Газовая промышленность № 07 2018

В настоящее время в связи с удорожанием импортного программного обеспечения (ПО), а также глобальным курсом на импортозамещение и целым рядом других факторов остро встал вопрос о применении альтернативного ПО для моделирования процессов подготовки углеводородного сырья. В Российской Федерации наиболее широко распространено программное обеспечение Aspen HYSYS [1], а также его аналоги, такие как Petro-SIM [2]. Наиболее близким аналогом, пригодным для указанных выше целей моделирования, является российское ПО GIBBS [3].

GIBBS позволяет решать задачи стационарного моделирования основных технологических процессов подготовки и переработки природного газа и газового конденсата, включая ингибирование гидратообразования метанолом, осушку газа гликолями, регенерацию указанных ингибиторов и осушителей, а также ряд задач транспорта газожидкостных смесей.

Аналоги Aspen HYSYS исторически, начиная с исходного программного обеспечения Hyprotech (Hysim), являются одними из лидеров на рынке моделирующих программ для нефтегазовой отрасли. В ряде случаев использование данного ПО для моделирования технологических процессов в оте- чественной газовой промышленности дает худшие результаты расчетов, чем полученные с помощью российского ПО. Это связано с технологическими различиями в отечественной и зарубежной практике подготовки и переработки природного газа и газового конденсата.

В зарубежной практике в последние десятилетия при переработке природного газа практически не применяются процессы низкотемпературной сепарации на температурном уровне около –30 °С, не обеспечивающие извлечение из природного газа этана или, по крайней мере, пропана (включая высококипящие углеводороды). Впрыск метанола как ингибитора гидратообразования используется очень ограниченно, уступая место адсорбционной осушке газа. Это же относится и к процессам с впрыском гликолей [4].

В связи с вышеизложенным зарубежное ПО не настроено для максимально точного моделирования процессов низкотемпературной сепарации с прямым впрыском метанольных и гликолевых растворов. В то же время ПО российской разработки специально адаптируется для таких случаев.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

В ООО «Газпром добыча Ноябрьск» в 2015 г. на базе Инженерно-технического центра введен в эксплуатацию программный комплекс моделирования промысловой подготовки, переработки и транспорта природного и попутного газа, газового конденсата и нефти GIBBS.

Внедрение ПО GIBBS отечественной разработки позволило производить расчеты процессов промысловой подготовки природных газов, включая установки низкотемпературной сепарации и конденсации в режиме реального времени, увеличить ресурс работы исполнительных устройств путем оптимизации процессов регулирования технологических параметров, реализовать процесс выполнения ряда штатных технологических операций в автоматическом режиме.

При использовании ПО GIBBS инженер-технолог не просто работает с изображением технологической схемы, как предлагается в большинстве аналогичных программ, но также может создавать сложные многоуровневые модели производств, объединяющие несколько промыслов и комплексов переработки сырья. Каждый уровень может соответствовать установке, группе установок, заводу, крупному промысловому или заводскому комплексу, и все уровни объединяются в единую блок-схему. Кроме этого, для каждого проекта в GIBBS возможно множество вариантов решений, различающихся набором компонентов и технологическими параметрами.

Расчеты в ПО GIBBS выполняются индивидуально для каждого технологического объекта. Результаты работы не интегрируются в используемую в Обществе автоматизированную систему управления PI System [5], что значительно ограничивает возможности их применения на технологических объектах Общества.

В настоящее время разработчики программного обеспечения в соответствии с требованиями пользователей ведут доработку комплекса. Так, для реализации процесса интеграции и последующей эффективной эксплуатации на газовых промыслах моделей ПО GIBBS разрабатывается «Модуль управления» расчетными моделями.

Необходимо отметить, что ООО «Газпром добыча Ноябрьск» высоко оценило представленный программный комплекс, что инициировало внедрение пилотной расчетной модели в интерфейс автоматизированной системы управления технологическими процессами на газовом промысле в целях получения оперативной информации, необходимой для оптимизации технологического процесса.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Рассмотрим некоторые примеры, иллюстрирующие возможности применения ПО GIBBS, а также сравним получаемые результаты с данными по моделированию на ПО HYSYS и экспериментальными или фактическими величинами, полученными в процессе эксплуатации производственного объекта. При рассмотрении примеров акцент сделан не на технологических особенностях отдельных объектов, а на сравнении результатов моделирования.

Пример 1. Рассмотрим объект моделирования – установку комплексной промысловой подготовки газа, основанную на принципе низкотемпературной сепарации. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1. С помощью GIBBS и HYSYS решалась задача подбора оптимального количества подаваемого метанола для ингибирования гидратообразования, а также моделирования материального баланса установки.

В табл. 1 представлены результаты сравнения фактических и расчетных условий подачи метанола. Минимальное необходимое количество метанола определялось для безгидратных условий с запасом 5°. Необходимое количество метанола, определенное с использованием HYSYS и GIBBS, в сравнении с фактическими данными приведено в табл. 2.

