Анализ методов обеспечения производственной безопасности газотранспортной системы

Основные цели ООО «Газпром Добыча Уренгой» в области производственной безопасности включают создание безопасных условий труда, сохранение жизни и здоровья работников, снижение рисков аварий и инцидентов на опасных производственных объектах, а также уменьшение рисков дорожно-транспортных происшествий и обеспечение пожарной безопасности. Эти цели достигаются путем управления рисками, повышения компетентности персонала и вовлечения работников в систему управления производственной безопасностью. Отраслевая система управления безопасностью включает анализ и прогноз технического состояния объектов, их ресурса, безопасности и эффективности работы газотранспортной системы. На основе анализа устанавливаются приоритеты при планировании работ по диагностике, ремонту и реконструкции газотранспортной системы. Для повышения уровня промышленной безопасности газотранспортной системы реализуются долгосрочные и целевые научно-технические, производственные программы и мероприятия по объектам и сооружениям газотранспортной системы с использованием инновационных технологий, в том числе современные методы обеспечения безопасности.

Цель работы: анализ существующих инновационных методов, предлагаемых для оптимизации процесса развития газотранспортной системы в условиях минимизации воздействия на окружающую среду.

Обратимся к существующим работам, посвященных оптимизации транспортировки природного газа. В первую очередь нас интересуют публикации и отчеты, касающиеся различных методов моделирования в газотранспортных системах. Такой подход позволяет выявить пробелы в существующих исследованиях и определить актуальные проблемы.

Первая группа посвящена вопросам автоматизации транспортировки газа. Так, к примеру, Ж. А. Даев и Н. З. Султанов (2020) исследуют использование методов искусственного интеллекта для контроля качества транспортировочного процесса, что является важным аспектом для повышения эффективности, нивелирования рисков [2, с. 31-35]. В их работах рассматриваются математические модели и методы оптимизации транспортировки газа, в частности, расчёт режима работы газотранспортных систем (ГТС) и разработке методов управления ими для минимизации потерь и снижения затрат. Их исследования включают создание алгоритмов для определения оптимального режима работы магистральных газопроводов, учитывающего различные условия эксплуатации.

Основные направления исследований Ж. А. Даева и Н. З. Султанова:

• моделирование газотранспортных систем (Разработаны математические модели, описывающие движение газа в трубопроводах. Эти модели учитывают гидравлические процессы, изменения температуры и другие факторы).
• оптимизация режимов работы (на основе созданных моделей определяются оптимальные режимы работы ГТС для достижения целей, таких как минимизация потерь давления и энергии. Это позволяет повысить эффективность транспортировки газа).
• алгоритмы управления (предложены алгоритмы для управления работой компрессорных станций и других элементов ГТС, что позволяет поддерживать оптимальный режим в реальном времени).

А. В. Филипенков, А. А. Алексаночкин, А. Х. Герцог (2019) описывают подходы к улучшению качества управления автоматизированными системами поддержки принятия диспетчерских решений в трубопроводных системах, что содействует оперативному реагированию на возможные аварийные ситуации [8, с. 20-23]. Особое внимание уделяется моделированию потоков газа, оптимизации работы компрессорных станций и разработке комплексных систем управления, нацеленных на снижение потерь и обеспечение бесперебойной поставки газа потребителям.

Изучение данных научных публикаций позволило выделить наиболее оптимальные, по мнению авторов, основные инновационные технологии в области производственной безопасности. Остановимся на цифровых моделях газотранспортной системы, позволяющие проводить виртуальные эксперименты для прогнозирования поведения системы в различных условиях, что способствует повышению уровня оперативного реагирования на изменения в режимах реальной работы и предотвращения аварийных ситуаций за минимальный срок. Применение цифровой системы управления газопроводом активно используется в газовой промышленности. Речь идет о проактивном методе управления, способствующем быстрому определению наилучшего прогноза состояния газотранспортной системы, чтобы затем выработать конкретные команды для управления технологическими объектами с наименьшими временными затратами. Такие системы уже внедрены и их продолжают усовершенствовать. Процесс управления с использованием проактивной модели состоит из следующих операций:

• осуществление работы с учетом плана газораспределения и транспортировки, реального состояния системы, технологических и контрактных ограничений, плановых мероприятий по техническому облуживанию и, в случае необходимости, срочному ремонту оборудования;
• диспетчерский контроль всех параметров производственного процесса, выявление отклонений от принятых показателей;
• осуществление мероприятий для корректировки действий по поддержанию плановых работ.

