Оснащение магистральных газопроводов станциями катодной защиты нового поколения

Расчет экономического эффекта от использования станции катодной защиты (СКЗ) типа "Минерва-3000", успешно прошедшей пятилетние трассовые испытания в условиях Тюменьтрансгаза, подтвердил ее высокую конкурентоспособность. Областями эффективного применения разработанной станции могут быть также нефтепроводы, резервуарные парки, компрессорные станции, городские системы водоснабжения и другие подземные металлические коммуникации.

Одной из основных задач в области научно-технической политики, сформулированной Правлением ОАО "Газпром", является обеспечение высокой надежности поставок газа [1]. Решение ее во многом зависит от надежной работы магистральных газопроводов, рассчитанных на многолетний срок эксплуатации, что определяется в основном степенью защищенности от подземной коррозии.

Установки катодной защиты (УКЗ) от подземной коррозии стали неотъемлемой частью всех действующих в мире газопроводов, в которых основным конструктивным элементом, отличающимся невысокой эксплуатационной надежностью, является станция катодной защиты (преобразователь) [2,3].

Более 70 % территории РФ представляет собой так называемую холодную зону, где температура зимой достигает -20оС и ниже. Территориально большая часть газопроводов приходится именно на эти районы. Известно, что в сравнении с умеренной зоной климата станции катодной защиты в 2,5 раза чаще выходят из строя в холодной зоне, т. е. в этих условиях чрезвычайно важную роль играет фактор высокой эксплуатационной надежности СКЗ [3]. Это связано с тем, что ремонт их в условиях Севера подчас невозможен в течение длительного времени (труднодоступность, отдаленность, сильные морозы).

В настоящее время на магистральных газопроводах ОАО "Газпром" установлено более 18 тыс. СКЗ двадцати четырех различных типов. Около 76 % СКЗ эксплуатируется в холодной зоне, половина из которых (около 7 тыс.) - в условиях Крайнего Севера (Надым, Ямбург, Тюмень, Ухта и т. д.). По объему применения первое место (23,4%) занимает снятая уже с производства СКЗ типа ПАСК, на втором месте - СКЗ типа ОПС (~19 %), на третьем месте - СКЗ типа ПСК (~18 % ) и на четвертом - неавтоматическая, морально устаревшая, также снятая с производства, СКЗ типа КСС (~14 %). Все эти СКЗ не соответствуют требованиям ГОСТ Р 51164-98. Необходимо также отметить, что только 50 % СКЗ характеризуются выходной мощностью 3 кВт и более. Использование СКЗ малой мощности (1,2 кВт) вызывает необходимость увеличения их количества и, соответственно, капитальных затрат и т. д. Можно утверждать, что парк СКЗ на газопроводах ОАО "Газпром" на 70 % нуждается в скорейшем обновлении, поскольку коррозионная защищенность газопроводов определяется в основном обоснованным выбором высоконадежной УКЗ, технические параметры которой наиболее полно отвечают условиям их эксплуатации.

Российский рынок преобразователей на сегодняшний день широко представлен изделиями производителей России и ближнего зарубежья. К наиболее современным типам преобразователей можно отнести такие, как Е1-КОН-3000, ОПС-А, В-ОПЕ-1, В-ОПЕ-80-50-У1, ПТА, УКЗТ-100ПЕ, 04АП-6/10, ДПКЗ-М, "Минерва-3000", Парсек ИПЕ-1,2, А3205. Проведен анализ параметров данных типов преобразователей по 30 показателям, которые были, в свою очередь, разбиты на пять групп по:

• техническим характеристикам;
• эксплуатационным характеристикам;
• климатическому исполнению;
• элементной базе;
• защите схем от перенапряжения.

Из анализа видно, что ведущее место на рынке СКЗ по техническим параметрам и уровню эксплуатационной надежности занимает СКЗ типа "Минерва-3000". Данная станция разработана французской фирмой Simplex совместно с ВНИИгазом и Gaz de France по техническим требованиям ОАО "Газпром". Станция "Минерва-3000", в отличие от подавляющего большинства других, прошла сертификацию и полностью отвечает требованиям Госстандарта России, т.е. получила законное право на ее эксплуатацию. Две станции уже более пяти лет безотказно работают в условиях Краснотурьин-ского ЛПУ (Тюментрансгаз).

