Ответы отраслевой науки на внешние вызовы современного мира

Павел РЕВЕЛЬ-МУРОЗ
Вице-президент ПАО «Транснефть»
Е-mail: press@ak.transneft.ru

Олег АРАЛОВ
Директор центра автоматики,
энергетики и сертификации оборудования трубопроводного транспорта
ООО «НИИ Транснефть»
Е-mail: press@ak.transneft.ru

Иван БУЯНОВ
Заместитель директора центра автоматики, энергетики и сертификации оборудования трубопроводного транспорта ООО «НИИ Транснефть»
Е-mail: press@ak.transneft.ru

Введение

Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов является важной составляющей топливно-­энергетического комплекса РФ.
Трубопроводный транспорт России имеет более чем вековую историю. У истоков создания трубопроводного транспорта был Д. И. Менделеев, считавший, что только строительство трубопроводов обеспечит надежную основу развития нефтяной промышленности и выведет российскую нефть на мировой рынок. Неоценимый вклад в развитие нефтепроводного транспорта России внесли: В. Г. Шухов, С. Г. Вой­слав, К. И. Лисенко, Л. С. Лейбензон,
М. И. Лазарев, И. П. Илимов и многие другие русские ученые, инженеры и изобретатели [1–3].
Появление трубопроводного транспорта связано с промышленным освоением нефтяных месторождений. В 60‑е гг. XIX столетия Бакинский район захлестывает нефтяной бум. Постоянные пожары, загрязнение жилых кварталов копотью и сажей заставили местные власти сосредоточить переработку добываемой нефти на удалении от города в так называемом «черном городе». Доставка нефти от промыслов к заводам в «черном городе» осуществлялась в бочках и бурдюках на арбах [1, 2].
В 1877 г. открылось отделение строительной конторы инженера, предприимчивого организатора технического производства, А. В. Бари, а главным инженером конторы становится В. Г. Шухов. Со своими многочисленными идеями по применению новых технических средств и технологий А. В. Бари и В. Г. Шухов знакомят главу компании «Братья Нобель» Л. Нобеля, действовавшего на нефтяном рынке очень активно [1–3].
В. Г. Шухов активно приступает к организационным работам по подготовке к прокладке трубопровода. Строительство трубопровода сопровождалось постоянным противодействием его противников – владельцев бондарных предприятий, контор по перевозке и самих возчиков.
Трудности не сломили В. Г. Шухова, трубопровод был построен, и 1878 г. вошел в историю как год строительства первого промыслового нефтепровода в России, а сам трубопровод явился родоначальником гигантской сети магистральных трубопроводов, эксплуатирующийся в настоящее время [3].
В 1881 г. В. Г. Шухов публикует свою работу «Трубопроводы и применение их в нефтяной промышленности», которая на многие десятилетия стала основным руководством по проектированию трубопроводов.
К 1883 г. общая длина нефтепроводов в Бакинском районе составила 96 км с общей пропускной способностью свыше 200 тыс. пудов в сутки. Трубопроводы практически вытеснили все другие виды перевозок [1, 2].
Одновременно со строительством промысловых трубопроводов обсуждается вопрос о дальнем транспорте и нефтепродуктов по трубопроводам, поскольку с увеличением нефтедобычи все чаще и чаще возникали проблемы с отправкой керосина в другие районы России. Идея трубопровода постоянно обсуждалась среди прогрессивных ученых и политиков.
После вой­ны интенсивный рост объемов нефтедобычи в районе между Волгой и Уралом и в новых районах требовал более быстрого развития транспортных коммуникаций. Уже в четвертой пятилетке были построены первые нефтепроводы. Одним из них стал магистральный нефтепровод «Туймазы – Уфа» [1].
К 1990 г. изменившаяся политическая жизнь и экономические перемены привели к остановке строительства новых магистралей. В конце 1991 г. с политической карты мира исчезает СССР. Пятнадцать новых государств разделили между собой общее имущество, в том числе и нефтепроводы. Единая нефтепроводная система осталась только в России [1].
Происходит полная реорганизация нефтяной промышленности, и 1992 г. считается началом эпохи трубопроводного транспорта новой России.