Расчетные данные по расходу нестабильного конденсата различаются не более чем на 0,26 %, по газу – на 0,33 %, по водометанольному раствору (ВМР) – на 8,5 % (см. табл. 1). По факту расход метанола составляет 732 кг/ч, т. е. ошибка по расходу метанола в GIBBS несколько меньше (см. табл. 2).

Пример 2. Рассмотрим колонну деэтанизации газового конденсата, работающую на различных режимах (рис. 2). Мы намеренно не детализируем параметры режимов работы деэтанизатора, так как в контексте данной статьи имеют значение только результаты сравнения.

В процессе моделирования колонны объемы загрузки сырья и орошения, температуры подачи сырья и орошения задавались по фактическому режиму. Де- этанизатор не имеет дефлегматора, орошение осуществляется более холодным нестабильным конденсатом. Питание колонны осуществляется также нестабильным конденсатом, предварительно нагретым в рекуперативных теплообменниках.

Результаты сравнения моделирования работы колонны-деэтанизатора в системах GIBBS и HYSYS на одном режиме представлены в табл. 3. Результаты сравнения моделирования плотности де- этанизированного конденсата в системах GIBBS и HYSYS – в табл. 4.

Расчетная плотность деэтанизированного конденсата в ПО GIBBS составляет 642 кг/м³, что отличается от эксперимента на 2,23 %, в то время как в ПО HYSYS расчетная плотность деэтанизированного конденсата составляет 599 кг/м³ и отличается от эксперимента на 4,62 %, т. е. ошибка по плотности в GIBBS меньше, чем в HYSYS.

ВЫВОДЫ

Возможность проводить расчеты в динамическом режиме поз- воляет лучше понять сущность моделируемых процессов. Можно собрать и испытать схемы регулирования, исследовать пусковые режимы, получить представление о реально работающем процессе и поведении объекта в нештатных ситуациях, о влиянии изменения рабочих параметров на качество продуктов.

В проведенных расчетах ПО GIBBS показало точность моделирования материальных балансов и технологических параметров установок комплексной промысловой подготовки газа и установок низкотемпературной сепарации. При этом для компонентов С5+ ПО GIBBS показало лучшую сходимость результатов, за счет чего для ряда задач лучше моделируется выход конденсата. Также в ряде случаев ПО GIBBS показывает лучшую точность по моделированию плотности конденсата.

В части моделирования систем с метанолом и распределением ВМР в установках низкотемпературной сепарации ПО GIBBS показывает лучшую по сравнению с HYSYS точность расчетов.

Программное обеспечение GIBBS успешно используется для технологического моделирования на действующих и проектируемых установках стабилизации и переработки конденсата, низкотемпературного выделения из природного газа этана, фракций С3+, азота и гелия, сжижения природного газа. В связи с чем можно сделать вывод о том, что наряду с Aspen HYSYS данный программный продукт может быть дополнительно успешно использован для моделирования установок комплексной промысловой подготовки газа и установок низкотемпературной сепарации.

Таблица 1. Сравнение фактических и расчетных условий подачи метанола Table 1. Comparison of the actual and calculated conditions for the methanol supply

Таблица 2. Минимально необходимый расход метанола Table 2. Minimal necessary flow rate of methanol

Таблица 3. Сравнение результатов моделирования работы деэтанизатора в HYSYS и GIBBS Table 3. Comparison of the results of deethanizer simulation with HYSYS and GIBBS

Таблица 4. Сравнение результатов моделирования плотности деэтанизированного конденсата (ДК) в HYSYS и GIBBS Table 4. Comparison of results of the deethanized condensate density simulation with HYSYS and GIBBS

НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ ЕДИНОЙ БДПИ

Планируемая корпоративная геоинформационная система (ГИС) ПАО «Газпром» должна предоставлять пространственную информацию на территории объектов Единой системы газоснабжения (ЕСГ), включая места расположения месторождений и газопроводов. Практическим шагом по развитию корпоративной ГИС может стать создание Единой базы данных пространственной информации (БДПИ).

В соответствии со стратегией информатизации ПАО «Газпром» внедряются информационно- управляющие системы (ИУС), решающие задачи по определенным направлениям: ИУС транспортировкой газа и газового конденсата (ИУС Т); ИУС восполнением минерально-сырьевой базы и добычей углеводородов (ИУС МСБ); Система управления имуществом и иными активами (СУИМ) и т. д. Пространственная информация часто выступает в качестве одного из видов исходных данных для таких систем. Под конкретные проекты закупаются пространственные данные: космические и авиационные снимки, электронные карты, схемы территориального планирования и т. д. При этом зачастую закупаемые данные и проводимые работы дублируются в разных проектах и системах. Для минимизации затрат и стандартизации использования пространственных данных в ПАО «Газпром» предлагается создать БДПИ, которая способна стать единым источником данных для ИУС. На рис. 1 представлена возможная схема взаимодействия департаментов ПАО «Газпром», проектных организаций и дочерних обществ через различные ИУС, которые используют БДПИ как общий источник исходных данных.

