Инновации в трубопроводных устройствах газовой отрасли
И. Н. КАРЕЛИН – д.т.н., профессор РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, советник по инновациям ООО «Передовые Газовые Технологии», Москва
Наличие агрессивных механических примесей в потоках рабочих и технологических сред газонефтяных трубопроводов является наиболее вероятной причиной отказов элементов этих трубопроводов. К таковым относятся задвижки, краны, клапаны, регуляторы и даже простейшие поворотные участки трубопроводов. Последствия таких отказов крайне неблагоприятны как для нормального функционирования оборудования производственных объектов, так и для окружающей среды, включая людей. Поэтому в течение многих лет специалистами компании проводились прикладные исследования в поисках новых путей повышения надежности таких устройств. Результаты исследований, реализованные в виде уникальных изобретений, рекомендуются к освоению в производстве газонефтяного оборудования и широкому использованию в эксплуатации.
Непредсказуемость, а потому в ряде случаев неизбежность содержания в потоках рабочих сред трубопроводных устройств газовой отрасли ненормированных концентраций механических и коррозионно-активных примесей является исключительно негативным фактором эксплуатации нефтегазового оборудования. В продукции нефтегазовых скважин помимо естественных загрязнений (частицы продуктивного коллектора) отмечается наличие целого ряда механических примесей иного происхождения (результат коррозии и эрозии материалов оборудования, содержимое различного рода фильтров, сварочный шлам и т. п.). Эксплуатация нефтегазового оборудования в таких условиях сопряжена с повышенной вероятностью возникновения отказов по причине абразивной эрозии, приводящей к разгерметизации оборудования относительно атмосферы. Последствия общеизвестны: от нарушения нормального режима функционирования оборудования до прецедентов различной степени тяжести для работающего персонала и окружающий среды.
В результате проводимых на протяжении многих лет исследований надежности запорных и регулирующих устройств в загрязненных механическими примесями рабочих средах трубопроводных обвязок ряда видов нефтегазового оборудования (бурения и эксплуатации газовых и нефтяных скважин, газотранспортных (КС) или нефтеперекачивающих станций, хранения и переработки углеводородов и т. д.) разработан новый методологический принцип защиты трубопроводных элементов и устройств от размыва потоком – принцип разделения функций в конструкции изделия [1]. Техническая сущность данного принципа состоит в конструктивном воздействии на гидрогазодинамическую ситуацию вблизи быстроизнашиваемых деталей запорных узлов и оптимальном и безопасном использовании высокостойких защитных керамических элементов [2].
Такой материал имеет существенные преимущества перед другими в плане эрозионной и коррозионной стойкости. Безусловно, при наличии ограничений. Причем керамика применяется не в качестве покрытия, а в качестве монолитных вставок, целесообразность которых научно обоснована [3] и практически доказана [4].
Исследование прочности с учетом известной нестабильности прочностных свойств конструкционных керамических материалов и выбор характера сопряжения кольцевых керамических элементов со стальными деталями [5] явились убедительным аргументом в пользу разработки модернизированных, т. е. защищенных патентами РФ на изобретения (более 30-ти), конструкций распространенных газонефтяных трубопроводных устройств. Отличительной особенностью проводимых прикладных исследований надежности НГТУ является определенная универсальность методологического принципа разделения функций, что делает возможным распространять результаты и на подобные изделия других отраслей промышленности, где существуют аналогичные проблемы.
Разработанные технические решения в России долгое время машзаводами разного профиля осваивались до этапа завершения эксплуатационных испытаний опытных образцов заводского производства. И, несмотря на заметно положительные результаты испытаний и утвержденный ПАО «Газпром» и одним из ведущих отечественных заводов нефтегазового оборудования экономический эффект от реализации изобретений, превышающий 10 млн. $ в год, последующему освоению серийного производства постоянно мешали многочисленные факторы коммерческого и/или бюрократического характера.
Наукоемкость данных изобретений подтверждается наличием более 130 публикаций в отечественных и зарубежных научно-технических изданиях, включая монографию, изданную германским издательством, участием и многочисленными приглашениями к участию в международных научных мероприятиях и периодических изданиях, а также пожеланиями зарубежных молодых специалистов стажироваться по данной тематике.
