Предупреждение чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса с применением беспилотных летательных аппаратов

1.

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
Кафедра механики, ремонта и деталей машин
(в составе УНК «Пожаротушение»)
Тема ВКР: «Предупреждение чрезвычайных ситуаций
на объектах нефтегазового комплекса
с применением беспилотных летательных аппаратов»
Выполнил: обучающийся факультета подготовки инженерных и управленческих
кадров института безопасности жизнедеятельности по заочной форме обучения
учебной группы ТБ – 3.3.20(М) Дюдюшев Алтай Валериевич
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры
механики, ремонта и деталей машин (в составе УНК «Пожаротушение»)
полковник внутренней службы Киселёв Вячеслав Валериевич

2.

Цель ВКР
повышение безопасности от чрезвычайных ситуаций на
нефтеперекачивающей станции НПС «Комсомольская» и смежных
магистральных трубопроводов с применением беспилотных
летательных аппаратов.
Задачи ВКР
1. Проанализировать состояние производства в нефтегазовом комплексе Российской
Федерации.
2. Проанализировать возможные типы пожаров на объектах нефтегазового комплекса
и их развитие. Оценить риск возникновения ЧС на линейных объектах нефтегазового
комплекса.
3. Проанализировать применение беспилотных летательных аппаратов для
мониторинга ЧС в Российской Федерации и за рубежом и выбрать оптимальный тип
БПЛА для мониторинга линейных объектов нефтегазового комплекса.
4. Разработать методику предупреждения ЧС на НПС «Комсомольская» с
применением беспилотного воздушного судна.

3. Актуальность работы

Линейные объекты нефтегазовой отрасли нуждаются в постоянном
мониторинге с целью их безопасного функционирования. С этой целью все более
широко применяются беспилотные воздушные летательные аппараты различных
типов и классов в зависимости от протяженности магистральных трубопроводов и
характера осуществляемого мониторинга.
3

4.

ГРУППИРОВКА БЕСПИЛОТНОЙ АВИАЦИИ МЧС РОССИИ
В настоящее время в системе МЧС России на
находится 1820 беспилотных авиационных систем, в том числе:
оснащении
1688 единиц вертолётного типа, из них 132 единицы оснащены тепловизорами
В целях дальнейшего развития
беспилотной авиации в 2020 и плановом
периоде 2021-2020 годах
предусмотрена закупка БАС
нового поколения
реагирующих
подразделений
38 единиц самолётного типа

5. Частоты определенных характеров отказов нефтегазопровода

Характер отказа нефтегазопровода
Коррозионный отказ. Одиночный коррозионный
сквозной дефект с эквивалентным диаметром 2 дюйма
Структурный отказ. Усталостная трещина в стенке
трубопровода с эквивалентным диаметром 12 дюймов
"Гильотинный" разрыв. Разрыв трубы на полное сечение
в результате внешних воздействий
Частота отказов,
событий×км-1×год –1
2,4×10-4
6,0×10-5
6,12×10-5
Анализ статистических данных дает сведения о частоте отказов нефтепроводов и
вероятности возникновения ЧС, негативные последствия которых возможно снизить за
счет превентивных мероприятий.

6. Общая характеристика нефтеперекачивающей станции «Комсомольская»

7. Ситуационный план объекта исследования

8.

Структурная схема беспилотного летательного аппарата
8

9.

Беспилотный летательный аппарат Supercam S350
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Тактико-технические характеристики БПЛА
Supercam S350
Время полета
Скорость полета
Тип двигателя
Радиус действия радиолинии
Максимальная дальность полета
Максимальный вес
Полезная нагрузка
Размах крыла летательного аппарата
Рабочая высота полета
Время развертывания комплекса
Ветер
Температура окружающего воздуха
Значение
до 4,5 ч.
65-120 км/ч
электрический
90 км.
не менее 240 км.
9,5-11,5 кг.
камера, датчики
3,2 м.
150-5000 м.
15 мин.
до 15 м/с
От – 40°С до +40°С

10.