Методы и результаты

Для осуществления непрерывной перекачки практически всей добываемой в нашей стране нефти, а также более 30% нефтепродуктов, как для внутренних нужд, так и для экспорта, спроектирована система нефтепроводов с уникальными инженерными характеристиками, при этом значительная ее часть была построена в экстремальных геолого-­климатических условиях. Сеть магистральных трубопроводов постоянно прирастала на протяжении 70 лет, став на сегодняшний день самой крупной трубопроводной системой в мире. Оператором системы является компания «Транснефть».
Почти 70 тыс. км линейной части, сотни насосных станций и миллионы кубометров резервуарных парков охватывают практически всю территорию России – от Дальнего Востока до Балтийского и Черного морей. Поставки нефти и нефтепродуктов для зарубежных партнеров, помимо подземных и подводных артерий, осуществляются также благодаря наличию 4 собственных морских портов  (см. рис. 1).

Бесперебойная и безаварийная работа этого слаженного механизма возможна благодаря более 125 тыс. профессионалов, каждый день добросовестно выполняющих свою работу.
Столь внушительное хозяйство требует постоянного пополнения новым оборудованием, комплектующими, запчастями, материалами, их техобслуживанием, проведением ремонтов. В условиях жестких санкционных ограничений перед всеми нефтегазовыми компаниями страны в полный рост встала непростая задача замены импортного оборудования на доступное отечественное, или аналогичное из государств, не присоединившихся к санкциям.
Такая задача возникла и перед ПАО «Транснефть». Однако к ее решению компания приступила заблаговременно, в рамках реализации своих программ импортозамещения. На вызовы современности ПАО «Транснефть» ответила строительством собственных 11 заводов, центральных баз производственного обслуживания (см. рис. 2), реализацией комплекса научно-­исследовательских и опытно-­конструкторских работ (далее – НИОКР), направленных на исследования и разработки перспективного оборудования и технологий, обеспечивающих надежный и безопасный транспорт нефти и нефтепродуктов.

АО «Транснефть – Нефтяные Насосы»

Завод «Транснефть – Нефтяные Насосы» построен ПАО «Транснефть» в г. Челябинске  с целью локализации производства в РФ горизонтальных и вертикальных насосов и агрегатов на их основе с эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющими требованиям ПАО «Транснефть» по показателям надежности и энергоэффективности.
На заводе используется уникальное оборудование: стенд параметрических и кавитационных испытаний, стенд гидростатических испытаний, балансировочные станки, установки для сборки и разборки роторов. В настоящее время освоен выпуск следующих насосных агрегатов:
нефтяные магистральные насосы, Q до 10 000 м3/ч (см. рис. 3);
подпорные вертикальные насосы, Q до 5 000 м3/ч;
насосы горизонтальные секционные, Q до 315 м3/ч;
нефтяные двухопорные многоступенчатые насосы, Q до 1 250 м3/ч;
центробежные одноступенчатые консольные насосы, Q до 230 м3/ч.

АО «Русские Электрические Двигатели»

Предприятие по производству высоковольтных электродвигателей
АО «Русские Электрические Двигатели», было создано в октябре 2015 г. в 
г. Челябинске .
На заводе реализован полный цикл производства электродвигателей: изготовление комплектующих, сборка, проведение испытаний продукции
(см. рис. 4). Расчетный плановый объем выпуска высоковольтных электродвигателей для насосных магистральных и подпорных агрегатов на заводе составляет до 300 шт. в год:
электродвигатели горизонтальные мощностью до 14 МВт;
электродвигатели синхронные горизонтальные мощностью до 8 МВт;
электродвигатели асинхронные горизонтальные мощностью до 8 МВт;
электродвигатели асинхронные вертикальные мощностью до 2 МВт.
На начальной стадии в качестве партнера для обмена технологиями по разработке и производству электродвигателей привлекалась итальянская компания Nidec ASI S.p.A. – один из мировых лидеров производства высоковольтных электродвигателей, но в настоящее время производство полностью локализовано и осуществляется самостоятельно. АО «Русские Электрические Двигатели» в рамках технологического суверенитета страны освоен выпуск электродвигателей асинхронных тяговых для грузовых тепловозов.

АО «Транснефть – Диаскан»

Существенной частью стратегии ПАО «Транснефть» по обеспечению безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов является внутритрубная диагностика линейной части, которую выполняет подразделение компании – АО «Транснефть – Диаскан», расположенное в г. Луховицы  (см. рис. 5).