ООО «Передовые Газовые Технологии» (далее ООО «ПГТ»), будучи формально дистрибьютором завода-изготовителя трубопроводной арматуры, основной своей задачей помимо финансовой перспективы, столь необходимой для совершенствования и развития профильного производства, ставит создание высококачественного импортозамещающего трубопроводного оборудования. В настоящее время таким производственным предприятием ввиду активной позиции и возможностей в отношении инновационных технических решений ООО «ПГТ» представляется ООО «Завод энергетического машиностроения (далее «ЗЭМ» г. Минск, республика Беларусь), преимущественно специализирующийся на проектировании и производстве шаровых кранов различных типоразмеров и модификаций (DN до 800 мм, PN до 25 МПа). При этом изделия завода отслеживаются на всех этапах его жизненного цикла, что гарантирует высокое качество, в том числе и в соответствии с требованиями стандарта ИСО 9001.
В наиболее массовом секторе трубопроводной арматуры отечественного и импортного производства, каковым являются шаровые краны, ООО «ПГТ» совместно с ООО «ЗЭМ» занимают выгодное положение вследствие реализации собственных изобретений в нише энергоэффективных и высоконадежных конструкций целого ряда трубопроводных устройств. В частности, на текущий момент шаровые краны DN 6-200, PN до 25 с запатентованной конструкцией запорного узла, кратно повышающей его надежность при эксплуатации в сильно загрязненных рабочих и технологических средах, разрешены к применению на объектах ОАО «Газпром» и включены в реестр оборудования, технические условия которого соответствуют техническим требованиям ПАО «Газпром».
Простота и оригинальность конструкции позволяет использовать ее даже на этапе ремонта ряда существующих конструкций шаровых кранов. Указанное решение ПАО «Газпром» принято на основании успешных приемочных испытаний кранов на испытательном полигоне Саратоворгдиагностика и согласования ПАО «Газпром» технических условий на них ТУ ВУ 191440971.003-2013.
В 2013 году завод экспонировал свою продукцию на международной выставке PCVExpo в Крокус центре в Москве, включая модернизированный шаровой кран DN 50 мм PN 8,0 МПа (рис. 1) с использованием патента автора настоящей статьи RU 2516758.
Рис. 1. Фрагмент выставочного стенда с модернизированными изделиями
В настоящее время в перспективный номенклатурный перечень продукции завода помимо указанных шаровых кранов включены и другие трубопроводные устройства повышенного качества:
- задвижки шиберные фонтанные DN 50–150 мм PN 10-70 МПа (RU 2445538, 2463505, 2516758) (рис. 2);
- задвижки клиновые односкосные с жестким клином DN 40-100 мм PN 6,4-10 МПа (RU 2059907) (рис. 3);
Рис. 2. Схема износостойкого запорного узла фонтанной шиберной задвижки / Рис. 3. Схема модернизированного запорного узла клиновой задвижки
- отводы крутоизогнутые DN 100 мм PN 6,3 МПа (RU 2118737, 2365456) (рис. 4);
- регулирующее устройство DN 100 мм PN 10МПа (RU 2382924) (рис. 5).
Рис. 4. Схема износостойкого поворотного участка трубопровода / Рис. 5. Схема проточной части принципиально нового регулирующего устройства
Таким образом, целесообразность расширения сферы применения продукции ООО «ЗЭМ» на трубопроводные обвязки оборудования других отраслей промышленности сомнений не вызывает на фоне продолжающейся инновационной деятельности ООО «ПГТ».
В заключение следует отметить:
- Наличие инновационных газонефтяных трубопроводных устройств способствует повышению эффективности процесса импортозамещения в стране.
- Ввиду труднопредсказуемости загрязненности газонефтяных трубопроводов представляется экономически оправданным комплектование ВСЕХ трубопроводных обвязок оборудования элементами повышенной надежности, как на этапе проектирования газонефтяных производственных объектов, так и на этапе реконструкции действующих.
ЛИТЕРАТУРА:
- Karelin I. N. Function division in wear-resistant pipeline elements. – Chemical and Petroleum Engineering, Vol. 43, Nos. 5–6, 2007, pp. 280–286
- Карелин И. Н. Модернизация запорно-регулирующей трубопроводной арматуры (ЗРТА) для абразивсодержащих рабочих сред. – Химическая техника, 2002, №3, с. 15–17
- Karelin I. N. Development of a Method for silicting Technical Ceramics for Protection against Abrasive Erosion. – Journal of Friction and Wear, 2010, Vol. 31, No. 3, pp. 214–227.
- Карелин И. Н. Техническая керамика в нефтегазовых трубопроводных устройствах. Опыт применения в России. – Palmarium Academic Publishing, Saarbrucken, Germany. 2012 – с. 284.
- Карелин И. Н. Выбор сопряжений в сталь-керамических деталях запорной арматуры. – Газовая промышленность, 2001, №4, с. 17–20.
-
119991, Москва,Ленинский пр., д. 65, корп. 1
- ☎ +7 (499) 507-88-88
- com@gubkin.ru
- gubkin.ru