Предлагаемая БДПИ способна решать следующие задачи:

– хранение пространственной информации;

– ведение сводного классификатора (создается на основе всех классификаторов, используемых в рамках существующих ИУС) и каталога пространственной информации;

– обеспечение интерфейсов для предоставления пространственной информации в ИУС, дочерним обществам, проектным организациям и департаментам ПАО «Газпром».

При проектировании единой БДПИ предлагается использовать следующие принципы ее построения и функционирования:

– БДПИ должна быть единой для всех информационно-управляющих систем (ИУС);

– БДПИ будет размещаться в Центре обработки данных ПАО «Газпром» (ЦОД);

– источниками пространственных данных БДПИ могут быть: ИУС, дочерние общества, проектные организации и департаменты ПАО «Газпром», Центр аэрокосмического мониторинга (ЦАКМ);

– ЦАКМ наполняет БДПИ пространственными данными, полученными в результате аэрокосмического мониторинга;

– доступ удаленных пользователей к БДПИ может осуществляться по широкополосным каналам космической системы «Ямал».

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОСТРОЕНИЮ ЕДИНОЙ БДПИ

Данные в БДПИ организуются в виде системы слоев: каждый слой – это данные определенного типа. Структура БДПИ представлена на рис. 2.

Слои БДПИ делятся на следующие группы: данные, получаемые от информационно-управляющих систем; данные, получаемые от ЦАКМ по результатам обработки информации объективного аэрокосмического мониторинга; результаты анализа пространственных данных.

Непосредственно в БДПИ будут храниться данные, получаемые от ЦАКМ. Другие типы данных могут быть доступны в виде ссылок на соответствующие информационные ресурсы. Описание слоев БДПИ приведено в табл. 1.

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

Пространственные данные используются в основном по трем направлениям: анализ соблюдения правил эксплуатации ЕСГ; анализ факторов, влияющих на промышленную безопасность ЕСГ; анализ соблюдения правил землепользования. Проводить соответствующие анализы целесообразно в специализированных модулях ИУС. Единая БДПИ может содержать результаты таких анализов или ссылки на них, тем самым делая данные доступными для других систем. АО «Газпром космические системы» имеет успешный опыт применения пространственных данных (предлагаемых для размещения в БДПИ) для решения следующих задач (которые можно рассматривать как примеры результатов): обследование нарушений охранных зон и зон минимальных расстояний; геотехническая диагностика; воздушное патрулирование трасс газопроводов; поставка данных для системы управления техническим состоянием и целостностью магистральных газопроводов; мониторинг строительства, реконструкции и капитального ремонта объектов; мониторинг пожаро- опасной обстановки; мониторинг ледовой обстановки.

Для дальнейшей проработки состава данных и проектирования БДПИ предлагается разработать сводный классификатор пространственных данных – формализованное описание видов пространственной информации, которая может храниться в БДПИ. Классификатор содержит: описание параметров растровых пространственных данных (ортофотопланов, карт просадок и т. д.); описание параметров векторных данных (карт пожаров, карт утечек и т. д.). Сводный классификатор БДПИ выступает как средство стандартизации пространственных данных в компаниях Группы «Газпром», который содержит описание «базовых» типов данных, используемых в различных системах. Классификаторы ИУС будут составлять основу сводного классификатора БДПИ, предоставляя описания данных, используемых в этих системах. При реализации БДПИ будет создан каталог данных. Каталог создается в соответствии с классификатором и содержит описание отдельных образцов пространственных данных, хранящихся в БДПИ. Каталог имеет интерфейс для поиска требуемых пространственных данных по введенным пользователем ограничениям: интересующий район; время создания пространственных данных; другие параметры, специфические для данного вида пространственной информации.

Единую БДПИ предлагается размещать в ЦОД ПАО «Газпром». Центр обработки данных обеспечивает: вычислительные ресурсы для ИУС; информационную и технологическую безопасность; доступность информационных ресурсов и сервисов в круглосуточном режиме; выходы на высокоскоростные каналы связи между Администрацией ПАО «Газпром» и дочерними предприятиями. Оценка требуемых для размещения БДПИ ресурсов ЦОД следующая:

– объем накопителей для хранения данных БДПИ – 500 Тбайт;

– зеркальное резервирование данных БДПИ в резервном ЦОД;

– скорость информационного обмена БДПИ и ИУС внутри ЦОД – 1 Гбит/с;

– скорость информационного обмена БДПИ и ЦАКМ по волоконно-оптической линии – 1 Гбит/с;

– скорость подключения внешних абонентов к БДПИ – 50 Мбит/с.

Учитывая возможности и технические характеристики ЦОД ПАО «Газпром», можно сделать вывод, что данная структура оптимально подходит для размещения БДПИ.

ЦАКМ ПАО «ГАЗПРОМ»

Центр аэрокосмического мониторинга ПАО «Газпром» создан в АО «Газпром космические системы» (г. Щелково, Московская обл.). Основные составные части ЦАКМ и решаемые задачи представлены на рис. 3. Центр имеет необходимые технологии обработки данных космической и беспилотной съемки для наполнения соответствующих слоев БДПИ [1].

