Аналитическая система «под ключ» контролирует коррозионную опасность

Вот уже более 30 лет ведётся добыча нефти на месторождении Миттельплат (Mittelplate), находящийся на южной оконечности морского природного, национального парка Шлейцвег-хольстен Вадден (Schleswig-Holstein Wadden Sea National Park).
В прошлом нефть доставлялась на береговые пункты с помощью специальных судов, но с 2005 года перекачка осуществляется посредством 10-километрового стального трубопровода. Расположение добывающего объекта на песчаной отмели национального природного парка обязывает соблюдать самые строгие правила обеспечения охраны окружающей среды и безопасности. Неукоснительное соблюдение этих правил пронизывает всю деятельность на площадке Миттельплат с самого первого дня её работы.

 

Смесь нефти и воды, поступающая из скважин, разделяется с помощью сепараторов на самой платформе. Газ, не использующийся для работы газовых турбин, сжимается и направляется в транспортировочную трубу, идущую к береговым объектам, где он отделяется и направляется дальше. Он содержит  более 60% метана, около 25% лёгких углеводородов (фракции C2-C4) и около 6% азота, а также небольшие доли коррозионных газов, таких как двуокись углерода, кислород и серистые газы. При более высоком проценте содержания последние компоненты могут вызывать коррозию стальных конструкций. Любая утечка нефти или газа может обернуться серьёзной катастрофой. Именно поэтому контроль работы линии трубопровода является первостепенной задачей.

В соответствии с официальными требованиями, степень коррозионной опасности несущей газовой среды в трубе требуется проверять регулярно. До построения аналитического блока такие проверки производились каждые 6 месяцев путём осуществления ручных замеров. Компания-оператор Винтершелл Деа Дойчленд (Wintershall Dea Deutschland) пришла к выводу, что этого недостаточно. “Состав несущей газовой среды может быстро изменяться в зависимости от производственного графика и условий разделения. Мы решили построить рабочий процесс с высокой периодичностью контроля состояния”,- поясняет инженер-электрик Фабиан Элерс, производственного подразделения Хольстен ойл (Holstein oil) компании Винтершелл Деа Дойчленд. “Создание аналитической системы измерения концентрации компонентов, вызывающих коррозию конструкций из нержавеющей стали» и стало немного громоздким, но рабочим названием этого проекта.

Для этой задачи в 2012 году и был сделан заказ на создание системы газоанализа, которая была реализована в Миттельплате. Однако, данное решение на основе УФ-фотометрии так и не смогло оправдать возложенных ожиданий в части функционала и надёжности. Поэтому в 2015-ом году компания-оператор решила попробовать ещё раз. В качестве нового решения данной задачи была избрана комбинация хроматографии и электрохимических методов измерения уровня кислорода. “Для нас было важно получить целостное решение из одних рук, которое охватит все аспекты поставленной задачи”, - говорит Элерс, описывая цели проекта.

 

“Нас рассматривали как одного из возможных исполнителей данного аналитического решения”,- вспоминает Вернер Ворринген (Werner Worringen), руководитель по маркетингу аналитических решений компании Yokogawa. Вскоре после стартовых обсуждений была организована встреча уже на самой площадке месторождения Миттельплат. Его коллега, сервисный инженер аналитических решений Саща Гёлтц (Sascha Gölz), в начале работы был серьёзно озадачен ограниченностью пространства, на котором предстоит работать. “Очень скоро я понял, что будет необходимо спроектировать индивидуальный шелтер настолько компактный, что его будет можно поместить в рабочую зону, и который сможет выдержать сложные условия эксплуатации”,- сказал он. Спустя несколько недель, когда была получена подробная смета, оказалось, что решение было привлекательно ещё и по цене. Элерс вспоминает своё удивление: “Yokogawa разработала индивидуальное решение, вложив свои идеи, как  поставщик решений, который слушает  тебя и мыслит вперёд. Именно это в конце концов и убедило нас.” Как выразился Гёлтц: “Безусловно, что именно вклад в командную работу наших компаний-партнёров стал критически важным для нашего успеха.”

Шелтер с установленным аналитическим решением доставляется на площадку в Миттельплат

Шелтер с анализаторами и резервным источником водорода
(слева, в пристроенном боксе), установленный на месте работы

Чертёж общего вида расположения компонентов решения в шелтере

В тот же год был подписан контракт на производство шелтера для анализаторов с площадью в шесть квадратных метров. В мае 2016г. этот контейнер уже был доставлен морем на добывающую платформу и установлен. Аналитическую основу решения составил газовый хроматограф от наших японских поставщиков, устройство измерения кислорода и измерительный блок охлаждения газа на входе компрессора.

