Применение электрообогрева на морских нефтедобывающих платформах

Нефть и Газ Статья
выбрано
energybase

  • В. Д. Тюлюканов, Директор ОКБ «Гамма»
  • С. А. Малахов, Руководитель направления отдела стратегического развития и инновационных проектов «ССТэнергомонтаж»
  • М. В. Цыганов, главный инженер-проектировщик сервисного офиса «ССТэнергомонтаж»

Согласно разрабатываемой Правительством РФ «Энергетической стратегии развития России на период до 2030 года», одной из важных задач при производстве материалов и оборудования для промышленного сектора является решение проблемы импортозамещения. Потребность отраслей ТЭК к 2030 году в основном должна удовлетворяться за счет российского оборудования. При этом прогнозируется, что отечественной промышленностью будет освоено до 95−98% номенклатуры изделий для ТЭК.

В ряде подотраслей, обслуживающих топливно-энергетический комплекс России, проблема импортозамещения успешно решается уже сегодня. Практическим примером этого могут служить системы промышленного электрообогрева, производимые Группой компаний «Специальные системы и технологии». Одна из таких систем была смонтирована компанией «ССТэнергомонтаж» на ледостойкой стационарной платформе на месторождении имени Ю. Корчагина в Каспийском море.

Электрообогрев от Арктики до Африки

Системы промышленного обогрева уже давно завоевали популярность в различных областях промышленности благодаря своей гибкости, энергоэффективности, удобству монтажа и эксплуатации. В основном электрообогрев трубопроводов и резервуаров применяется в нефтяной и в нефтеперерабатывающей промышленности, а также в химической, пищевой, фармацевтической и деревообрабатывающей. Основными потребителями являются нефтеперерабатывающие и химические заводы, промышленные предприятия и фабрики, месторождения нефти и газа. Системы электрообогрева эффективно справляются с такими задачами, как защита от замерзания и поддержание необходимой температуры в трубопроводах и резервуарах, обогрев оборудования, приборов и шкафов КИПиА.

Системы электрообогрева используются с целью поддержания требуемых технологических параметров транспортируемой жидкости практически во всех климатических зонах планеты. Они установлены, как на Крайнем Севере, за полярным кругом, так и в самых жарких районах нашей планеты. Одним из наиболее показательных объектов, нуждающихся в использовании систем электрообогрева, являются морские нефтедобывающие платформы. На одной из таких морских платформ и был установлен ряд систем промышленного электрообогрева.

Рис. 1. Электрообогрев трубопровода саморегулирующимся нагревательным кабелем
Рис. 1. Электрообогрев трубопровода саморегулирующимся нагревательным кабелем

Платформа в Каспийском море

Морская стационарная ледостойкая платформа, сооруженная на месторождении имени Юрия Корчагина, расположена в Каспийском море в 180 километрах от Астрахани и в 240 километрах от Махачкалы. На месторождении была построена эксплуатационная скважина и получен промышленный приток нефти. Разрабатывает месторождение ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» — дочернее предприятие ПАО «НК «ЛУКОЙЛ».

Справка по месторождению им. Ю. Корчагина:

Глубина моря в районе месторождения 11−13 м
Извлекаемые запасы нефти28,8 млн т
Извлекаемые запасы газа63,3 млрд куб. м
Максимальный уровень добычи нефти2,5 млн т в год
Максимальный уровень добычи газа1 млрд куб. м
Количество разбуриваемых скважин33 шт.

Бурение ведется с морской ледостойкой стационарной платформы (МЛСП). Платформа состоит из производственного (ЛСП-1, рис. 2) и жилого (ЛСП-2, рис. 3) модулей, соединенных переходным мостом длиной 74,2 м. На производственном модуле установлен буровой комплекс грузоподъемностью 560 тонн для бурения скважин с максимальной длиной по стволу до 7 400 м.

