Алюминиевые решения для нефтегазовой промышленности и водородной энергетики

12.05.2022 09:36
Просмотров: 801

Выбор нефтяников и газовиков в пользу алюминия объясняется уникальным сочетанием свойств, которыми обладает металл. Об этом говорили эксперты компаний – членов Алюминиевой Ассоциации в ходе тематической сессии «Алюминиевые решения для нефтегазовой промышленности и водородной энергетики» на Международной выставке «НЕФТЕГАЗ-2022».

Решения на основе алюминия и его сплавов превосходят аналоги из других материалов по целому ряду параметров. Они существенно легче и дешевле, более устойчивы к воздействию агрессивных сред и высоких нагрузок, лучше переносят экстремально низкие температуры.

«Алюминиевый Вестник» рассматривает на примерах, в каких видах продукции для нефтегазовой отрасли эти важные характеристики алюминия проявляются наиболее ярко.

ГНЕТСЯ – НЕ ЛОМАЕТСЯ

Обеспечить надежное энергоснабжение техники и оборудования на нефтяных и газовых месторождениях помогают кабели с алюминиевой жилой. Один из таких кабелей – ELKAFLEX, производство которого впервые в России запустили на Богословском кабельном заводе (БКЗ). Кабель предназначен для присоединения экскаваторов, а также других передвижных механизмов или электроустановок к электрическим сетям с изолированной нейтралью на номинальное переменное напряжение основных жил 6000 В, вспомогательной – до 380 В номинальной частоты 50 Гц. По словам генерального директора предприятия Владимира Савченко, кабель обладает исключительной гибкостью, в том числе при отрицательных температурах, его можно без труда согнуть в разных направлениях без потери качественных характеристик.

В зависимости от конструкции ELKAFLEX на 45% дешевле аналогов, он отличается повышенной износостойкостью и небольшим весом – 32 кг. Кабель успешно выдержал опытно-промышленные испытания практически на всех крупных добывающих нефтегазовых комплексах.

Еще одна модель – нефтепогружной кабель ELKAOIL – предназначена для подачи электрической энергии к электродвигателям установки добычи нефти на номинальное напряжение 3,3 кВ и 4 кВ с диапазоном рабочих частот 35-200Гц. В ELKAOIL использован специальный термо- и коррозионностойкий алюминиевый сплав. Кабель имеет повышенную стойкость к растворенному в скважинной жидкости сероводороду и СО2.

Для стационарной прокладки используется силовой кабель ELKAPOWER с гибкими токопроводящими жилами. Он представляет собой более дешевый аналог медного кабеля КГВВ (в данном случае это АсКГВВ).

На БКЗ также изготавливаются полуфабрикаты для кабелей среднего напряжения 10 Кв. Они применяются для питания электроустановок – подвижных, мобильных, работающих в условиях Крайнего Севера и агрессивных сред. Экран кабеля выполнен из алюминиевых гибких стренг, что повышает его укрывистость и позволяет избежать ломкости.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются специалисты при работе на объектах нефтегазового сектора, – низкие температуры, охрупчивание наружных покровов, что вызывает преждевременный выход из строя кабельных линий.

Как рассказал директор по проектным продажам ГК «Москабельмет» Дмитрий Чудных, специалисты компании нашли решение: в 2018 году был разработан кабель марки КРИОСИЛ, который выдерживает воздействие экстремально низких и высоких температур – от -85 до +85°C. В этих температурных условиях изоляция не теряет прочности и сохраняет пластичность, а эксплуатационные характеристики не снижаются. Внешняя оболочка кабеля также обладает улучшенными механическими характеристикам и свойствами, препятствующими распространению горения. Кроме того, КРИОСИЛ устойчив к воздействию нефтехимических продуктов.

Кабели КГБЭ для систем верхнего привода используются для управления передвижными буровыми установками. Стоит отметить, что КГБЭ – первый отечественный кабель, применяемый в составе шлейфа системы верхнего привода в буровой установке. Он является аналогом импортной продукции – немецким TSUBAKI Kabel Schlepp и OLFLEX PETRO Lapp Kabel, но стоимость его при этом на 30% ниже.

С задачей импортозамещения успешно справляется и кабель с термостабилизированной изоляцией ТЭВОКС – он полностью состоит из отечественных компонентов. В его конструкции применен алюминиевый сплав 8ххх серии, что позволяет добиться повышенной стойкости кабеля к механическим и термическим воздействиям. ТЭВОКС используется для прокладки, замены и реконструкции кабельных линий в сетях с изолированной нейтралью.