АО «Транснефть – Диаскан» осуществляет следующие виды деятельности:
разрабатывает и изготавливает внутритрубные инспекционные приборы и очистное оборудование (многоканальные профилемеры, ультразвуковые дефектоскопы, магнитные дефектоскопы, а также комбинированные, способные совмещать в себе магнитные и ультразвуковые блоки);
проводит внутритрубную диагностику линейной части трубопроводов с выпуском технических отчетов, включающих информацию по оценке технического состояния, срокам и методам проведения ремонта;
осуществляет мониторинг технического состояния трубопроводов на основе периодических обследований и ведения баз данных;
проводит экспериментальные исследования и др.
АО «Транснефть – Диаскан» в настоящее время выпускает собственными силами приборы для внутритрубной диагностики трубопроводов от DN150 до DN1200 (от 6” до 48”). Все дефектоскопы, выпускаемые АО «Транснефть – Диаскан», – это внутритрубные инспекционные приборы высокого разрешения, способные не только обнаружить дефект, но и измерить его параметры и классифицировать по типу. Это является необходимым условием для проведения расчетов на прочность и долговечность труб с дефектами, а также расчетов предельных давлений и предельных сроков эксплуатации по результатам диагностики.

Центр промышленной автоматизации

Центр промышленной автоматизации расположен в г. Нижний Новгород  и осуществляет выпуск продукции в рамках программы импортозамещения, разработанной ПАО «Транснефть» (см. рис. 6).

Центр промышленной автоматизации предлагает:
комплексное решение для автоматизации водогрейных установок (теплоцентралей) от 1 до 6 МВт;
комплексное решение для автоматизации технологического оборудования очистных сооружений;
комплексы измерительно-­вычи­слительные ТН‑01 (ИВК ТН‑01);
шкафы информационного взаимодействия;
систему обработки информации системы измерений количества и качества нефти;
систему обработки информации оперативной системы измерений количества и качества нефти.
Новое выпускаемое оборудование позволяет контролировать процесс транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводным системам в соответствии с нормативными требованиями.

Научное направление ПАО «Транснефть»

ПАО «Транснефть» ежегодно инвестирует значительные средства в программу НИОКР, результаты которой внедряются или в виде готовых к серийному производству опытных образцов различного оборудования, или в виде современных технологических процессов, реализованных в специальном программном обеспечении, программно-­технических комплексах. Кратко остановимся на наиболее значимых результатах НИОКР за последние годы:
Трансформаторы с сердечником из аморфной стали. Систематические отказы трансформаторов напряжением 6 (10) кВ, эксплуатируемых на объектах организаций системы «Транснефть» требуют внедрения решений, позволяющих повысить надежность данного энергетического оборудования.
Кроме того, выполнение действующих на территории РФ нормативных документов  требует внедрения новых технологий, способствующих повышению энергоэффективности энергетического оборудования, применяемого на объектах магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов. В связи с особенностями эксплуатации трансформаторов напряжением 6 (10) кВ мощностью до 2500 кВА снижение постоянных потерь в трансформаторе (потерь холостого хода), не зависящих от величины нагрузки, является актуальной задачей, позволяющей сократить затраты на электро­энергию.
Существенно снизить постоянные потери в трансформаторе позволяет внедрение современных материалов, в частности, применение аморфной стали. Лидерами в области разработки соответствующих технологий и изготовления серийных образцов трансформаторов с сердечником из аморфной стали являются Япония, Китай, США, Индия. В РФ серийное производство данных трансформаторов не осуществляется, однако ряд заводов выпустил опытные образцы и, в отдельных случаях, опытные серии подобных трансформаторов.
В 2023 г. в ООО «НИИ Транснефть» успешно завершена опытно-­конструкторская работа по разработке трансформаторов с сердечником из аморфной стали 63 кВА и 630 кВА с литой изоляцией обмоток и с негорючим жидким диэлектриком герметичного исполнения (см. рис. 7).