В настоящее время ЦАКМ закупает данные с зарубежных и отечественных космических аппаратов «общего пользования», что сказывается на стоимости производимой продукции, а также на возможности оперативно и регулярно ее производить.

В рамках проекта «СМОТР» АО «Газпром космические системы» планирует создать оптический и радиолокационный космические аппараты. Система «СМОТР» должна в первую очередь полностью обеспечить потребности компаний Группы «Газпром» в данных космической съемки. Внешний вид оптического и радиолокационного космических аппаратов представлен на рис. 4 и 5.

Проектируемые спутники системы «СМОТР» не имеют аналогов в России, их характеристики представлены в табл. 2.

Планируется, что ЦАКМ будет поставлять данные в БДПИ с определенной периодичностью, зависящей от типа данных и решаемых задач. Предлагаемые периоды обновления пространственных данных, получаемых в ходе аэрокосмического мониторинга, приведены в табл. 3.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОСТУПА УДАЛЕННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

Пользователи получат доступ к пространственным данным единой БДПИ или продуктам, производимым на основе этих данных в ИУС, по каналам Единой ведомственной сети передачи данных (ЕВСПД) [2]. Департаменты ПАО «Газпром» будут иметь доступ к оборудованию, размещаемому в ЦОД, и, следовательно, к БДПИ по высокоскоростным наземным каналам связи. Для удаленных пользователей в регионах в настоящее время вводится в эксплуатацию опорная спутниковая сеть ЕВСПД на базе спутников связи «Ямал-401», «Ямал-402» [3], предоставляющая каналы связи до 50 Мбит/с (рис. 6). В 2018 г. планируется запуск спутника связи «Ямал-601», который обеспечит широкополосный доступ пользователей со скоростями до 100 Мбит/с (рис. 7).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для развития корпоративной ГИС ПАО «Газпром» на базе аэрокосмических данных предлагается комплексный подход с использованием аэрокосмических средств дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), современных геоинформационных технологий и спутников связи (рис. 8). Данные ДЗЗ со спутников наблюдения и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) поставляются в ЦАКМ, который обрабатывает их и размещает полученную пространственную информацию в БДПИ. Спутники «Ямал» обеспечивают доступ удаленных пользователей к БДПИ по надежным высокоскоростным каналам связи для получения нужной пространственной информации и результатов ее обработки.

Комплексное использование космических информационных технологий при развитии корпоративной ГИС ПАО «Газпром» позволит: обеспечить повышение достоверности получаемой пространственной информации за счет объективности проводимых измерений; увеличить надежность и оперативность получения требуемой информации за счет использования широкополосных каналов спутниковой связи; повысить эффективность управления производственными процессами за счет достоверности и оперативности используемой информации; оптимизировать затраты на получение пространственных данных в ПАО «Газпром».

Таблица 1. Слои базы данных пространственной информации Table 1. Layers of the spatial information database

Таблица 2. Характеристики космических аппаратов «СМОТР» Table 2. Characteristics of the SMOTR spacecrafts

Таблица 3. Обновление БДПИ на основе космической и беспилотной съемки Table 3. Update of the space information database on the basis of space and unmanned observations

При монтаже оборудования сис- темы сбора газа принимаются утвержденные нормативными документами характеристики. Скорость спуска при монтаже оборудования систем сбора газа –  0,5 м/с, при требуемой точности позиционирования в пространстве до ±0,1 м. Принимая во внимание габариты и вес оборудования сис- тем сбора газа (например, размеры манифольда – 40 × 35 × 7 м, вес – до 800 т [1]) и глубины, на которых производится установка, любая погрешность и (или) неточность при работе спускоподъемного оборудования на судне могут привести к серьезным отклонениям в положении устанавливаемого оборудования. Очевидно, что чем технически совершеннее грузоподъемное оборудование, тем больше возможностей оно способно обеспечить как в противостоянии воздействующим нагрузкам, так и в плане безопасности выполняемых операций. В свою очередь, это позволяет расширить границы погодных «установочных окон» и приводит к значительному экономическому эффекту, особенно в районах с суровыми погодными условиями, где временные периоды для установки оборудования системы подводной добычи (СПД) крайне малы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Традиционно нагрузки, действующие на оборудование СПД, подразделяют по времени и способу воздействия на постоянные, переменные и нагрузки от окружающей среды. Постоянными нагрузками являются нагрузки, которые не изменяются по величине, точке приложения и направлению в течение определенного периода эксплуатации или установки оборудования (например, в течение процесса установки оборудования на морское дно). К постоянным нагрузкам можно отнести: вес устанавливаемого оборудования (на воздухе, в воде); вес постоянного балласта и установленного оборудования (дополнительное и (или) вспомогательное оборудование).

Характеристикой постоянной нагрузки является расчетное и (или) ожидаемое значение на основе параметров оборудования, таких как масса, объем, габариты.