Рис. 2. Производственный комплекс ЛСП-1
Рис. 2. Производственный комплекс ЛСП-1

Верхний производственный корпус ЛСП-1 имеет очень плотное насыщение оборудованием для добычи и переработки нефти и газа. Поэтому размещение на этой же платформе жилых помещений создавало серьезные трудности в обеспечении безопасности и комфортных условий проживания персонала. Несмотря на то, что расположение всех комплексов в верхнем корпусе обеспечивало выполнение требований нормативных документов по промышленной безопасности, стало очевидным, что вынос жилого модуля за пределы ЛСП-1 является насущной необходимостью.

Рис. 3. Жилой модуль ЛСП-2 и переходный мост
Рис. 3. Жилой модуль ЛСП-2 и переходный мост

Основные характеристики ЛСП-1:

Длина габаритная (с факельной стрелой) около 115 м
Длина корпуса95,5 м
Ширина габаритная (с кронштейнами для свай)72,2 м
Ширина корпуса64,2 м
Высота габаритная от уровня моря около90 м
Масса платформы (сухая)около 16 000 т
Масса платформы при стоянке на грунте с жидким балластом25 655 т

Было принято решение строить отдельно стоящую стационарную платформу ЛСП-2 с жилым блоком, рассчитанным на 105 мест. ЛСП-2 предназначена для круглогодичного комфортного проживания всего персонала, работающего на объектах месторождения им. Ю. Корчагина.

Рис. 4. Транспортировка жилого модуля ЛСП-2
Рис. 4. Транспортировка жилого модуля ЛСП-2

Основные характеристики ЛСП-2:

Количество проживающих 105 чел.
Длина габаритнаяоколо 44 м
Ширина габаритная37,3 м
Высота габаритнаяоколо 51,5 м
Массаоколо 2 780 т

Производственный модуль строился в Астрахани, а жилой модуль был построен в Калининграде и транспортировался по каналам и рекам России и зарубежья к месту установки около двух недель.

28 апреля 2010 года во время визита Председателя Правительства Российской Федерации В. В. Путина ледостойкая платформа была введена в эксплуатацию.

Комплексный электрообогрев каспийской платформы

В 2007 году инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж», входящая в ГК «ССТ», выиграла тендер и была приглашена в данный проект, в качестве единственной компании, которая на протяжении всего строительства и эксплуатации морской платформы осуществляла проектирование, поставку, монтаж, гарантийное и сервисное обслуживание систем электрообогрева.

Для реализации такого сложного проекта в компании была создана специальная группа, в которую вошли лучшие специалисты проектного, коммерческого и монтажного отделов.

Первоочередной задачей, после подписания всех контрактов и соглашений, стало получение всех необходимых исходных данных для начала проектирования.

Проблема заключалась в том, что в данном проекте участвовало сразу несколько проектных институтов. Платформа на «берегу» собиралась из более чем ста отдельных блок-модулей. При этом блок-модули, которые состыковывались на месте сборки платформы, проектировались разными проектными институтами.

К примеру, обогреваемый трубопровод мог выйти из одного блок-модуля, пройти в другой и закончиться в третьем. Все это надо было связать воедино.

Но благодаря оперативным действиям проектной группы «ССТэнергомонтаж», все необходимые исходные данные были получены вовремя, и данная проблема не повлияла на сроки сдачи проекта заказчику.

При проектировании требовалось максимально учесть специфику данного объекта, а кроме того, найти решения для нестандартных ситуаций. Специалистами компании были найдены и успешно реализованы решения для всех специфических и нестандартных ситуаций.

Технологии электрообогрева во взрывозащищенном исполнении

Первое требование к системе обогрева: все материалы и оборудование, применяемые в проекте, должны быть взрывопожаробезопасными. Второе требование: с учетом того, что нефтяная платформа находится в море, а также существует опасность негативного воздействия сероводорода на нагревательный кабель, должны применяться конструкции устойчивые к воздействию морского климата и химических веществ.

Учитывая данные требования, в данном проекте были использованы нагревательные кабели только с фторполимерной оболочкой.