Здесь используется математическая модель, которая способна прогнозировать поведение системы на конкретном временном промежутке. Данный процесс периодически повторяется, изменяются лишь горизонты времени. При использовании описанного метода ресурсы газотранспортной системы употребляются, в том числе и на повышение её устойчивости и эффективности. Способствует этому анализ поведения ГТС за определенный временной период и принятие решений, обеспечивающих интегральную эффективность. Прогнозирование при этом ограничивается несколькими сутками [1, с. 16-22].

Однако важно понимать, что данная модель управления требует высокой точности прогнозов, что достигается при использовании математической модели газотранспортной системы и учет параметров на входе и выходе, т. е. на границах.

Вторая группа охватывает проблематику безопасности. Например, Н. Е. Яловец, А. Ю. Цурпал, Н. И. Сахоненко (2019) анализируют пожарную опасность транспортировки газа магистральным трубопроводом, акцентируя внимание на оценке рисков и необходимости принятия мер для предотвращения аварий [7]. Исследователи выделяют следующие причины пожароопасных ситуаций:

• выход газа в результате повреждений системы;
• заводские дефекты;
• износ отдельных участков труб;
• технологические нарушения;

Для предотвращения пожароопасных ситуаций авторы предлагают использовать не только стандартные методы, но и инновационные способы.

Таблица

Пути предотвращения пожароопасных ситуаций при транспортировке газа

Экологические аспекты оптимизации рассматриваются в работе Н. Б. Пыстиной, Ю. В. Ухиной и Л. В. Шарихиной (2019), которые проводят оценку углеродного «следа» различных маршрутов и способов транспортировки природного газа, что является важным в русле проблематики изменения климата, а также необходимости снижения выбросов парниковых газов [5, с. 33]. В условиях развития договоренностей Парижского соглашения по климату и адаптации различных стран и глобальных энергетических компаний к тренду низкоуглеродного развития экономики углеродный след природного газа может повлиять как на риски, так и на дополнительные возможности для технологического развития ПАО «Газпром». Внедрение механизмов регулирования выбросов парниковых газов на основе ограничивающих норм и стандартов, влияние технологических улучшений и инноваций на конкурентоспособность компаний, изменение спроса и предложения на энергоресурсы могут привести к дополнительным расходам компании. Развитие мировой экономики предусматривает расширение использования энергоносителей с низким углеродным следом, к которым относится природный газ. Это определяет новые возможности для использования природного газа ПАО «Газпром», в том числе можно ожидать:

• сохранение лидерства природного газа в межтопливной конкуренции (нефть, уголь, газ) на энергетических рынках в странах Европы и мировых рынках в целом как в краткосрочном периоде до 2035 г., так и на перспективу до 2050 г.;
• сохранение приоритетной позиции по объему поставок природного газа в страны Европы, в том числе за счет конкурентных преимуществ российского природного газа по углеродному следу по всей технологической цепочке, за счет своевременной диверсификации поставок при обеспечении промышленной и экологической безопасности;
• выход на новые рынки сбыта и поставка природного газа по магистральным трубопроводам и (или) танкерами СПГ в страны, которые принимают решение об отказе от использования угля в ТЭК (например, Индия, Китай);
• производство и использование чистого водорода, получаемого без выбросов СО2 из российского природного газа, поставляемого традиционным путем его доставки по существующей ГТС к местам его будущего производства и потребления в странах Европы.

Для оценки углеродного следа продукции разработаны различные международные модели определения выбросов парниковых газов в цепочке жизненного цикла природного газа. Выполнен анализ применимости моделей к российским условиям и к нефтегазовой отрасли. Выявлены ограничения моделей, которые не позволяют использовать их для оценки углеродного следа поставок природного газа ПАО «Газпром» по всей технологической цепочке. Специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» разработана модель для оценки углеродного следа жизненного цикла природного газа – от скважины до потребителя, которая может быть основой для разработки программно-вычислительного комплекса по выбросам парниковых газов и углеродному следу различных вариантов поставок природного газа ПАО «Газпром».

В настоящее время уточненная модель используется для оценки углеродного следа природного газа ПАО «Газпром», экспортируемого по различным маршрутам: украинский коридор (Уренгой – Ужгород, Елец – Кременчуг – Кривой Рог), белорусский коридор («Ямал – Европа»), «Северный поток», «Северный поток-2».

Итак, упомянутые выше исследования охватывают большое количество вопросов, которые касаются транспортировки природного газа (начиная от автоматизации и безопасности до экономической и экологической оценки различных способов доставки). Авторы исследуют современные технические решения, и проводят углубленные экономические и экологические анализы.