CC BY
164
УДК 725.18:351.862, 656.56; 622.692.2; 622.691.2, 696.2; 662.73
Г.С. Ракитина, А.А. Дубровин, С.И. Долгов
ОТНЕСЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ К КАТЕГОРИЯМ ПО ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЕ С УЧЁТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ЕЁ РАБОТЫ
В статье предлагаются подходы по отнесению объектов ОАО «Газпром» к категориям по гражданской обороне с учётом специфики газовой отрасли.
Ключевые слова: Единая система газоснабжения, газотранспортная система, категории по гражданской обороне, устойчивое функционирование Единой системы газоснабжения, системный подход.
G. Rakitina, A. Dubrovin, S. Dolgov
OBJECTS OF UNIFORM SYSTEM OF GAS SUPPLY AND THEIRS REFERENCE TO CIVIL DEFENCE CATEGORIES ACCORDING TO THE FEATURES OF ITS SYSTEM
The article views the objects of Gazprom-JS and theirs reference to civil defence categories according to a specific of gas industry.
Keywords: uniform system of gas supply, gas and transport system, categories of civil defence, steady functioning of uniform system of gas supply;system approach.
На территории России сосредоточено до 18 % от мировых запасов природного газа. Наша страна занимает первое место в мире по объёмам его экспорта (доля России в мировой торговле газом превышает 20 %). Большую часть импортёров российского газа составляют страны Западной и Восточной Европы, являющиеся членами Северо-Атлантического военного блока НАТО. Согласно последней военной доктрине этого блока, принятой 19.11.2010 г. в Лиссабоне, для обеспечения энергетической безопасности стран-участниц НАТО его военно-политическое руководство готово использовать любые методы и средства, вплоть до применения военной силы. Это создаёт для нашей страны вполне реальную военную угрозу.
Как показывает мировой опыт военных конфликтов последних десятилетий, при ведении военных действий в число приоритетных объектов нападения входят наиболее значимые для экономики воюющих стран промышленные объекты. В условиях, когда доля природного газа в топливно-энергетическом балансе России составляет свыше 45 %, когда более 50 % электроэнергии в стране вырабатывается с использованием природного газа, когда природный газ для жизнеобеспечения использует более 50 % населения, можно предположить, что объекты Единой системы газоснабжения (ЕСГ) в случае военных конфликтов станут вероятными объектами нападения.
Ранее объекты ЕСГ, входящие в состав ОАО «Газпром», были отнесены к категориям по гражданской обороне (ГО). Однако категорирование было проведено исходя из условий ведения войны с использованием оружия массового поражения (ОМП).
Изменение доктринальных взглядов США и НАТО на ведение современных войн требует изменения подходов и принципов отнесения объектов ЕСГ к категориям по ГО. При этом должны учитываться как организационно-производственные особенности структуры ОАО «Газпром», так и режимно-технологические особенности функционирования ЕСГ.
При существующей в ОАО «Газпром» организационной структуре невозможно осуществлять категорирование на уровне организации. В ОАО «Газпром» организацией является дочернее общество. Ряд дочерних обществ осуществляет эксплуатацию технологических объектов, которые рассредоточены на площади в сотни квадратных километров. При этом одна часть объектов может
- 35
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
не относиться к категориям по ГО, другая часть объектов может иметь 2 категорию, а один - два объекта - 1 категорию. В этой ситуации вопрос о присвоении организации категории по ГО не имеет однозначного решения. Из этого следует, что специфика организационной структуры ОАО «Газпром» диктует необходимость проведения категорирования по вопросам ГО не на уровне организаций (дочерних обществ), а на уровне технологических объектов.
ЕСГ представляет собой сложный производственно-технологический комплекс объектов добычи, переработки, транспорта, хранения и распределения газа, работающих в едином сбалансированном и согласованном технологическом режиме. Процесс газоснабжения является непрерывным и неразрывным по всей технологической цепочке от эксплуатационной скважины до газораспределительного пункта, где осуществляется передача газа потребителям через сети среднего и низкого давления. Несмотря на то, что все объекты ЕСГ работают в едином согласованном режиме, организация функционирования объектов добычи, переработки, транспортировки и хранения газа имеет свою специфику, которая должна учитываться при отнесении этих объектов к категориям по ГО. Целесообразно рассмотреть эти особенности и идентифицировать виды объектов наземного обустройства на предприятиях по добыче, переработке, транспортировке и хранению газа, которые подлежат отнесению к объектам, категорируемым по ГО.