В проекте применялись саморегулирующиеся нагревательные кабели марок НТР, ВТС и ВТХ, производимые Группой компаний «Специальные системы и технологии».

Справка по саморегулирующемуся кабелю ВТХ:

Максимальная рабочая температура + 200 °С
Максимальная допустимая температура воздействия+ 250 °С
Линейная мощность выделяемая кабелем (при 0 °С)до 95 Вт/м
Максимальная длина нагревательной секции165 м

Отрицательное воздействие сероводорода на клеммные соединения было исключено благодаря использованию герметичных клеммных коробок и специальных кабельных вводов.

Справка по клеммным коробкам:

Серия коробки РТВ 400, 600
Степень пылевлагозащитыIP66
Рабочий диапазон температур-60…+55 °С
Рабочий токдо 50 А
Рабочее напряжениедо 550 В
Маркировка взрывозащиты1Ex e IIC T3… T6 Gb X

Были решены и другие сложные вопросы, возникшие при проектировании. Например, применение разъемных взрывозащищенных и герметичных соединителей при обогреве трубопроводов состыковывающихся между собой блок-модулей.

Рис. 5. Переходный мост между ЛСП-1 и ЛСП-2 с электрообогревом
Рис. 5. Переходный мост между ЛСП-1 и ЛСП-2 с электрообогревом

Отдельно следует сказать и о решении еще одной проблемы — это проход нагревательного кабеля через водогазонепроницаемые палубы и переборки. Решение заключалось в том, что электрообогрев осуществлялся на участках трубопровода в границах переборок, а соединение участков секции осуществлялось с помощью клеммных коробок, соединенных между собой перемычками силового кабеля. Сам силовой кабель прокладывался через водогазонепроницаемые переборки и палубы платформы с помощью герметичного устройства, заполненного компаундом.

Согласно требованиям генерального проектировщика — Центрального конструкторского бюро «Коралл» — все установленные системы электрообогрева должны были получать электропитание от источника с изолированной нейтралью (так называемая система IT) напряжением 220 В, что не типично для систем электрообогрева. При такой схеме питания могли возникать трудности контроля сопротивления изоляции нагревательных кабелей. Данную проблему специалистам проектного отдела «ССТэнергомонтаж» удалось решить с помощью дополнительной установки в шкафах управления электрообогревом отдельных блоков реле контроля сопротивления изоляции.

Автоматизированные системы управления электрообогревом платформы

Управление всеми системами обогрева, ввиду их большой разветвленности, производилось преимущественно по температуре окружающего воздуха, с помощью электронного терморегулятора РT-240*. В зависимости от температуры воздуха, регулятор РT-240 управляет электрообогревом по алгоритму, уменьшающему степень обогрева при повышении температуры окружающего воздуха по отношению к расчетному уровню. Данное решение позволяет поддерживать требуемую температуру в заданных границах и одновременно существенно экономить электроэнергию. В местах, где по расчетам мог возникать неконтролируемый перегрев трубопроводов, на них устанавливались дополнительные термостаты.

* В настоящий момент ГК «ССТ» выпускает терморегулятор РT-2000:

Диапазон регулирования температуры -55…+60 °С (+125 °С) для TST01
-55…+600 °С для унифицированного сигнала 4…20 мА
Крепление DIN-рейка, 9 модулей
Экономия электроэнергии до 40%
Масса 450 г
Возможность управления любым количеством греющий цепей по температуре окружающего воздуха

Для обогрева шкафов КИПиА было принято решение о применении специальных взрывозащищенных нагревателей. Шкафы управления (ШУ) электрообогревом проектировались с учетом условий их эксплуатации и экономии мест установки. Компоновка ШУ осуществлялась, исходя из оптимизации систем управления электрообогревом по перекачиваемым продуктам и температурам поддержания. Кроме того, были предусмотрены резервные линии для подключения дополнительного электрообогрева.

