Попытки решить проблему транспортировки высоковязкой и высокозастывающей нефти Мангышлакского полуострова и других казахстанских месторождений предпринимались еще во времена СССР. Но повод говорить о том, что практическое решение сложной задачи найдено, появился относительно недавно, после того как ученые Satbayev University и специалисты АО “КазТрансОйл” разработали технологию SmartTran.
– Нефти Западного Казахстана из-за наличия в составе парафина и асфальто-смолистых веществ застывают уже при температуре +30 градусов. Для транспортировки сырья, обладающего такими свойствами, традиционно используется метод так называемой горячей перекачки, когда на участках магистральных нефтепроводов осуществляется его подогрев до +40-50 градусов. Этот метод очень энергозатратен: почти 80% энергии приходится расходовать на работу насосного оборудования и печей подогрева, а это ведет к дополнительным финансовым нагрузкам, – рассказывает один из авторов SmartTran, доктор технических наук, заведующий лабораторией моделирования энергетики Satbayev University Узак Жапбасбаев.
Энергоэффективность перекачки нефти, объясняет профессор, во многом зависит от управления технологическим режимом работы магистрального нефтепровода. Авторы SmartTran задались целью минимизировать влияние человеческого фактора на производственный процесс, а также за счет оптимального управления насосными агрегатами и печами подогрева определить энергосберегающие режимы для оборудования.
Схема действия технологии “умной транспортировки” выглядит следующим образом: ПО SmartTran получает исходные данные технологических режимов перекачки и условий работы насосов и печей от системы контроля и диспетчерского управления (СКДУ) и автоматической системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) “КазТрансОйла”, обрабатывает, анализирует и определяет оптимальные режимы работы для рациональной перекачки нефти. Благодаря заложенным в программу интеллектуальным алгоритмам SmartTran автоматически подбирает энергосберегающие режимы, определяет оптимальные объемы транспортировки от поставщика до потребителя.
Критерии оптимизации горячей перекачки в 1956 году сформулировал советский ученый Всеволод Яблонский.
– В соответствии с предложенной им методикой измерялись затраты на перекачку и подогрев в начальной и конечной точках участка нефтепровода и, сравнивая их, определялось значение оптимизации. Но данная технология не учитывала наличие промежуточных станций подогрева и перекачки, попутную подкачку сырья из месторождений, в результате которой меняются состав и свойства нефти. Мы разработали более всеобъемлющие критерии оптимизации. Уникальность нашей технологии в том, что SmartTran получает исходные данные СКДУ и АСКУЭ, анализирует их в реальном времени и находит оптимальный режим перекачки, обеспечивая визуализацию в удобном формате, – объясняет Жапбасбаев.
Непосредственно к разработке SmartTran приступили в 2010 году. Со стороны КазНТУ помимо Жапбасбаева в команду вошли ректор Искандер Бейсембетов и проректор по науке Багдат Кенжалиев, к которым присоединился выпускник КБТУ Тимур Бикбаев. Еще двое, Ербол Махмотов и Берик Саяхов, представляли в проекте “КазТрансОйл”, выступивший одновременно в роли заказчика и своего рода испытательного полигона. На протяжении первых двух лет авторы работали на энтузиазме, а уже начиная с 2012 г. – по договору с “КазТрансОйлом”, обеспечившим финансирование в размере 100 млн. тенге. Университет предоставил лабораторную базу, оборудование, интернет.
По словам собеседника, наиболее серьезных финансовых и научных ресурсов потребовали цифровизация магистральных нефтепроводов, интегрирование SmartTran с информационными системами СКДУ и АСКУЭ. Большие усилия понадобились для составления базы данных системы магистральных нефтепроводов общей протяженностью 5377 км, состоящей из 24 технологических участков, 35 нефтеперекачивающих станций, семи станций подогрева нефти, 200 насосных агрегатов и 67 печей подогрева. В базу нужно было заложить более 100 свойств нефти и нефтесмесей.
Построение идеальной математической модели – это половина дела. Реальное производство диктует свои требования. Нужно знать работу насосов, печей подогрева, их КПД – не имея этих данных, нельзя просчитать экономику проекта. Пришлось учитывать такие показатели, как теплопроводность грунта в разное время года на всем протяжении 5377 км, или, например, тот факт, что гидравлические параметры трубопроводов меняются в зависимости от срока их эксплуатации.
– Проблемы возникали в связи с идентификацией характеристик оборудования. До тех пор пока мы не получили данные системы СКДУ и не внедрили их в ПО, не удавалось получить точные цифры. Были сложности и на так называемых перевальных точках, где нефтепровод поднимается до 500 м, а потом резко спускается. На таких участках появляются газовые накопления, меняющие свойства нефти, – рассказывает Жапбасбаев.
Авторы предложили два способа транспортировки. Для маршрута Узень – Атырау – Самара – технологию “горячей” перекачки, оптимально подходящую для нефтесмесей с температурой застывания от +15 до +30 градусов. На участках Кумколь – Каракоин и Павлодар – Шымкент, где приходится транспортировать сырье с температурой застывания менее +15 градусов – метод перекачки с применением химического реагента, присадки “Рандеп-5102”, которую выпускает атырауская “Рауан-Налко”.
Разработанные алгоритмы универсальны: они позволяют оптимизировать энергопотребление с учетом всех технологических особенностей современных трубопроводов, а также, например, в случае введения дифференцированного тарифа на электроэнергию.
Сегодня технологию SmartTran используют в “КазТрансОйле”, а также на совместно эксплуатируемых магистральных нефтепроводах, относящихся к КТК, ТОО “Мунайтас” и ТОО “Казахстанско-китайский трубопровод”, интерес проявляет белорусская “Гомельтранснефть”. По словам Жапбасбаева, использование SmartTran обеспечивает экономию средств за счет внедрения энергосберегающих технологий транспортировки нефти. Согласно данным, озвученным генеральным директором АО “КазТрансОйл” Димашем Досановым, консолидированная выручка компании за 2018 г. составила 39,5 млрд. тенге, при этом энергосберегающие технологии дали экономический эффект на уровне 19,3%. Свой вклад в эти цифры внесла технология SmartTran, выдвинутая в этом году на соискание Государственной премии РК в области науки и техники им. Аль-Фараби.
В дальнейших планах ученых – работа над цифровыми технологиями, позволяющими сократить долю небезвредной для экологии технологии “горячей” перекачки, увеличив применение перекачки с использованием присадки, решить проблемы загрязнения нефти хлорорганическими веществами и обнаружения утечек. (Forbes.kz/Энергетика Украины и мира)