“Тот факт, что контейнер был выполнен из специального пластика с волокнистой матрицей, а не коррозионно-стойкой стали особой марки, как было предложено в проекте, стало основой успеха решения”, поясняет Гёлтц. Этот выбор избавил от необходимости поведения сложных и дорогих сварочных работ при закреплении крыши уже на площадке Миттельплате, которую затем пришлось демонтировать из соображений стеснённого пространства по месту установки. “У нас там был зазор по высоте всего в несколько сантиметров”, вспоминает Элерс. Сам шелтер был гораздо легче, чем если он был бы стальным, и не требовал нанесения специального покрытия. Вмонтированные в крышу шелтера пластинчатые теплообменники были подключены к контуру охлаждения в центральной операторной, что также избавляло от необходимости устанавливать отдельную систему климат-контроля. “Это также имеет положительное влияние на затраты по обеспечению и эксплуатации, экономя средства при обеспечении взрывозащитных мер”, - поясняет Ворринген. В крышу также встроены системы электрообогрева и каналы воздуховодов для обеспечения вентиляции с подпором.

Предварительные обсуждения по работам технического обслуживания на площадке Миттельплат: Саща Гёлтц, Фабиан Элерс, и Вернер Ворринген (слева направо) .

 

Обогреваемая система отбора проб обеспечивает непрерывный цикл репрезентативных измерений несущего газа в трубе. Газ подаётся в шелтер через подогреваемый трубопровод. Аналитическая система была введена в эксплуатацию в октябре 2016 года, и она работала в связке с системой управления CENTUM VP с поддержкой контроллеров приборной системы безопасности ProSafe-RS. Она обеспечивает поступление новых значений измерения примерно раз в четыре минуты с высокой точностью. Аналитическая система также хорошо показала себя на интервале следующих нескольких лет работы в морских условиях. Система проходит регулярное обслуживание два раза в год, которое состоит, в основном, в замене фильтров системы пробоподготовки и подачи вспомогательных газов для пламенно- фотометрического детектора. Так как последний не имеет встроенного резервирования, к нему установлены два цилиндра сжатого газа 50-l в качестве запасного решения. Данный механизм позволяет системе продолжать работу в течение примерно трёх недель. “Это было ещё одно предложение от компании Yokogawa. Мы изначально отнеслись к этому предложению критически из-за связанных логистических трудностей. Но оно оказалось весьма уместным в случае отказа генератора водорода”, поясняет Элерс. Во время проведения обслуживания газовый хроматограф также проходит повторную калибровку по стандартным смесям газов. Используемые набивные колонки весьма надёжны и находятся в эксплуатации уже более трёх лет. Кроме ведения работ непосредственно с площадки, Гёлтц может работать с аналитической системой и удалённо через VPN, после прохождения авторизации. “Это означает, что небольшие сложности можно быстро решать, совместно с оперативным персоналом  без необходимости организации дорогостоящих визитов на площадку”, -поясняет он.

 

“Даже если система отлажена и прекрасно работает, всегда есть что-то, что можно улучшить”, добавляет Гёлтц. Например, изначально в зоне пробоподготовки были установлены пневматические тефлоновые линии управления, которые отлично справлялись со своей работой при нормальных условиях, с температурой в 85°C. Однако эти соединения были в последствии заменены на металлические трубы для обеспечения более высокой температурной стойкости без повреждений и более надёжной защиты от утечек. Система управления температурой также получила некоторые улучшения.

Достаточно высокий уровень шума в шелтере при работе системы вентиляции с подпором – которая была необходима по требованиям охраны труда – сильно отвлекал внимание. “Хотя надобности подолгу работать внутри шелтера особо не было – только мне, при проведении операций обслуживания – здесь тоже нашли решение”, рассказал Гёлтц. Установка дополнительного редуктора давления в системе вентиляции вскоре решило эту проблему.

Недавно на площадке Миттельплат был введён в эксплуатацию объединённый компрессор. Он способен обеспечивать давление подачи несущего газа нужного уровня и для работы турбин, и для ввода в транспортировочный трубопровод. В будущем контроль за работой отдельной линии подачи газа на этот компрессор также будет осуществляться этой зарекомендовавшей себя системой. Для этой цели уже установлен второй узел пробоотбора. В зависимости от требуемого режима, работа может быть запущена и управляться самой системой управления. “Сама аналитическая система своим проектным решением и последующими годами стабильной работы убедила нас. Надёжная и точная работа чувствительной системы измерений подобной сложности просто поражает”, -говорит Элерс, подводя итог своего рассказа.

 

• Несущий газ на линии подачи нефти содержит коррозионные компоненты. При повышении их концентрации возникает риск коррозионного разрушения стальных конструкций.
• На производственно-буровой платформе месторождения Миттельплат данный параметр контролируется специальной аналитической системой.
• Обогреваемая система пробоотбора измеряемой среды обеспечивает непрерывный цикл отбора и репрезентативные результаты измерений на линии подачи газа-носителя.

 

Первая публикация на CHEMIE TECHNIK (5 июля, 2020г.)
https://www.chemietechnik.de/gaschromatograf-und-sauerstoffsensorik-auf-bohr-und-foerderinsel/