Переменные нагрузки могут различаться по величине, точке приложения и направлению во времени. К переменным нагрузкам относят: операционные нагрузки (например, нагрузки, прикладываемые к оборудованию в процессе перемещения); вес временного балласта и (или) оборудования.

Характеристика переменной нагрузки определяется максимальным (или минимальным) заданным значением, которое является наиболее неблагоприятным воздействием нагрузки в рассматриваемой структуре.

Нагрузки от окружающей среды определяются условиями внешней среды, в которых находится оборудование в процессе его транспортировки и монтажа. Нагрузки могут изменяться по величине, точке приложения и направлению в зависимости от условий среды. К нагрузкам от окружающей среды относят: гидродинамические нагрузки, вызванные волнами и течением; ветровые нагрузки; нагрузки от снега и льда; нагрузки от температурных изменений.

Описанные нагрузки имеют классификацию, дающую представление о возникновении и природе сил воздействия, обусловливающих нагрузку.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Для расчета и математического моделирования монтажных операций общую нагрузку удобно представить как совокупность статической и динамической составляющих сил. Динамическая нагрузка характеризуется быст- рым изменением во времени ее значения, направления или точки приложения и вызывает в элементах конструкции значительные силы инерции. По определению динамическая нагрузка почти полностью совпадает с переменной, но основной момент, определяющий именно динамическую нагрузку, – это «значительные силы инерции», поскольку именно силы инерции определяют воздействие динамической составляющей силы.

Величина, направление и точка приложения статической нагрузки изменяются во времени незначительно, а влиянием сил инерции для данной нагрузки можно пренебречь.

Каждая из описанных выше нагрузок может быть представлена как совокупность взаимодействия статической    и динамической  составляющих: 

,      (1) 

при этом  в общем случае понимается как сила инерции .

Для упрощения расчетных схем обычно используют динамический коэффициент, в который закладывают допустимые динамические усилия и коэффициент безопасности/запаса. В общем случае упрощенный вид расчетной и (или) проектной нагрузки имеет вид:

,               (2)

где k – динамический коэффициент.

В иностранных стандартах по проектированию оборудования для добычи используют коэффициент безопасности/запаса, который называют DF-фактором (Design Factor – проектировочный коэффициент запаса). Коэффициент представляет собой интегральное значение, которое учитывает одновременно многие факторы, влияющие на конструкцию и (или) оборудование, включая динамический коэффициент и коэффициент надежности по нагрузке. Величина динамического коэффициента может приниматься нормативно, в таком случае при дальнейшей установке должны быть обеспечены условия, при которых динамические нагрузки не превысят заданного предела. Также возможно проведение для рассматриваемого оборудования расчета динамического коэффициента с учетом конкретных условий установки.

Из представленного материала можно сделать вывод, что чем более жесткие внешние условия эксплуатации оборудования, тем более высокий коэффициент необходимо принимать в расчет. Следовательно, оборудование становится более громоздким за счет избыточности требований по прочности конструкции. С одной стороны, это правильная практика: безопасность превыше всего, но с другой – такой подход не позволяет реализовать весь потенциал оборудования, а потому его технические рамки достигаются очень быстро, что, как упоминалось выше, и является главным ограничителем в выборе временного периода установки оборудования систем сбора газа.

Основной метод борьбы с динамической составляющей нагрузки – снижение («гашение») сил инерции посредством добавления в цепочку «груз – такелажная  оснастка – грузоподъемное оборудование» устройств, воспринимающих дополнительные усилия от сил инерции и не передающих  (в идеальном случае) эти усилия на элементы оборудования. Учитывая массу и габариты оборудования, превалирующими нагрузками будут вес и вертикальные составляющие (проекция силы на ось z) сил инерции. Именно по- этому наиболее важным направлением по нивелированию дополнительных нагрузок, возникающих в процессе установки оборудования, является борьба с вертикальными динамическими нагрузками.

МЕТОДЫ КОМПЕНСАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ

Одна из основных проблем, возникающих при работе с тяжелым – весом в десятки, а иногда и сотни тонн – оборудованием, – вертикальная качка судна, возникающая вследствие волнения поверхности водной глади. Перепад высот гребней волн даже при умеренном ветре может достигать нескольких метров, что, в свою очередь, раскачивает судно, создавая дополнительную динамическую нагрузку на грузоподъемные устройства и оборудование. Кроме того, качка судна генерирует колебательный процесс для подвешенного груза, что влияет на точность установки и позиционирования, а также на безопасность процесса установки в целом.

Рассмотрим упрощенную схему сил, действующих на подвешенный груз без и при вертикальной качке судна (рис. 1).

При отсутствии качки судна сила воздействия F определяется ускорением свободного падения g. При волнении на море происходит восходящее и нисходящее движение судна, движимого профилем волны. На рис. 1 представлен случай восходящего движения судна. Из-за движения судна появляются вертикальные ускорения a, вызывающие силы инерции, которые могут создавать дополнительные нагрузки на систему «груз – такелажная оснастка – грузоподъемное оборудование».