Схема алгоритма способа оценки влияния источника зажигания на
развитие пожара на линейных объектах нефтегазового комплекса
Начало
Получение данных с
борта беспилотного
воздушного судна
Датчик
освещенности
установленный
на аппарате
База данных
цветов гаммы огня
в пространстве
RGB
Освещенность
Цвет RGB
Высота
Скорость
Видеопоток
Видеодетектор
пламени 2.0 (FD)
да
обнаружено
горение
нет
Конец
ТРЕВОГА
Обнаружено
горение

11.

Методика предупреждения аварий на объектах нефтегазового комплекса
1. Первоначально необходимо осуществить подготовку к взлету. Для этого производится сборка и настройка аппарата. Производится
настройка наземных антенн для управления беспилотным воздушным судном, настраиваются телеметрические данные, проводится контроль
видео сигнала.
2. На втором этапе необходимо подключить электропитание к беспилотнику, также проверить качество связи и уровень заряда
аккумуляторных батарей. В ходе предварительной проверки готовности воздушного судна к полету производится проверка датчиков
воздушного давления и освещенности. При необходимости устанавливается дополнительное навесное оборудование.
3. Важным этапом подготовки к осуществлению полета является проверка погодных условий. В зависимости от технических
характеристик существуют ограничения по значению скорости ветра и другим погодным условиям.
4. При полной готовности к взлету производят загрузку полетного задания. В полетном задании учитываются геометрические
особенности объекта защиты, а также особенности рельефа местности. При облете объекта необходимо предусмотреть плавные углы
поворота воздушного судна.
5. После проведения всех необходимых подготовительных процедур осуществляется запуск воздушного судна с заранее подготовленной
площадки. Для запуска применяется эластичная катапульта. Рекомендуемых безопасный размер взлетной площадки должен быть не менее 100
м на 100 м. Мощность двигателей при взлете устанавливают на максимум.
6. После взлета и выхода беспилотного воздушного судна на круг облета начинается выполнение полетного задания. При этом
включается алгоритм распознавания наличия утечек газа или нефтепродуктов, а также наличия пламени.
7. Далее происходит выполнение летного задания, в ходе которого производится обработка поступающих данных. Данные хранятся в
оперативной памяти в течении двух минут от момента записи. При обнаружении утечек газа или разлива нефтепродуктов на твердотельную
память записывается две минуты до обнаружения и две минуты после обнаружения. По радиоканалу передается сигнал тревоги, фиксируются
координаты места утечки или воспламенения и время происшествия. Передаются фотография очага пожара. Также осуществляется передача
видео сигнала с места происшествия.
8. После получения сигнала тревоги, оператору необходимо проверить, обработать полученную информация и принять решение.
Оператор может повторно перенаправить беспилотное воздушное судно по другой высоте над местом происшествия, провести визуальный
осмотр при помощи средств телеметрии в он-лайн режиме или передать информацию о необходимости привлечения аварийной бригады.
9. После выполнения задания беспилотное воздушное судно возвращается в точку взлета и осуществляется его приземление в ручном
или автоматизированном режиме.

12.

Затраты на воздушный мониторинг нефтегазопроводов
Тип применяемого для воздушного
мониторинга БВС
Вертолет Ми-8
Беспилотное воздушное судно
самолетного типа Supercam S350
Стоимость летного часа, руб.
175000
8 000
Применение беспилотных летательных аппаратов самолетного типа, имеющих схожие летные
характеристики с вертолетами, для патрулирования нефтемагитральных трубопроводов способно принести
существенную экономию не столько за счет удешевления патрульных полетов, сколько за счет сокращения
ожидаемого ущерба, благодаря более раннему обнаружению нештатных ситуаций, которое достигается при
значительном увеличении интенсивности патрулирования.

13.

Выводы по ВКР
При выполнении выпускной квалификационной работы были получены
следующие результаты:
- проанализировано состояние производства в нефтегазовом комплексе, виды ЧС на
линейных объектах нефтегазового комплекса. Нефтегазовая отрасль нуждается в
совершенствовании системы мониторинга протяженных линейных объектов с
использованием современных технических устройств.
- предложен летательный аппарат, способный по тактико-техническим характеристикам
реализовывать предложенный алгоритм мониторинга.
- предложена методика применения БВС, позволяющая реализовать разработанный
алгоритм и функцию автоматизированного распознавания пламени на линейных
объектах нефтегазовой отрасли.
11

14.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!