Рис. 6. Шкафы управления электрообогревом
Рис. 6. Шкафы управления электрообогревом

Согласно требованиям при проектировании морских объектов все материалы и оборудование должны быть одобрены Российским морским регистром судоходства. На систему электрообогрева «Тепломаг», использованную при обогреве трубопроводов ЛСП, было получено свидетельство Морского регистра. Кроме того, каждый отдельный проект также получил одобрение этого общества.

Объекты платформы в безопасности

Проектирование электрообогрева осуществлялось в несколько этапов. Были спроектированы системы электрообогрева трубопроводов буровой установки, общесудового и энергетического комплекса, трубопроводов на переходном мосту и ЛСП-2, трубопроводов, импульсных линий и шкафов КИПиА эксплуатационного комплекса и др. Всего за время работы над проектом электрообогрева морской ледостойкой платформой в период с 2007 по 2010 гг. было выполнено 8 проектов:

  • буровая установка;
  • переходный мост между ЛСП-1 и ЛСП-2;
  • общесудовой и энергетический комплекс (Этап 2 и Этап 3);
  • трубопроводы ЛСП-2;
  • эксплуатационный комплекс. Этап 4.1;
  • эксплуатационный комплекс. Этап 4.2;
  • импульсные линии и шкафы КИПиА. Этап 4.3;
  • компрессоры высокого и низкого давления. Этап 5.
Рис. 7. Обогреваемые трубопроводы ЛСП-1
Рис. 7. Обогреваемые трубопроводы ЛСП-1

В рамках данных проектов спроектирован электрообогрев технологических трубопроводов с различными жидкостями и продуктами, такими как трубопроводы технической, технологической и бытовой пресных вод, трубопроводы сбора буровых сточных вод, трубопроводы бурового раствора, растворопроводы, трубопроводы очищенной воды, систем водяного пожаротушения, трубы охлаждения забортной водой, топливной и масляной систем, систем снабжения забортной водой, трубопроводов нефтесодержащих вод, дизельного топлива, смазки механизмов и закачки пластовой воды и др.

В рамках данных проектов спроектирован электрообогрев технологических трубопроводов с различными жидкостями и продуктами, такими как трубопроводы технической, технологической и бытовой пресных вод, трубопроводы сбора буровых сточных вод, трубопроводы бурового раствора, растворопроводы, трубопроводы очищенной воды, систем водяного пожаротушения, трубы охлаждения забортной водой, топливной и масляной систем, систем снабжения забортной водой, трубопроводов нефтесодержащих вод, дизельного топлива, смазки механизмов и закачки пластовой воды и др.

Теплоизоляция как дополнительный элемент защиты

Кроме систем электрообогрева, на вышеуказанных трубопроводах специалистами «ССТэнергомонтаж» была спроектирована, поставлена и впоследствии смонтирована тепловая изоляция на основе вспененного каучука и минеральной ваты. Вспененный каучук выбран в качестве основной теплоизоляции из-за его высоких теплофизических свойств и удобства монтажа. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции из вспененного каучука ниже, чем у аналогичных материалов, а, следовательно, толщина теплоизоляции может быть меньше. Этот факт сыграл ключевую роль при компактной прокладке трубопроводов.

Рис. 8. Теплоизоляция из вспененного каучука InWarm
Рис. 8. Теплоизоляция из вспененного каучука InWarm

Теплоизоляция из вспененного каучука не гигроскопична, что особенно важно при использовании ее на добывающих платформах и других морских и прибрежных объектах. Кроме того, в данном проекте было применено решение по специальному полимерному покрытию тепловой изоляции, полностью защищавшему ее от попадания влаги и практически от любого механического воздействия.

Справка по теплоизоляции из вспененного каучука:

Диапазон рабочих температурот -200 °С до +150 °С
Коэффициент теплопроводности при 0 °С0,036 Вт/м*К
Сопротивление проникновению влажности≥4000
Экологическая безопасностьбез галогенов
Нет PVC, CFC, HCFC

На высокотемпературных технологических трубопроводах использовалось стандартное решение с применением минеральной ваты на основе базальтовых пород.