Примененные технические решения, в разработанных в рамках ОКР трансформаторах, подтвердили возможность повысить энергоэффективность и надежность эксплуатируемого энергетического оборудования. Опытные образцы показали, что потери холостого хода на 80% ниже, чем у трансформаторов традиционной конструкции, а устойчивость от воздействия короткого замыкания выше на 15–30%.
Блочно-­модульные котельные. Одним из направлений энергосбережения, реализуемых в системе «Транснефть», является разработка и внедрение современного энергоэффективного оборудования. В целях снижения расхода котельно-­печного топлива при выработке тепловой энергии на организаций системы «Транснефть», ООО «НИИ Транснефть» разработаны и внедрены в производство на базе АО «Транснефть – Дружба» блочно-­модульные котельные, в которых применяются водогрейные котлы с экономайзером. Расчетный КПД котлов составляет 95% на жидком и 96% на газообразном топливе. Ранее в котельных применялись котлы, КПД которых не превышал 90% на жидком и 92% на газообразном топливе. Таким образом, применение нового оборудования обеспечивает снижение потребления топлива до 5%.
Ближайшими аналогами разработанных котлов являются изделия немецкого предприятия Viessmann, предлагающего в качестве опции к водогрейным и паровым котлам теплообменники отходящих газов/воды марки Vititrans.
Кроме того, оптимизация компоновки котлов и вспомогательного оборудования котельной обеспечивает соответствие габаритных размеров блок-модулей габаритам стандартных транспортных контейнеров, что упрощает и удешевляет транспортировку. Линейка котлов: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 МВт. Линейка котельных (по установленной мощности) (см. рис. 8):

с двумя котлами: 1; 2; 3; 4; 5; 6 МВт;
с тремя котлами: 6; 7,5; 9 МВт.
Арматура трубопроводная. В рамках упомянутых мероприятий по снижению зависимости российской системы магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов от импортного оборудования успешно реализованы следующие проекты по импортозамещению трубопроводной арматуры
(см. рис. 9):

в 2014 г. освоено серийное производство безкавитационных регуляторов давления шарового типа взамен импортной продукции «Mesto» (Финляндия), «Samson» (Германия), «Mokveld» (Нидерланды);
в 2016 г. освоено серийное производство кранов четырехходовых в комплекте с электроприводами взамен импортной продукции M&J Valve (США), Emerson (США).

Данное оборудование в настоящее время широко применяется на объектах системы «Транснефть», как при строительстве новых объектов, так и при выполнении ремонтных работ.
Компакт-­прувер. Компакт-­прувер используется для воспроизведения, хранения и передачи единицы измерений объема и объемного расхода жидкости при проведении поверки и контроля метрологических характеристик преобразователей расхода нефти и нефтепродуктов, применяемых в составе систем измерений количества и показателей качества нефти и нефтепродуктов (см. рис. 10).

В настоящее время в РФ используется оборудование иностранных производителей, таких как «Emerson» (США)», «Honeywell (США)» и «FMD (США)». Учитывая, что компакт-­пруверы, эксплуатируемые в РФ, являются продукцией США, их поставка и организация ремонта с привлечением официальных дистрибьюторов в настоящее время не представляется возможной. В связи с чем в ПАО «Транснефть» возникает необходимость разработки отечественного компакт-­прувера.
Разработка современных компакт-­пруверов российского производства позволит уменьшить конечную стоимость установки и эксплуатационные затраты на их ремонт и обслуживание в результате исключения импортных комплектующих (в том числе ЗИП).
Мобильная трубопоршневая поверочная установка. В рамках создания собственной эталонной базы ПАО «Транснефть» разработаны конструктивные решения современных малогабаритных передвижных трубопоршневых поверочных установок (далее – МпТПУ), применение которых позволит сократить расходы на строительно-­монтажные работы по установке стационарных ТПУ для каждой СИКН и эксплуатацию площадочного объекта.
Все оборудование, предлагаемое к применению в МпТПУ, изготавливается на территории Российской Федерации, и основные позиции включены в Реестр основных видов продукции, применяемых
ПАО «Транснефть». Разработанные конструкции МпТПУ, производительностью 550 и 1100 м3/ч, обеспечивают достижение требуемых технических и метрологических показателей (см. рис. 11 и 12).

Разработанные компоновочные решения МпТПУ позволяют нам обеспечить их размещение на прицепе автопоезда и перемещение по дорогам общего пользования без оформления специального разрешения в соответствии с ТР ТС 018/2011.
Эталон единицы плотности мобильного исполнения. Обоснованием разработки эталона являлась фактическая потребность ПАО «Транснефть» в отечественном эталоне, не уступающем/превосходящем по своим метрологическим и техническим характеристикам лучшим образцам зарубежного оборудования, одновременно с существенно более низкой стоимостью (см. рис. 13 и 14) [4].

