Протяженность сети трубопроводов транспортировки нефти и газа в России составляет 285 тыс. км, на долю нефтяных приходится 54 тыс. км, газовых — более 170 тыс. км. Магистральные трубопроводы транспортируют 100% газа, 99% нефти и более 50% переработанных соединений. Согласно данным Международного совета по сохранению энергоресурсов, в 2020 году совокупная количественная оценка утечек из трубопроводов в мире составила 36,8 млрд т, увеличивать на 1,2% по сравнению с 2019 годом. На первом месте по объему выбросов остается Китай (29,7% от совокупного объема выбросов в мире), второе место занимают США (17,3%), далее Европейский союз (10,5%). Следом идут Индия (7,5%), Россия (5,6%) и Япония (4,5%).
По данным Министерства энергетики, в 2019 году на предприятиях ТЭК произошло более 17 тыс. аварий, результатом которых стали разливы нефти. Из них 10,5 тыс. случаев на нефтепроводах. Основными причинами называются коррозия (86%) аварий, а также в меньшей степени условия внешней среды и качество перекачиваемого по трубам продукта.
Трубопроводы, включая трубы, компрессоры и насосы, зачастую расположены на территориях, где сложно осуществлять их мониторинг. Любые аварии оборудования несут непоправимый урон окружающей среде и, как следствие, к экономическим расходам. Это объясняет важность и актуальность разработки более современных и технологичных методов контроля состояния нефтегазовых трубопроводов.
Вообще же методы инспекций в основном делятся на наземные и воздушные, и выбор между ними обусловлен спецификой объекта проверки. Большинство проверок осуществляется с помощью наземных групп специалистов и специального оборудования: газоанализаторов, термальных радиометров, лазерных и лидарных сенсоров. Это касается не крупных промышленных объектов, где нет обширных сетей трубопроводов и других коммуникаций. Такие объекты вполне могут обходиться стационарными приборами, чтобы обеспечить нужный уровень безопасности.
В других случаях используются воздушные методы инспекций, и особенно это актуально для предприятий, имеющих транспортировочные газо- и нефтепроводы, объекты располагаются в труднодоступных местах и со сложной климатической обстановкой. Такие объекты требуют систематического контроля, а также мгновенная реакция по предотвращению потенциальной возможности потери газа во время производства, хранения и использования. В таких случаях для проверок используют вездеходы, вертолеты и беспилотники.
Объективно полагать, что беспилотные летательные аппараты заняли бы эту нишу и даже обошли бы любой другой метод за счет неоспоримых своих преимуществ. Так, специалисты компании “Газпром” пришли к выводу, что использование вертолетов обходится даже крупнейшим компаниям слишком дорого, а внедорожный транспорт не может проходить отдельные наиболее сложные участки или подъезжать к месту потенциальной утечки слишком близко. Беспилотники способны не только визуально контролировать объекты, но и переносить на себе технические средства, такие как мультиспектральные измерители видимого диапазона, термальные радиометры, включающие диапазон ближней ИК-области, гиперспектрометры, лидары, радары, лазерные флуоресцентные сенсоры, а также акустические датчики. Затраты на использование БПЛА с соответствующим оборудованием по меньшей мере в 10 раз дешевле, чем применение вертолета.
Принцип работы
Принцип действия беспилотной системы основан на дистанционном мониторинге трасс магистральных газопроводов, причем как горизонтальных установок, так и вертикальных, при помощи специальных приборов для мониторинга утечек газа. Чаще всего используются газоанализаторы и лазерные сканеры, которые определяют расстояние от прибора до топографического объекта и обратно.
Работа лазерного газоанализатора основывается на способности метана поглощать инфракрасное излучение определенной длины волны. Когда луч засекает метан, прибор анализирует выбрасываемую мощность, выводя на экран параметры концентрации газа. Автоматически также фиксируются координаты нахождения, время, направление ветра в момент обнаружения, расстояние до земли, уровень выброса газов, а также другие данные, позволяющие оценить обстановку и спланировать действия наземных групп реагирования.
БПЛА снижают стоимость обследования
ПАО “Газпром” использует беспилотные летательные аппараты с 2017 года. На учете компании стоят 120 вертолетов и почти 60 дронов DJI и до 10 единиц самолетного типа БПЛА Supercam. По оценкам специалистов компании, полетный час Ми-8 с лазерным детектором стоит около 120 тыс. рублей, полетный час на DJI Matrice 600 — 12,5 тыс. рублей, DJI Matrice 300 RTK — 13,5 тыс. рублей. В 2019 году шесть дочерних компаний “Газпрома” провели успешные испытания лазерного детектора утечек метана U10 на базе Matrice 300 RTK, сегодня эту технологию используют девять “дочек”. Промышленная эксплуатация осуществляется в России, Казахстане, Сербии, Турции, Германии и Болгарии.
DJI U10 является готовым решением для платформ серии Matrice 200, 300 и 600, сочетая в себе наземные и воздушные инспекции объектов. Датчик способен улавливать утечку на расстоянии более 100 метров даже при минимальной концентрации 5 ppm-м (“число частей на миллион”; плотность метана в зондируемом слое газа). Газоанализатор работает на основе метода TDLAS и обладает быстрой возможностью измерения концентрации газа. Расчет показателей происходит с применением спектроскопии с перестраиваемым диодным лазером. Таким образом измерение происходит без непосредственного контакта — только путем облучения воздушной среды и излучением перестраиваемого лазерного диода.
Использование платформы M300 RTK расширяет функционал до одновременной интеграции лазерного газоанализатора, а также визуальной камеры, сканера или тепловизионного датчика. Комплекс имеет среднее время развертывания 5 минут, работает в диапазоне температур от -20°С до +50°С и обрабатывает площадные объекты до 100 квадратных метров за 8-12 минут. Ключевая особенность системы в передаче данных о найденных утечках и другая информация на пульт управления пилота в режиме реального времени. Расстояние передачи — до 15 километров.
Возможности БПЛА
Промышленные платформы DJI максимально приспособлены для решения задач в комплексе и могут применяться не только для выявления утечек газа, но и визуального и тепловизионного мониторинга объектов газоснабжения и нефтепереработки.
Сюда входят инспекции состояния целостности трубопроводов и выявление нелегальных врезок, оценка технического состояния объектов топливно-энергетического комплекса (коррозии, ржавчина, дефекты), топографическая съемка для проектирования работ и составления актуальных карт трубопроводов, мониторинг строительных работ, экологический мониторинг прилегающих территорий, состояния почв и рельефа.
Наиболее надежными решениями является использования комплекса полезной нагрузки и БПЛА: камеры и лазерного газоанализатора (или лазерного сканера LiDAR). В этом случае предприятие значительно экономит ресурсы и получает возможность оперативно решать сразу несколько задач от визуальной съемки до выявления дефектов, утечек и нарушений при эксплуатации. Это в свою очередь позволяет наземным группам оперативно реагировать на вызовы и предпринимать меры для их устранения.
Автор: Кристина Волкова