Монтаж систем электрообогрева в экстремальных условиях

Отдельно следует сказать и о специфике монтажа систем электрообогрева на ледостойкой нефтяной платформе. Монтажные работы осуществлялись полностью силами монтажного отдела инжиниринговой компании «ССТэнергомонтаж».

Монтаж проводился поэтапно, в зависимости от готовности трубопроводов. Наибольшую сложность представлял монтаж системы электрообогрева на высоте, в стесненных условиях, закрытых герметичных помещениях и на открытом воздухе, особенно в зимний период. В некоторых местах обогреваемые трубопроводы проходили в каналах, в которых с трудом мог помещаться человек. При этом применялись специальные приспособления для монтажа, разработанные для подобных случаев.

Рис. 9. Монтаж нагревательного кабеля над морем
Рис. 9. Монтаж нагревательного кабеля над морем

Монтаж систем электрообогрева осуществлялся не только на берегу, но и тогда, когда платформу установили в море. Некоторые обогреваемые трубопроводы были расположены на краю платформы над морем. Приходилось монтировать нагревательный кабель и теплоизоляцию, находясь под сильнейшим порывистым ветром, скорость которого иногда достигала 35 м/с.

Летом монтаж на открытых участках платформы осложнялся тем, что находясь под прямыми солнечными лучами металлические предметы, нагревались настолько, что к ним практически невозможно было прикоснуться. Каждый сотрудник монтажного подразделения «ССТэнергомонтаж» был аттестован для работы на морских объектах. На базе берегового учебно-тренажерного центра Астраханского речного училища были организованы 10-ти дневные курсы со сдачей экзаменов и получением соответствующих свидетельств.

Особенно ужесточились требования к производству и закрытию работ после всемирно известной аварии с нефтяной платформой BP в Мексиканском заливе. Передача в эксплуатацию смонтированных объектов превратилась в долгий процесс, который мог существенно повлиять на срок сдачи всего проекта. Но еще тяжелее этот вопрос встал тогда, когда нужно было вести монтажные работы на уже запущенной в эксплуатацию нефтяной платформе, когда полным ходом шла добыча нефти.

Но несмотря на вышеуказанные трудности, благодаря слаженной работе монтажного подразделения и опытному руководящему персоналу, объекты вовремя сдавались в эксплуатацию, что позволило полностью уложиться в сроки, указанные в контрактах.

Результаты и перспективы развития электрообогрева морских платформ

Общий объем смонтированного инжиниринговой компанией «ССТэнергомонтаж» нагревательного кабеля составил около 10 тысяч метров. Кроме этого, установлено около 200 электрообогревателей для обогрева шкафов КИПиА.

Эксплуатация систем электрообогрева на ледостойкой платформе показала ее надежность и высокие эксплуатационные характеристики. Партнерами инжиниринговой компании «ССТэнергомонтаж» в рамках реализации этого проекта являлись: «Центральное конструкторское бюро «Коралл» (генеральный проектировщик), «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», «ЛУКОЙЛ-Калининградморнефть», Группа компаний «Каспийская энергия», «ЛУКОЙЛ-Информ», «Стройтрансгаз» и «Глобал-Нефтегазсервис».

Рис. 10. ЛСП на месторождении Ю. Корчагина
Рис. 10. ЛСП на месторождении Ю. Корчагина

Всего на монтажных работах на ЛСП-1, ЛСП-2 и переходном мосту между ними в течение двух лет участвовали более 40 наших коллег.

Учитывая, что месторождение имени Юрия Корчагина — одно из крупных многопластовых нефтегазоконденсатных месторождений, разрабатываемых сегодня компанией «ЛУКОЙЛ» на шельфе Каспийского моря, строительство нефтедобывающих платформ аналогичных ЛСП-1, ЛСП-2 продолжится, и перспективы развития систем электрообогрева на нефтяных платформах увеличиваются.