Разработанные Корпорацией ПСС новые способы сбора и передачи данных в системах электрохимической защиты от коррозии трубопроводов основаны на применении систем телеметрии (ТМС) и позволяют осуществлять удаленный мониторинг и контроль данных систем, производить регулирование основных параметров, а также прогнозировать потребность в обслуживании и ремонте объектов с использованием искусственного интеллекта (ИИ). В статье представлен обзор способов сбора и передачи данных в системах ЭХЗ, даны их технические характеристики и опыт применения.
Автор: Токмаков Дмитрий Степанович, менеджер проектов Корпорации ПСС.
Одно из основных направлений деятельности Корпорации ПСС связано с разработкой решений в сфере антикоррозийной электрохимической защиты (ЭХЗ) объектов нефтегазового сектора, в частности, трубопроводов — магистральных и газораспределительных, технологических трубопроводов нефтеперекачивающих станций (НПС), трубопроводов компрессорных газораспределительных перекачивающих и насосных станций, нефтебаз, продуктопроводов.
Проблемы защиты и обслуживания систем ЭХЗ трубопроводов
Трубопроводы в большинстве случаев расположены в труднодоступных местах с сезонной невозможностью регулярного контроля и обслуживания, где отсутствует покрытие сотовой связи, на значительном расстоянии от диспетчерских пунктов. Всё это препятствует своевременному получению данных от систем ЭХЗ, в том числе, информации об уровне текущего защитного потенциала того или иного объекта.
Можно выделить следующие актуальные проблемы эксплуатации систем ЭХЗ трубопроводов:
- нехватка персонала;
- отсутствие оперативности при решении аварийных ситуаций;
- труднодоступность участков;
- высокая стоимость обслуживания.
Эффективность дистанционного мониторинга
Исходя из требований основного регламента антикоррозийной защиты трубопроводной инфраструктуры — ГОСТ Р 51164−98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», — обслуживание систем ЭХЗ, не обеспеченных дистанционным контролем, должно проводиться не реже, чем дважды в месяц.
Это влечёт за собой организацию выездного обслуживания систем ЭХЗ, а это работа двух специалистов и водителя, что в совокупности в течение одного года составляет 576 чел.-ч (2×12x3x8 чел.-ч). Дополнительно накладываются затраты на горюче-смазочные материалы и амортизацию транспортных средств.
Применение ТМС позволяет:
- осуществлять удалённый контроль систем ЭХЗ и обслуживание в онлайн-режиме;
- получать уведомления об авариях и несанкционированном входе;
- получать оперативные сведении о состоянии объекта без его обхода;
- производить регулирование параметров ЭХЗ;
- получать уведомления об отклонении параметров ЭХЗ от нормы.
Каналы связи ТМС
Для получения и передачи данных посредством ТМС Корпорацией ПСС применяются следующие виды каналов связи:
- интерфейс RS-485;
- интерфейс 4−20 мА;
- GSM/GPRS канал;
- спутниковый канал;
- Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС);
- PLC-модемы (Power Line Communication),
- радиоканал LoRa.
При этом в станциях катодной защиты — импульсных преобразователях ИПКЗ-РА — предусмотрена комбинация двух и более каналов связи.
Новые технологии мониторинга и сбора данных
Комплекс УСИ+PLC — собственная разработка Корпорации ПСС, система сбора данных, работающая в автоматическом режиме и позволяющая производить администрирование и удалённый контроль. Комплекс включает в себя устройство сбора информации (УСИ), которое работает на сбор, аккумулирование и передачу данных о состоянии ЭХЗ трубопровода на верхний уровень. А в качестве канала связи применяется передача данных по электросетям PLC, которая осуществляется посредством присоединения к вдольтрассовой линии электропередач (ЛЭП) 6 (10) кВ. Комплекс УСИ+PLC соответствует требованиям ОТТ-33.040.00-КТН-145−18 и обладает рядом особенностей, к примеру: при применении PLC не требуется прокладка отдельного кабеля (электрические провода есть почти везде); не нужна регистрация оборудования как радиочастотного; в случае если есть влияние на какие-то частоты, в PLC-оборудовании предусмотрен механизм подавления сигнала в заданном диапазоне; отсутствует плата за передачу данных.
Важно отметить, что мониторинг при помощи комплекса может быть осуществлен на станции ЭХЗ любого производителя.
Пример реализации проекта УСИ+PLC
Система передачи данных по линиям электросетей УСИ+PLC была реализована на объектах ПАО «Транснефть» в 2023—2024 годах.
В течение этого периода было установлено 276 единиц оборудования (47 принимающих и 229 передающих). Длина самой протяженной ветки трубопровода составила 80 км. По состоянию на октябрь 2024 года объект находится в эксплуатации более года.
Ещё один вариант телеметрии, которую предлагает производитель — экономичные радиомодемы с LoRa-модуляцией. Контрольно-измерительные пункты (КИП), оснащённые радиомодемами LoRa, в автоматическом режиме передают сведения на базовую станцию на расстоянии до 3 км в городской черте и до 10 км за городом. При этом базовая станция должна иметь постоянный источник питания, а КИП могут быть оборудованы автономными источниками питания в виде солнечных батарей и накопителей заряда (аккумуляторов).
Таким образом, технология LoRa позволяет построить систему сбора данных от удалённых объектов без необходимости прокладывания каких-либо дополнительных линий связи. Модемы LoRa отличаются низким энергопотреблением и высокой помехоустойчивостью.