Современные методы и технические решения, используемые для нивелирования эффекта вертикальной качки, направлены как на снижение динамических нагрузок на грузозахватные устройства и оборудование, вызванных силами инерции, так и на повышение точности и безопасности морских грузоподъемных операций. Как следствие, компенсация вертикальной качки позволяет расширить операционное окно, что особенно важно в регионах со сложными погодными условиями и в случае комплексной продолжительной установки оборудования. В конечном счете все вышеперечисленное обеспечивает экономическую выгоду и расширяет список доступных операций. В основу принципа компенсации вертикальной качки заложен принцип дополнительного (добавочного) перемещения подвешенного груза в сторону, противоположную перемещению судна под действием качки  (рис. 2). Дополнительное перемещение позволяет скомпенсировать перемещение судна, вызванное вертикальной качкой, что позволяет сохранить подвешенный груз в том же положении в пространстве (сохранить высоту подвешенного груза относительно морского дна неизменной), как если бы волнение водной глади отсутствовало вовсе.

В целом системы компенсации вертикальной качки по своему действию делятся на два основных типа: активные и пассивные. Как следует из названия, пассивные системы по сути своей являются реактивными, т. е. совершают действие в ответ на воздействие на груз и (или) грузоподъемные механизмы со стороны внешних сил, а активные системы являются проактивными, что подразумевает дополнительное (вторичное) управление, которое «предугадывает» будущее воздействие на груз и (или) грузоподъемные механизмы и дает команду системе компенсации на действие по снижению и (или) устранению этого влияния. Наличие дополнительной системы управления делает активные системы компенсации более дорогими по сравнению  с пассивными.

Вместе с тем стоит отметить, что по таким свойствам, как точность контроля за положением груза и быстрота ответной реакции на качку (а следовательно, и снижение динамических нагрузок на оборудование), пассивные системы значительно уступают активным. В процессе установки оборудования, как правило, используются сочетания компенсирующих систем для повышения надежности и безопасности монтажа в целом. Учитывая стоимость оборудования системы сбора газа, применение дополнительных систем экономически оправданно.

Систему компенсации можно разделить на надводную часть, которая относится непосредственно к грузоподъемному оборудованию, расположенному на судне, и на подводную часть, которая состоит из дополнительного грузоподъемного оборудования и системы мягкой посадки, расположенной непосредственно на оборудовании (рис. 3).

В случае надводной части сис- темами компенсации качки оснащаются краны, крановые лебедки, кран-балки. В случае подводной части системами компенсации качки оснащаются грузозахватные приспособления (крюки, траверсы и т. д.) и устанавливаемое оборудование (например, манифольд с собственной системой мягкой посадки).

По типу используемой энергии системы бывают гидравлическими, гидропневматическими и электрическими. Основными рабочими органами системы являются электромоторы, гидромоторы, гидроцилиндры. На рис. 4 представлен самый распространенный вид грузоподъемного оборудования с компенсацией качки – крановая лебедка. В данном случае компенсация реализуется посредством намотки и смотки троса на барабан лебедки, управляемой гидро- или электромотором. Преимущество данного устройства – в его компактности, так как отсутствуют промежуточные звенья и (или) рычаги между непосредственно тросом и грузом. Минусом может служить точность компенсации вследствие инертности системы.

Также применяются линейные компенсаторы качки (рис. 5),  главным рабочим органом которых служит гидроцилиндр. Принцип работы остается тем же, что и в случае крановой лебедки. Отличие заключается в том, что трос в данном случае подается и втягивается посредством линейных перемещений штока гидро- цилиндра, а не посредством намотки и смотки троса на барабан. Данный вид компенсатора позволяет работать с бóльшими усилиями и точностью, чем лебедка, но требует больше места для установки. Также минусом является ограничение в величине компенсации: длина подачи троса ограничена габаритами гидроцилиндра.

Многие специализированные суда – установщики оборудования, трубоукладчики – имеют в своем составе не только краны и (или) лебедки с компенсаторами качки, но и дополнительные элементы для противодействия качке, например крюковой компенсатор, что еще больше облегчает процесс монтажа оборудования на морское дно. Крюковой компенсатор устанавливается непосредственно над точкой подвеса груза. Данный вид компенсатора также применяют в случае отсутствия крановых компенсаторов качки. Иногда использование крюкового компенсатора позволяет устаревшим судам-установщикам производить операции по монтажу, избегая серьезной модернизации грузоподъемного оборудования. Но такой компенсатор не способен противостоять серьезным погодным условиям, поэтому его нельзя использовать как единственное средство компенсации. При его применении для установки на дно крупногабаритного оборудования, например манифольда, последний должен быть оборудован собственной сис- темой мягкой посадки, которая будет компенсировать нагрузки от вертикальной качки совместно с крюковым компенсатором. В противном случае возможны повреждения устанавливаемого оборудования вследствие неполного контроля за опусканием его на дно.