В 2020 году на предприятии «Завод Москабель» (входит в ГК «Москабельмет») освоили производство силовых кабелей с броней из бесшовной гофрированной алюминиевой трубки. Конструкция таких кабелей обладает повышенной радиальной жесткостью – при изгибах не происходит повреждение сердечника, а также стойкостью к продольным растягивающим усилиям. Бронированный кабель подходит для прокладки в регионах вечной мерзлоты, в скалистой и болотистой местности, для подводной прокладки и речных переходов.

И, конечно, нельзя не упомянуть о том, что применение кабельной продукции с жилами из алюминиевого сплава позволяет до 50% сократить стоимость проектов. Это особенно актуально в текущих реалиях – алюминий в отличие от меди в меньшей степени подвержен ценовым колебаниям.

НЕФТЕГАЗ В ПРОФИЛЬ

Алюминиевые решения находят применение и при строительстве объектов нефтегазового сектора экономики. Речь идет об ультрасовременных сооружениях, таких как научно-технические центры, на базе которых будут осуществляться научные и инновационные разработки для нефтегазовой промышленности.

Руководитель отдела маркетинга «Урало-Сибирской профильной компании» (УСПК) Алексей Коноплев рассказал об архитектурных алюминиевых системах INICIAL. Строительный профиль производства УСПК применялся при создании научно-технического центра «НОВАТЭК» и Центра исследования пластовых систем «Геосфера» в Тюмени, а также Центра индустриальной интеграции «Газпромнефть – Технологические партнерства» в Ханты-Мансийске.

В числе инноваций, которые экструзионный завод может предложить нефтегазовой отрасли, Алексей Коноплев называет алюминиевые керноприемные трубы. Это оборудование используются в скважинах с температурой, превышающей предел для фибергласса, и в скважинах с сероводородным заражением. По заказу компании OIL ENERGY предприятие делает прутки из магниево-алюминиевого сплава – для производства растворимых шаров, которые используются для активации скважинного оборудования. Это решение позволяет снизить затраты на строительство скважин.

МАРШ БУРОВЫХ КОЛОНН

В нефтегазовой отрасли все начинается с добычи углеводородов, а значит, с бурильного оборудования. Наибольшим спросом в сфере российского ТЭК пользуются трубы OCTG – трубы нефтепромыслового сортамента для обустройства нефтяных и газовых скважин. Как отмечает Ян Глумов, руководитель проектов в нефтегазовой отрасли Алюминиевой Ассоциации, алюминиевые трубы обладают целым рядом преимуществ перед аналогами из других материалов. В первую очередь, это низкий вес, что позволяет буровым колоннам работать более эффективно и с оптимальным уровнем нагрузки. Благодаря меньшему радиусу изгиба алюминиевых бурильных труб они используются для горизонтального бурения, объемы которого в стране неуклонно растут.

Трубы OCTG изготавливаются из сплавов Д16 и 1953. С учетом потребностей клиентов был разработан принципиально новый алюминиевый сплав, главным преимуществом которого является высокая коррозионная стойкость. По информации Яна Глумова, сплав запустят в производство в этом году. При этом буровые и нефтегазовые компании смогут бесплатно протестировать новый продукт.

Еще один проект – алюминиевые купольные крыши вертикальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Основные их преимущества – это опять-таки низкий вес (в 6-10 раз легче по сравнению со стальными аналогами) и отсутствие сероводородной коррозии кровли. К слову, алюминиевой купольной крыше не потребуются ремонт и техобслуживание на протяжении всего периода ее эксплуатации.

Другие проекты связаны с автомобильной промышленностью – алюминиевый композитный баллон для компримированного (сжатого) природного газа. По мере увеличения численности транспорта на газомоторном топливе и ввода дополнительной газозаправочной инфраструктуры востребованность этого продукта будет возрастать. Алюминиевый баллон прочный и легкий, что позволяет экономить энергию при движении автомобиля на газе.

ТЕПЛО АЛЮМИНИЯ

Коль скоро зашла речь о заправке транспорта, уместно обратиться к теме АЗС с автономным модулем получения высокочистого «зеленого» водорода. О принципах работы этой системы рассказали на НФТЕГАЗ-2022 Алексей Борейшо и Владимир Рыжкин из компании «Лазерные Системы».