Импульсный преобразователь со встроенной системой мониторинга
Импульсный преобразователь со встроенной системой мониторинга (ИПКЗ) представляет собой модульную конструкцию, в которой ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК» интегрировано в саму станцию. ИПКЗ служит альтернативой локальному серверу в диспетчерском пункте оператора, позволяет осуществлять мониторинг и архивацию данных. ИПКЗ оснащён защитой от перенапряжения и активной системой резервирования.
Прогнозно-аналитический комплекс ПСС-ЭХЗ-Аналитик
Программное обеспечение ПСС-ЭХЗ-Аналитик — диспетчерская программа для организации удалённого контроля и управления работой оборудования системы катодной защиты в режиме онлайн, включающая в себя функцию прогнозирования.
Основной функционал программы
- дистанционное управление с диспетчерского пункта;
- трансляция данных в локальное и головное подразделения компании-заказчика;
- формирование отчётов о текущем состоянии и эффективности работы;
- архивирование данных, экспорт данных;
- автоматическое поддержание необходимого уровня потенциала;
- уведомления об авариях и изменениях работы.
- выявление проблемных участков трубопровода (прогнозирование) и выдача рекомендации по их устранению.
В отличии от стандартной телеметрии трубопроводов ПО ПСС-ЭХЗ-Аналитик закрывает необходимость выездных замеров на вдольтрассовых КИП и ручное занесение собранной информации в журнал; самостоятельно анализирует и корректирует режимы работы СКЗ, а также обладает прогнозным мышлением. Уникальный функционал реализован благодаря встроенным в ПО алгоритмам нейронных сетей, которые анализируют большой массив имеющихся данных и находят максимально точные или ранее скрытые зависимости между параметрами системы ЭХЗ. На основе анализа собранных данных ПСС-ЭХЗ-Аналитик прогнозирует износ оборудования, возможный выход из строя конструктивных элементов и предоставляет рекомендации по обследованию, профилактике и ремонту.
В результате: использование ПО удалённого мониторинга значительно (на 70%) сокращает операционные затраты на мониторинг и управление системами электрохимзащиты и помогает решить проблемы эксплуатации объекта.
- Снижается влияние «человеческого фактора» при получении сведений о состоянии объекта;
- Проблемы регулировки параметров из-за неравномерности изменения потенциалов трубопроводов нивелируются автоматическим поддержанием необходимого уровня потенциала, а при отклонении от заданной нормы —возможностью удалённого регулирования параметров защиты, что обеспечивает эффективную работу станции катодной защиты (СКЗ);
- Обеспечивается безопасность и исключение рисков сбоев в работе системы ЭХЗ: при аварийной ситуации, несанкционированном доступе или вандализме на пульт диспетчера приходит оперативное уведомление, что даёт возможность определить причину аварии (состояние двери, обрыв выходного кабеля, обрыв кабеля ЭС, короткое замыкание, перенапряжение сети) и принять экстренные меры;
- С помощью организации автоматизированного рабочего места (АРМ) оптимизируются расходы на обслуживание систем ЭХЗ (в том числе, ФОТ).
Программная платформа ПСС-ЭХЗ-Аналитик совместима как с ЭХЗ-оборудованием производства ЗНГА АНОДЪ® (завод Корпорации ПСС), так и с уже установленным оборудованием других производителей.
В июне 2023 года ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК» включено в реестр Минцифры РФ.
Веб-интерфейс позволяет при наличии доступа в интернет работать с ПО, используя любые устройства, на которых установлен браузер.
ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК» позволяет добавлять новые станции и осуществлять привязку объектов к географическим координатам местности. Оператор, находясь на своем рабочем месте, может определять причины аварийных ситуаций и предпринимать действия, направленные на их устранение. В примере, приведенном на рисунках ниже, аварийная ситуация вызвана открытой дверью шкафа и обрывом кабеля.
На основе анализа собранных данных ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК» находит более точные и ранее скрытые зависимости между параметрами и прогнозирует износ оборудования и представляет рекомендации по обследованию и ремонту.
Также ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК» предусматривает возможность регулировки расположенных рядом станций.
Посмотреть видео, как работает ПО, можно здесь или в в карточке продукта на сайте.
Выдержки из обсуждения
Дмитрий Степанович, Корпорация ПСС осуществляет производство всего оборудования, которое используется для сбора и передачи данных в системах ЭХЗ трубопроводов?
Дмитрий Токмаков: да, мы осуществляем полный цикл производства этого оборудования, все производится в городе Перми.
На каких объектах применяется ПО «ПСС-ЭХЗ-АНАЛИТИК»?
Дмитрий Токмаков: сейчас это ПО внедрено и успешно работает на одном из нефтегазовых объектов Республики Казахстан.
Рассчитывали ли вы стоимость передачи данных по радиоканалу LoRa по сравнению с использованием Wi-Fi и оптоволоконной сети?
Дмитрий Токмаков: экономический расчёт такого рода возможен применительно к условиям конкретного объекта. При наличии такого запроса со стороны заказчика и при условии предоставления им всех необходимых данных мы сделаем такой расчет.
Какой срок эксплуатации у системы передачи данных по линиям электросетей УСИ+PLC?
Дмитрий Токмаков: вся система рассчитана примерно на 10−15 лет, при этом в течение этого срока необходимо производить замену некоторых комплектующих.
Журнал «Инженерная практика» № 6/2024