В настоящее время основной объём добычи газа в России обеспечивается за счёт эксплуатации уникальных по запасам газовых месторождений, площадь которых составляет сотни квадратных километров. Эти месторождения располагаются на севере Тюменской области, в районах распространения многолетнемёрзлых пород, характеризующихся высокой заболоченностью местности. Учитывая сложность и высокую стоимость проведения работ по бурению скважин, сооружению технологических установок и прокладки трубопроводов, в этих условиях разработка указанных месторождений осуществляется кустовым способом. Куст представляет собой группу компактно расположенных эксплуатационных скважин, подключённых посредством газопроводов относительно малых диаметров (шлейфов) к установкам комплексной подготовки газа (УКПГ). УКПГ - совокупность оборудования, осуществляющего очистку от механических примесей извлечённого из недр газа, его осушку от пластовой жидкости, а также и от конденсата, в случае его наличия в составе добываемого газового флюида. Это оборудование компактно размещается в пределах одной промышленной площадки по своим размерам несоизмеримо малой по сравнению с площадью всего месторождения. Фонд эксплуатационных скважин, подключённых к УКПГ, как правило, включает определённое количество резервных скважин, которые, при необходимости, могут использоваться для поддержания заданных объёмов добычи газа при остановке некоторого числа эксплуатационных скважин. Разработка крупных и уникальных месторождений ведётся с использованием нескольких кустовых установок. Эти установки размещаются на относительно большом (в несколько километров) удалении друг от друга. С УКПГ газ подаётся в общепромысловый газопровод (коллектор), по которому осуществляется передача газа с месторождения в магистральные газопроводы. Для повышения надёжности поставок газа и повышения устойчивости функционирования газодобывающего предприятия в чрезвычайных ситуациях различного характера осуществляется резервирование коллектора. Резервирование выполняется либо посредством его кольцевания, либо за счёт строительства дополнительных, дублирующих ниток. Объём добычи газа по месторождению в целом представляет собой совокупный объём добычи газа по всем УКПГ. Прекращение работы одного из УКПГ приводит к снижению общего объёма добычи газа по месторождению. Из этого следует, что наиболее ответственным элементом обустройства месторождений является УКПГ. Значимость отдельно взятого УКПГ определяется долей его произ-
36 Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
водительности в общем объёме добычи газа по месторождению и значимостью месторождения в обеспечении устойчивого функционирования ЕСГ в условиях военного времени. Последнее может быть определено только с системных позиций, требующих специальных методов решения.
Более 90 % природного газа в России добывается из газовых и газоконденсатных месторождений. Содержание метана в этом газе составляет до 98 %. В силу этого его дополнительной переработки не требуется. Сразу после очистки и осушки на УКПГ он передаётся в газотранспортную систему (ГТС). Однако на ряде месторождений газ содержит сероводород. Из-за высокой коррозионной агрессивности этого газа он не может напрямую подаваться в магистральный газопровод без предварительной очистки от агрессивного компонента. Очистка осуществляется на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ), специально сооружаемых рядом с такими месторождениями. При этом оборудование ГПЗ и газодобывающего месторождения работает в едином технологическом режиме, образуя газохимический комплекс (ГХК). Так как сероводород является химически опасным веществом, а на некоторых месторождениях его содержание в газе превышает 25 %, то из-за высокой химической опасности при категорировании по ГО такие объекты априори включаются в число объектов особой важности. В условиях военного времени указанные ГХК подлежат остановке для предотвращения химического заражения местности и массового отравления населения.
В составе предприятий ОАО «Газпром» имеются также газоперерабатывающие заводы другого профиля. Они осуществляют: извлечение из газа гелия, производство промышленной сажи, получение моторных топлив и т. д. Эти ГПЗ работают в самостоятельных технологических режимах, не согласующихся с режимами работы ЕСГ. Их функционирование не влияет на объёмы поставок газа в газотранспортную систему, и такие заводы не входят в состав ЕСГ. Отнесение данного вида ГПЗ к категориям по ГО можно проводить в соответствии с общепринятой методологией.
При отнесении объектов транспортировки природного газа к категориям по ГО необходимо учитывать специфические особенности, обусловленные как особенностями физических процессов перекачки природного газа по трубам, так и особенностями построения и функционирования газотранспортной сети ЕСГ.
Перемещение природного газа по газопроводам обеспечивается за счёт перепада давлений в газопроводной трубе, создаваемого компрессорными станциями (КС). Согласно физическим законам, при движении газа по трубе происходит потеря давления. Для поддержания установленных рабочих давлений на нитке газопровода через каждые 100 - 120 км устанавливаются КС (рис. 1а). Эта дистанция является оптимальной для обеспечения перепада давления, позволяющего поддерживать проектную производительность газопровода в пределах данного участка. В случае увеличения дистанции (плеча перекачки газа между КС) будет наблюдаться падение производительности газопровода. Надо иметь в виду, что КС не располагаются непосредственно на газопроводе. Они размещаются на определённом удалении от газопроводов и подключаются к ним посредством обводных байпасных линий, которые обеспечивают возможность подачи газа, минуя КС.