СИСТЕМА МЯГКОЙ ПОСАДКИ

Все перечисленные виды компенсаторов качки в большинстве своем относятся к грузоподъемному оборудованию и обычно входят в оснащение законтрактованных судов- установщиков. И только один вид системы противодействия качке, а именно система мягкой посадки, предоставляется организацией – производителем оборудования системы сбора газа. Данная система предназначена для обеспечения снижения скорости в процессе спуска при монтаже оборудования на дно либо на донное основание  с 0,5 м/с до безопасной величины (определяется и подтверждается расчетами). Система мягкой посадки обеспечивает снижение скорости для предотвращения возникновения повышенных динамических нагрузок в процессе посадки оборудования системы сбора газа на дно либо на донное основание, что может повлечь за собой недопустимые деформации несущих конструкций или иного рода систем и узлов оборудования.

ООО «Газпром 335» ведет разработку системы мягкой посадки для манифольда, вес которого превышает 180 т [1]. Далее планируется создание расширенной линейки систем мягкой посадки под целый ряд оборудования, имеющего различные вес и габариты.

Разработка ведется с учетом иностранного опыта по применению системы мягкой посадки с использованием оригинальных технических решений, которые позволят сократить стоимость изготовления и повысить эффективность системы в целом. Разработка собственной отечественной системы мягкой посадки для оборудования системы сбора газа расширит границы проектирования оборудования для подвод- ной добычи, а опыт, полученный в ходе создания, будет способствовать дальнейшему развитию систем компенсации динамических усилий.

В таблице представлен список иностранных компаний – поставщиков решений по компенсации качки и системам мягкой посадки. По данным таблицы, лишь одна известная фирма в сфере подвод- ных технологий добычи занимается созданием систем мягкой посадки – EAB Engineering.  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие добычи газа в морских условиях становится все более актуальной задачей, поэтому проектирование российского оборудования приобретает большой практический интерес. При завершении разработки и успешном проведении необходимых тестов системы мягкой посадки для оборудования системы сбора газа существует возможность  в перспективе поставлять отечественную продукцию не только в пределах страны, но и за рубеж. 

Зарубежные поставщики компенсационных систем Foreign suppliers of compensation systems

Совместная работа ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и воронежской компании «Некст Трейд» успешно решает задачи импортозамещения в нефтегазовой отрасли. Сотрудничество компании «Некст Трейд», специализирующейся на производстве нестандартного оборудования для добычи газа, c отраслевым Научно-технологическим центром ПАО «Газпром» – ООО «Газпром ВНИИГАЗ» – началось в 2000-е гг. Сегодня, спустя почти 20 лет, в активе воронежского производителя три масштабных партнерских проекта с ВНИИГАЗом, результатом которых стал уход от критической импортозависимости для десятков компаний, работающих в сфере газодобычи.

Первым совместным проектом воронежской компании и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» стал поиск и подбор отечественных материалов для изготовления запчастей нефтегазового оборудования, использовавшегося на Астраханском газоконденсатном месторождении.

– Мы в то время только начинали работу на газовом рынке, а задача, которую пришлось решать, требовала уже серьезных навыков, – рассказывает Сергей Давыдов, директор по производству компании «Некст Трейд». – Нам требовалось найти отечественные аналоги импортных материалов, которые отвечали бы сразу нескольким требованиям – способностью выдерживать агрессивные среды, работать в условиях повышенной нагрузки и доступной ценой. В результате мы отобрали около десяти материалов, получили одобрение на их использование от «Газпром ВНИИГАЗ» и стали серийно применять их в производстве оборудования для Астраханского месторождения. Уже тогда стало понятно, что импортозамещение в газодобывающей индустрии имеет отличную перспективу с точки зрения экономической эффективности.

Следующий совместный проект «Некст Трейд» и «Газпром ВНИИГАЗ» был реализован в 2015 г., когда импортозамещение стало уже полноценным экономическим трендом. ООО «Некст Трейд» к тому времени было участником целевой программы и почти восемь лет вынашивало идею производства антипомпажных клапанов. Долгие годы эту нишу – поставку регулирующих и антипомпажных клапанов для ОАО «Газпром» – прочно занимала голландская компания Mokveld. Набравшиеся достаточного производственного опыта воронежцы решили изменить статус-кво на газовом рынке, приступив к собственному производству аналогичного оборудования. Задача была амбициозная: оптимизация бизнес-процессов внутри сложившегося рынка.

– Импортозамещение не было для нас самоцелью, – поясняет Сергей Давыдов. – Ведь краеугольный камень философии независимости от импорта – сохранение того же качества и КПД. Именно за этот фактор в нашем партнерстве отвечало ООО «Газпром ВНИИГАЗ». С октября 2015 по июль 2016 г. наш антипомпажный клапан прошел все испытания и получил необходимую разрешительную документацию. Специалисты института проверяли наши расчеты по газодинамике. Не все получилось с первого раза, но под руководством экспертов «Газпром ВНИИГАЗ» мы усовершенствовали свою разработку и запустили ее в серийное производство. Более того, наш опыт успешно масштабируется: сегодня в России уже четыре компании, включая нашу, выпускают подобное оборудование в статусе официальных поставщиков «Газпрома». Мы добились сопоставимого качества при выигрыше в сроках и цене и 100%-ной локализации.

