусконаладочные работы, запуск системы, гарантийное и послегарантийное обслуживание, техническая поддержка.

В Инфразвуковом методе регистрации сигналов отсутствуют ограничения, которые имеют традиционные СОУ, поскольку его характеристики не зависят от уровня гидравлического шума и защищены от акустического шума. В результате система обеспечивает в несколько десятков раз более высокую чувствительность к утечкам, регистрирует механические воздействия и отличается высокой точностью определения линейных координат (см. таблицу).

Такие результаты подтверждены промышленной эксплуатацией ИСМТ, отмечены в протоколах сравнительных испытаний ИСМТ и систем обнаружения утечек российских и зарубежных разработчиков.

Система ИСМТ состоит из инфразвуковых антенн (датчиков), контроллеров предварительной обработки данных, сервера, компьютеров контроля и управления. Используется канал связи для передачи данных от датчиков до сервера. Система отличается как высокой чувствительностью, так и надежностью (некритично повреждение части оборудования); стабильными в течение всего периода эксплуатации характеристиками; относительно невысокой стоимостью. В ИСМТ реализовано несколько функций мониторинга, в настоящее время разрабатываются новые функции. При активном участии специалистов ООО «Газпром добыча Оренбург» ИСМТ была запущена в эксплуатацию на конденсатопроводах с высоким содержанием сероводорода.

Система ИСМТ обеспечивает эффективную защиту трубопроводов углеводородного сырья на конденсатопроводах, нефтепроводах, продуктопроводах, продуктопроводах ШФЛУ. Быстрая регистрация сверхмалых утечек обеспечивает эффективную защиту от техногенных аварий, в том числе на водных переходах, защиту от хищений продукта перекачки. Регистрация механических воздействий защищает трубопровод от изготовления врезок.

Опыт промышленной эксплуатации и испытаний системы ИСМТ имеется в компаниях ОАО «Газпром», ОАО «АК «Транснефтепродукт», ОАО «Сибур». Применение данного опыта в других компаниях позволит обеспечить безопасную эксплуатацию трубопроводов углеводородного сырья в стране.

Эффективная защита трубопроводов углеводородного сырья позволит сократить финансовые потери от разгерметизации трубопроводов, предотвратить хищения углеводородов, снизить криминогенность в отрасли, сохранить экологию в масштабах страны, в первую очередь водные ресурсы, защитить здоровье населения. Будет внесен вклад в расширение экспортных возможностей страны в области наукоемкого высокотехнологичного оборудования. Высокая эффективность трубопроводного транспорта придаст дополнительный импульс развитию зависимых от него производств, повысит инвестиционную привлекательность нефтегазового комплекса.

Список литературы

  1. http://top.rbc.ru/economics/10/04/ 2012/645532.shtml Электронный ресурс, проверен в 2013 г.
  2. Материалы форума «ЭНЕРКОН-2014» в рамках выставки «НЕФТЕГАЗ-2014», расчет выполнен для 2013 г.
  3. http://www.transneft.ru/press/133/ 10719/ Электронный ресурс, проверен в 2013 г.
  4. http://www.transneft.ru/news/view/ id/573/ Электронный ресурс, проверен в 2013 г.
  5. http://www.torinsk.ru/publication/ 29-bt2010.html Электронный ресурс, проверен в 2014 г.
  6. http://lenta.ru/news/2010/02/12/npz/ Электронный ресурс, проверен в 2014 г.
  7. http://www.torinsk.ru. Электронный ресурс, проверен в 2014 г.