Результаты испытаний подтверждают уникальную эксплуатационную надежность СКЗ типа "Минерва-3000". Наработка на отказ составляет 30 000 ч (полное соответствие требованиям ГОСТ Р 51164-98) и почти в 8 раз выше, чем у ближайшего аналога. Высокая эксплуатационная надежность рассматриваемой СКЗ нового поколения, в частности, достигнута применением высоконадежных элементов, таких как трансформатор и дроссель производства ВПК России, а также диодно-тиристорный мост 12-го класса производства Франции. Эти три элемента, как показывает многолетняя практика эксплуатации СКЗ, являются наиболее ненадежными [3].

Вторым определяющим фактором высокой эксплуатационной надежности СКЗ типа "Минерва-3000" является то, что схемное решение обеспечивает плавный выход на режим при включении или при повторном включении питающей сети после короткого замыкания в цепи нагрузки (нахлест воздушных линий анодной цепи и от точки дренажа), обрыва цепей от электрода сравнения.

Важной конструктивной особенностью СКЗ является наличие системы автоматического обогрева рабочего шкафа, что крайне необходимо для северных регионов. Из эксплуатируемых в настоящее время марок преобразователей только преобразователь типа ТДЕ (уже не изготовляемый), который разрабатывался и проходил испытания с участием ВНИИгаза, поставлялся в северном исполнении.

Фактор стоимости проведения регламентных и, особенно, ремонтных работ в случае отказа СКЗ является определяющим в подтверждении конкурентоспособности той или иной станции для российских условий эксплуатации. Известно, что проведение ремонтных работ как в зимнее, так и в летнее время при вынужденном использовании вертолета или автотранспорта на обслуживаемых участка в 90-120 км приводит к значительным внеплановым затратам.

Монолитное (неблочное) исполнение станций, за исключением СКЗ типа "Минерва-3000", вынуждает эксплуатационников демонтировать их полностью или частично, и транспортировать для ремонта и стендовой "обкатки" в лаборатории (если таковая имеется). Это занимает обычно не менее двух-трех суток, в то время как, согласно ГОСТ Р 51164-98, отказ электрохимической защиты должен быть устранен в течение не более 24 ч. В противном случае происходит деполяризация трубопровода, что приводит к усилению коррозионных процессов [4]. Ремонтопригодность разработанной станции, с учетом ее блочного исполнения, чрезвычайно высока и позволяет в течение 30 мин провести замену любого блока и запустить станцию в работу.

Изменившаяся экономическая ситуация в стране после августовских событий 1998 г., связанная с резким падением курса рубля, привела к незапланированному удорожанию СКЗ типа "Минерва-3000". Это связано с тем, что большая часть (66 %) комплектующих станции в настоящее время поставляется из Франции. В этой ситуации возникает вопрос о конкурентоспособности и экономической эффективности применения СКЗ типа "Минерва-3000" в сравнении с аналогичными (по мощности) изделиями российского производства, цена которых в 2,0-2,5 раза ниже.

Примем в качестве базовой модели сравнения наиболее распространенную в настоящее время и равную по мощности автоматическую СКЗ типа ОПС-А. Расчет ожидаемого годового экономического эффекта от внедрения катодной станции повышенной надежности ведется в соответствии с "Методическими указаниями по определению экономической эффективности использования в газовой промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений" (М.: ВНИИЭгазпром, 1980).

Экономический эффект от использования высоконадежной станции "Минерва-3000" обусловлен снижением стоимости эксплуатации и материального ущерба от коррозии труб в случае отказа станции. Кроме того, СКЗ типа "Минерва-3000" имеет более высокий КПД, что приводит к значительной экономии электроэнергии.

1. Экономия затрат на обслуживание.

СКЗ типа "Минерва" позволяет значительно экономить средства в связи с меньшим количеством выездов бригады монтеров для проведения ремонта в случаях отказов. Для объезда катодных станций используется передвижная лаборатория электрохимической защиты на базе автомобиля ЗИЛ-131.