Все КС, осуществляющие транспортировку газа по одной газопроводной нитке, имеют примерно одинаковую производительность.
Выход из строя одной КС увеличивает плечо перекачки до 200 - 240 километров и приводит к снижению производительности газопровода примерно на 30 %. Снижение производительности газопровода от увеличения плеча перекачки газа имеет нелинейную зависимость. В табл. 1 показано, как снижается производительность газопровода в случае увеличения длины плеча перекачки газа из-за отключения подряд расположенных по трассе КС. Рис. 1 наглядно иллюстрирует данное положение. Важно отметить, что даже если все КС по трассе будут отключены, газопровод будет
- 37
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2012'2
продолжать поставку какого-то объёма газа за счёт работы головной КС, находящейся рядом с газовым промыслом.
Таблица 1
Количество отключённых подряд КС, ед. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Производительность нитки газопровода, % 70 60 50 45 41 38 35 33 31
100 км 200 км
а) Производительность снижается до 70 %. 300 км
б) Производительность снижается до 60 %. 400 км
в) Производительность снижается до 50 %.
Рис. 1. Снижение производительности газопровода при увеличении длины плеча перекачки газа в случае отключения КС
Из вышеприведённых данных следует один важный факт. При наличии на газопроводе нескольких КС снижение производительности газопровода зависит не только от числа отключённых КС, но и от расположения их на трассе, что наглядно показано на рис. 2. Так, если на газопроводе имеется 8 КС и из них 4 отключённых, то возможны 4 варианта снижения производительности газопровода из-за разных вариантов увеличения длины плеча перекачки газа.
Вариант а предполагает, что отключённые КС располагаются по трассе через одну станцию. Максимальная длина плеча в этом случае составляет 200 км, производительность газопровода при этом снижается примерно до 70 %.
Вариант б предусматривает отключение двух последовательно расположенных КС. Максимальная длина плеча перекачки газа при данных условиях достигает 300 км, а снижение производительности составляет около 60 %. Следует отметить, что при этом расположение других отключённых КС не играет роли, так как в любом случае длина плеча перекачки газа не может превысить 300 км.
В варианте в происходит отключение трёх последовательно расположенных КС. При данных параметрах длина плеча перекачки газа будет равняться 400 км, что приведёт к снижению производительности газопровода до 50 %.
Наиболее тяжёлым случаем будет последовательное отключение четырёх КС (вариант г), при котором максимальная длина плеча перекачки газа может увеличиться до 500 км. Производительность газопровода в этих условиях упадёт до 45 %.
Из вышеуказанного следует, что производительность газопроводов зависит от наличия и размещения КС на трассе, что обусловливает необходимость включения КС в число объектов, подлежащих отнесению к категориям по ГО.
200 км
200 км
200 км
а - отключение четырёх КС через одну КС;
300 км 300 км
и
и.
.о.
300 км
200 км
200 км
и
и.
.О.
б - отключение подряд двух КС;
400 км
200 км
и
и.
в - отключение подряд трёх КС;
500 км
п п □ □
-Ш.
г - отключение подряд четырёх КС.
Рис. 2. Снижение производительности газопровода при разных вариантах отключения КС:
- работающая компрессорная станция;
И
- отключённая компрессорная станция; - нитка магистрального газопровода
Кроме того, из приведённых выше положений следует ещё несколько выводов, важных с точки зрения оценки значимости КС для обеспечения устойчивого газоснабжения:
- все функционирующие по трассе КС равны по своей значимости;
- производительность газопровода определяется не суммарной установленной мощностью всех функционирующих на газопроводе КС, а способностью трубы определённого диаметра осуществлять перекачку определённого объёма газа при заданных перепадах давления.
С позиции одного изолированно работающего газопровода определить значимость КС невозможно, её можно определить только с учётом функционирования всей газотранспортной системы.
Газотранспортная система, составляющая основу Единой системы газоснабжения, сегодня представляет собой сложную топологическую структуру. Она характеризуется большой протяжённостью (более 165 тыс. км), разветвлённостью, наличием перемычек, закольцованных участков и участков с реверсивной подачей газа. Основные газодобывающие мощности в нашей стране (более 90 %) сосредоточены на севере Тюменской области, откуда газ по трём основным направлениям подаётся в европейскую часть страны и на Урал. Поставки газа осуществляются по транзитным магистральным газотранспортным коридорам. Эти газотранспортные коридоры представ-
ляют собой многониточный технологический комплекс магистральных газопроводов больших диаметров, объединённых перемычками и работающих в едином газотранспортном режиме. Перемычки попарно объединяют газопроводные нитки. Каждая перемычка представляет собой участок трубы, оснащённый на обоих концах отсекающими кранами. Перемычки устанавливаются с интервалом в 20 - 40 км. Наличие таких перемычек позволяет, в случае разрыва одной из газопроводных ниток, отключить её на аварийном участке, не нарушая работы всего газотранспортного коридора.