Автономный энергетический модуль предназначен для снабжения высокочистым водородом стационарных и транспортных объектов, оснащенных водородными топливными элементами. Использование автономного модуля обеспечивает безопасную эксплуатацию объектов, позволяя управлять ими в автоматизированном или дистанционном режиме.

Кроме того, снижаются капитальные и эксплуатационные расходы, увеличивается срок службы оборудования. Получение водорода основано на реакции гидротермального окисления порошкообразного алюминия водой. В результате образуется гидроксид алюминия и водород, а также выделяется определенное количество тепла. Помимо высокочистого водорода, образуется коммерчески ценная мелкодисперсная оксигидроокись алюминия – бемит, являющаяся экологически безопасным продуктом. Бемит можно перерабатывать или использовать в исходном виде в качестве сорбента и катализатора для нефтехимии, компонента производства керамики, абразивного порошка для обработки или наполнителя для лакокрасочной промышленности.

Реакция осуществляется при повышенной температуре и давлении в гидротермальном реакторе путем непрерывной подачи в него водной суспензии порошка алюминия и непрерывного вывода продуктов реакции: водорода, бемита и остаточной воды в виде пара.

Тепловой эффект реакции в расчете на единицу массы алюминия (Q = 15,32 МДж/кг) может быть использован для создания когенерационных установок, обеспечивающих станции электрической и тепловой энергией. Уже создана и удачно испытана экспериментальная установка непрерывного получения водорода производительностью до 100 нм3/час.

Как же использовать тепло? Например, в генерационных установках, для получения горячего водоснабжения или выработки электроэнергии с помощью турбины – такой вариант позволяет создать автономную систему, которая не требует подвода электричества.

У станции производства водорода целый ряд преимуществ: энергонезависимость и мобильность, масштабируемость технологии, отсутствие углеродного следа и возможность получения высокочистого водорода, пригодного для топливных элементов.

ГЛАДКО СТЕЛЕТ

Руководитель группы проектов в прокате ОК РУСАЛ Елена Котельникова познакомила участников сессии с быстровозводимой алюминиевой инфраструктурой для труднодоступных регионов. Алюминиевые дороги и сборно-разборные покрытия призваны обеспечить транспортную доступность даже самых отдаленных уголков.

Мобильные конструкции из алюминиевых материалов незаменимы при создании местной и региональной авиационной инфраструктуры, а также в ходе эксплуатации газовых и нефтяных месторождений в условиях Крайнего Севера.

Так, многоцелевой механизированный комплекс оперативного развертывания (ММК) обеспечивает быстрый подъезд и доставку техники на строительные объекты в условиях бездорожья, даже в сильно заболоченной местности. Комплекс может использоваться при ликвидации чрезвычайных ситуаций – там, где необходимо быстро преодолеть какие-либо преграды. Покрытие подойдет для сооружения мигрирующих взлетных полос для легкой авиации и организации подъездных путей к речным берегам. Повышенная прочность и гибкость полотна позволяет создать временный настил на неустойчивой почве, при этом не нанося вред ее верхнему слою. В РУСАЛе разработали концепцию съемного навесного оборудования для размещения алюминиевого дорожного полотна на стандартной строительной технике. Благодаря высокой подвижности и гибкости конструкции алюминиевую «дорогу» можно сворачивать в единый рулон.

Из мобильных сборно-разборных конструкций можно оперативно создавать взлетно-посадочные полосы и вертолетные площадки в труднодоступных и отдаленных районах. Они значительно легче аналогов из бетона, перевозятся в контейнерах, собираются вручную без какой-либо специальной техники. Алюминиевые сборно-разборные покрытия используются для всех типов пассажирских вертолетов, в том числе тяжелых, санавиации, сельхозавиации, спортивной авиации и беспилотников. Эти конструкции могут быть преобразованы в рулежные дорожки, перроны, места стоянки техники, концевые полосы торможения, взлетно-посадочные полосы, а также временные дороги, площадки под оборудование и технические полы.

Конечно же, перечисленные примеры представляют собой далеко не полный перечень алюминиевых решений для нефтегазового сектора российской промышленности. Каждый год появляются новые сплавы, технологии и продукты, позволяющие сделать нефте- и газодобычу во всех отношениях более эффективной.