СКЗ "Минерва-3000" имеет период безотказной работы 30 000 ч (при вероятности 0,9), а другие станциии - только 4000 ч (при такой же вероятности).

Таким образом, математическое ожидание отказа СКЗ в течение года эксплуатации для станции "Минерва-3000" составит 0,292, а для других станций-2,19.

Годовая экономия от снижения транспортных расходов составит 645,83 руб. В случае использования вертолетной техники эта цифра будет значительно выше.

2. Экономия эксплуатационных затрат.

СКЗ типа "Минерва-3000" позволяет экономить потребление электрической энергии за счет более высокого КПД (89 %) по сравнению с СКЗ типа ОПС-А (70 %). Годовая экономия составит 2224,86 руб.

3. Экономия от снижения материального ущерба в результате уменьшения количества отказов.

Ущерб от коррозионного разрушения труб при отказах СКЗ зависит от ряда показателей: коррозионной активности грунтов, прочностных свойств металла, состояния защитного покрытия и т.д. Осмотр автоматических СКЗ производится по существующим правилам (ГОСТ Р 51164-98) один раз в две недели. При равновероятном моменте отказа средняя продолжительность простоя неработающей станции составляет 7 сут, или 168 ч.

Математическое ожидание отказа СКЗ типа "Минерва-3000" в год меньше, чем у других станций на 1,898. Это означает, что в среднем в год участки трубопроводов, защищаемые станцией "Минерва-3000", будут находиться без катодной защиты на 300 ч меньше, чем участки, защищаемые другими станциями. По оценке специалистов ВНИИгаза [4], для участков трубопроводов, пролегающих в грунтах, характеризующихся коррозионной активностью порядка 0,2 мм/год, величина ущерба на участке защиты СКЗ при ее отказе и простое в течение 300 ч составляет не менее 6200 руб.

Таким образом, применение СКЗ типа "Минерва-ЗООО" приведет к снижению годовых расходов на эксплуатацию и энергопотребление, а также убытков от коррозии труб на 9070 руб. Ог = 2224,86 + 645,83 + 6200 = 9070 руб.).

Размер ожидаемого экономического эффекта будет значительно выше в случае использования предлагаемой СКЗ вместо широко применяемых в настоящее время в ОАО "Газпром" неавтоматических СКЗ типа КСС-1,2 кВт (2546 шт.) и СКЗ типа ПСК (3249 шт.).

При расчете отпускной цены на станцию "Минерва-3000" принимается, что станция эксплуатируется не менее 10 лет (в действительности 15-20 лет). Для обеспечения конкурентоспособности допускается, что стоимость станции "Минерва-3000" вместе с затратами на эксплуатацию и с учетом экономического эффекта от снижения коррозии должна быть на 5-10% ниже, чем у других станций.

Использование одной СКЗ типа "Минерва-3000" на многониточном газопроводе позволяет отказаться от монтажа сразу трех станций малой мощности (1,2 кВт), а с учетом ценовых показателей и эксплуатационных затрат ставит ее вне конкуренции в северных условиях.

Список литературы

1. Основные направления научно-технической политики РАО "Газпром" В.В. Ремизов, А.Д. Седых, Э.Л. Вольский, Б.Б.Куликов, П.М. Ломако Газовая промышленность.1998. № 5.
2. Повышение эффективности электрохимической защиты магистральных газопроводов от коррозии Н.А. Петров, В.Д. Сулимин, Ю.Н. Щелкунова Обзор. информ., сер. Транспорт и хранение газа. М.: ВНИИЭгазпром, 1980. - Вып. 9.
3. Сопоставимость результатов анализа статистических данных о работе установок катодной защиты по критерию Вилькоксона З.С. Трегубова Реф. сб. Коррозия и защита трубопроводов, скважин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования. М.: ВНИИЭгазпром, 1978. - Вып. 5.
4. Зависимость материального ущерба от простоев станции катодной защиты Н.А. Петров, З.С. Трегубова, В.А. Сурова Экспресс-ин-форм., сер. Экономика, организация труда и управление производством в газовой промышленности. М.: ВНИИЭгазпром, 1979. - Вып. 14..