В компании «Некст Трейд» уверены: поддержка технологического уровня и рост эффективности производства в соответствии со стандартами ПАО «Газпром» невозможны без научных изысканий и системы контроля, которые обеспечивает деятельность ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

– Не так давно мы завершили очередное испытание в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» – исследование стойкости наплавки Inconel 625 на поверхности запорной арматуры для увеличения коррозионной стойкости, – сообщил Сергей Давыдов. – Такое партнерство всегда означает для нас получение новых компетенций, перспективных направлений в разработке и технический контроль самого высокого уровня. Для индустрии инноваций, какой является газодобывающая отрасль, этот интеллектуальный задел трудно переоценить.

ООО «Некст Трейд»

394038, РФ, г. Воронеж,

ул. Дорожная, д. 17, лит. З

Тел.: +7 (473) 260-50-05

(многоканальный)

E-mail: mail@nt-group.ru

www.nt-group.ru

Перечень документов Системы стандартизации ПАО «Газпром» (СТО Газпром и Р Газпром), утвержденных и зарегистрированных в период с 01.06.2018 по 29.06.2018

Перечень отмененных документов Системы стандартизации ПАО «Газпром» (СТО Газпром и Р Газпром) в период с 01.06.2018 по 29.06.2018

Расходомер вихревой «Ирга-РВ» разработан и выпускается ООО «Глобус» с 2004 г. и внесен в государственные реестры средств измерений Российской Федерации и таких стран ближнего зарубежья, как Беларусь, Казахстан, Туркменистан, Узбекистан и др. Вследствие своей универсальности вихревые расходомеры наиболее востребованы в различных отраслях народного хозяйства.

С момента выпуска и установки первых расходомеров «Ирга-РВ» специалистами ООО «ГЛОБУС» накоплен значительный опыт их эксплуатации в различных, в том числе экстремальных, условиях и средах. Приобретенный опыт учитывается в процессе непрерывной модернизации конструкции расходомеров, подборе комплектующих, покрытий и материалов, а также при совершенствовании программного обеспечения.

В настоящее время к специалистам компании все чаще обращаются представители компаний с заказами по разработке и изготовлению систем (комплексов) на основе «Ирга-РВ» для работы как с агрессивными средами (хлор, серная и соляная кислоты и т. д.), так и с криогенными средами (сжиженные водород, кислород, азот и др.).

Для измерения расхода криогенных жидкостей были специально разработаны пьезодатчики, функционирующие при температуре –240 °C.

Среди наших заказчиков – предприятия, входящие в Госкорпорацию «Роскосмос» (криогенные среды): АО «Конструкторское бюро химавтоматики», г. Воронеж; ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева», Ракетно-космический завод, г. Москва; в Государственную корпорацию по атомной энергии «Росатом» (агрессивные среды): ФГУП «ПО «Маяк», г. Озерск, Челябинская обл.; АО «ГНЦ РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», г. Обнинск, и др. По заказу АО «Научно-исследовательский институт физических измерений», г. Пенза, были изготовлены расходомеры, электроника которых позволяет длительное время выдерживать естественную радиацию в открытом космосе.

В силу конструктивных особенностей расходомер «Ирга-РВ» малочувствителен к присутствию в газе механических примесей и (или) жидкой фазы. Вихреобразующее тело выполнено таким образом, что его рабочие кромки самоочищаются в процессе работы, а загрязнение датчика вихрей не влияет на метрологические характеристики прибора. Применение нашими специалистами инновационного решения – технологии нанесения антиадгезионного покрытия на внутренние стенки расходомера – предотвращает налипание твердой фракции измеряемой среды, в том числе ПНГ, увеличивая точность измерений и межповерочный интервал.

Расходомер «Ирга-РВ» устойчиво работает, не изменяя метро- логических характеристик в широком диапазоне расходов (скоростей) и давлений, выдерживает резкие перепады давления, вплоть до гидроударов. При этом расходомер может устанавливаться с любой ориентацией собственной оси и оси вихреобразующего тела. Направление потока может быть как восходящим, так и нисходящим.

Достоинства вихревых расходомеров «Ирга-РВ»:

– независимость метрологических характеристик от состава газа и загрязнения;

– невосприимчивость к наличию в газе жидкой фазы;

– большой диапазон измерения по давлению и температуре, диаметру трубы;

– стабильность показаний;

– высокая точность измерений;

– устойчивость к пневмо- и гид- роударам;

– загрязнение расходомера и трубопровода не оказывает влияния на качество работы.

ООО «ГЛОБУС»

308023, РФ, г. Белгород,

ул. Садовая, д. 45-а

Тел/факс: (4722) 26-42-50,

26-18-46, 31-33-76

E-mail: sale@irga.ru

www.irga.ru