Уровень использования импортных эталонов и комплектующих в составе эталонной базы Российской Федерации чрезмерно высок. Установленные зарубежными странами санкции в полной мере выявили риски, связанные с высокой зависимостью отечественной эталонной базы от импорта технических средств и комплектующих. При разработке эталонов, обладающих высокой коммерческой востребованностью (расходометрия, учет энергоресурсов), как отмечено в Стратегии обеспечения единства измерений в Российской Федерации до 2025 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ от 19.04.2017 г. № 737‑р, целесообразно переложить часть расходов по созданию и поддержанию эталона на коммерческие структуры.

Ключевыми достоинствами эталона разработки системы «Транснефть» перед одним из лучших зарубежных эталонов единицы плотности фирмы Fitzgerald (Англия) являются:

1. Усовершенствованная конструкция напорных пикнометров (см. рис. 13), входящих в состав эталона, за счет применения сплава нержавеющей стали, легированной титаном, что позволило снизить массу пикнометров и увеличить их механическую прочность.
2. Применение покрытия внутренней поверхности пикнометров из алмазоподобного аморфного углерода повысило коррозионную стойкость, износостойкость пикнометров, снизило коэффициент трения, облегчило очистку внутренней поверхности.
3. Стоимость в 3 раза ниже по сравнению с зарубежным аналогом.
   Применение эталона во встроенном в блок показателей качества нефти/нефтепродуктов исполнении позволяет существенно уменьшить время на метрологические работы (периодический контроль метрологических характеристик) в ходе эксплуатации систем учета нефти/нефтепродуктов.
   Отечественное программное обеспечение. В ПАО «Транснефть» также большое внимание уделяется вопросам по импортозамещению программного обеспечения. В настоящее время разработано более 20 автоматизированных систем на отечественном программном обеспечении, в том числе:
   – автоматизированная система планирования перекачки нефти;
   – автоматизированное рабочее место технолога (ПК «АРМ Технолога»);
   – система обнаружения утечек;
   – автоматизированная система контроля технологических параметров работы МТ;
   – автоматизированная система контроля и учета отказов;
   – программный комплекс «АРМ КПД»;
   – геоинформационная система «Мониторинг» и др.
   В настоящее время утверждены мероприятия по переводу всей информационной инфраструктуры компании на импортонезависимое программное обеспечение.
   Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что ПАО «Транснефть» бережно хранит, развивает и, на новом, современном технологическом уровне продолжает славные дела, начатые великими основоположниками отечественной трубопроводной науки и практики: Д. И. Менделеевым, В. Г. Шуховым, А. В. Бари, И. М. Губкиным и многими другими учеными, инженерами, заложившими фундаментальные теоретические основы развития трубопроводного транспорта, как науки, и реализовавшие грандиозные проекты своего времени.
   Заключение

В статье показана взаимосвязь науки и производства на примере ряда значимых научно-­исследовательских и опытно-­конструкторских работ, проводимых ПАО «Транснефть» совместно со своим научно-­исследовательским институтом. Перечень исследований, приводимых в статье, далеко не полный, но, тем не менее, позволяет сформировать представление о масштабности этих проектов.
Развивая свои производства, «Транснефть» активно внедряет научно-­технические результаты НИОКР, при этом последовательно замещает оборудование, материалы и комплектующие иностранного производства продукцией своих заводов и аналогами, производимыми другими отечественными предприятиями.
Руководством и инженерно-­техническим составом компании делается акцент на производстве критически важных компонент оборудования трубопроводного транспорта, обеспечивающих надежную и безопасную перекачку углеводородов, таких, как: магистральные, подпорные насосы, мощные электродвигатели, электроприводы, системы учета нефти и нефтепродуктов, внутритрубные диагностические комплексы и многие другие.
Оглядываясь назад, на великих предшественников, осознавая сложность, важность и масштабность современных проектов, можно с уверенностью сказать, что, невзирая на непростые вызовы времени, «Транснефть» организационно и технологически готова и в дальнейшем реализовывать свою важнейшую функцию: бесперебойный и безопасный транспорт нефти и нефтепродуктов, как для потребителей внутри страны, так и на экспорт, внося свой весомый вклад в развитие экономики России.