Крупные магистральные газотранспортные коридоры по территории страны пролегают в направлении с северо-востока на запад. Они пересекаются многониточными системами газопроводов, протянувшимися с юга на север. Эти системы объединяют, как правило, не более 2 - 3 ниток газопроводов меньших диаметров, характеризующихся меньшей производительностью. Такие газотранспортные коридоры в ЕСГ играют роль межсистемных перемычек, обеспечивая связь между основными магистральными газотранспортными системами и закольцовывая ЕСГ. Это существенно повышает устойчивость функционирования ЕСГ, обеспечивая в случае необходимости возможность перераспределения потоков газа в системе.
Основная часть газопроводов, и в первую очередь крупных магистральных газотранспортных коридоров, осуществляет транспортировку газа в одном направлении. Но на некоторых участках предусмотрена возможность реверсивной подачи газа в двух направлениях, что расширяет возможности по диверсификации (перераспределению) потоков газа.
От магистральных газопроводов газ потребителям подаётся посредством газопроводов-отводов. Они в большинстве случаев имеют меньшие диаметры, чем магистральные газопроводы и межсистемные перемычки. Газопроводы-отводы образуют газораспределительные сети высокого давления, обеспечивая возможность поставок газа наиболее ответственным потребителям с нескольких независимых направлений. Наличие закольцованных участков в этих газораспределительных сетях ещё больше повышает устойчивость газоснабжения потребителей.
Важная роль в обеспечении устойчивого газоснабжения потребителей в военное время отводится подземным хранилищам газа (ПХГ). ПХГ представляют собой газовые залежи, искусственно созданные в куполообразных геологических структурах, образованных газопроницаемыми (как правило, песчаными) пластами истощенных газовых месторождений или водоносных горизонтов. Указанные геологические структуры располагаются в недрах земли на глубине от 400 до 1500 тысяч метров. Объём газа в ПХГ доступный для использования (активный объём) может составлять от 50 миллионов до 60 миллиардов кубометров.
По составу наземного технологического оборудования и используемым техническим процессам ПХГ аналогичны эксплуатируемым месторождениям газа. Схема ПХГ представлена на рис. 3. В состав этого оборудования так же, как и на месторождениях, входят: эксплуатационные скважины, шлейфы, установки предварительной подготовки газа (УППГ), подводящие коллектора, а также дожимные КС (ДКС). С помощью ДКС осуществляется закачка газа в пласт в весенне-летний период, а также отбор газа из хранилища в конце зимнего периода (периода отбора газа). ПХГ могут обеспечивать резервирование значительной части потребителей, однако на территории страны они могут создаваться только там, где имеются необходимые геологические условия, а не в тех местах, где их размещение было бы оптимальным с точки зрения устойчивого функционирования ЕСГ.
Рис. 3. Схема ПХГ: 1 - магистральный газопровод; 2 - пылеуловители; 3 - компрессорная станция;
4, 6 и 8 - сепаратор; 5 - градирня; 7 - газораспределительный пункт; 9 - скважина
Учитывая сложную структуру газотранспортной системы, наличие в ней внутренних возможностей для саморезервирования и перераспределения потоков газа, наличие способности продолжать функционировать даже в случае остановки некоторых технологических объектов (например, КС), оценить роль каждого элемента газоснабжения в обеспечении устойчивости функционирования всей системы возможно только с общесистемных позиций. Поэтому формирование перечня объектов, подлежащих категорированию по ГО, можно осуществлять только с использованием специальных моделей и специальных методов, которые позволяют учесть все перечисленные выше функциональные особенности ЕСГ. С этой точки зрения наиболее эффективным является использование методов потокового моделирования, базирующихся на использовании положений теории графов.
Таким образом, при отнесении объектов ОАО «Газпром» к категориям по ГО необходимо учитывать следующее:
категорирование недопустимо осуществлять на уровне организаций (дочерних обществ), необходимо категорировать технологические объекты;
в число категорируемых объектов должны входить УКПГ, КС, ПХГ;
значимость конкретных объектов для обеспечения устойчивого газоснабжения потребителей в военное время можно оценить только с позиции ЕСГ в целом;
для учёта системной значимости объектов ЕСГ целесообразно использовать модели и алгоритмы, базирующиеся на использовании методов решения потоковых задач.
Литература
1. Стратегическая концепция для обороны и безопасности стран-членов организации Североатлантического договора от 19 ноября 2010 г. http://nato.w-europe.org/show.php.аrt.
2. Никоненко И.С., Васильев Ю.Н. Газодобывающие предприятия как сложная система. - М.: Недра,
1998.
3. Белоусов В.Д. и др. Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: Недра, 1978.
