CC BY
179
УДК 629.735.45
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЕРТОЛЕТОВ ПРИ ПАТРУЛИРОВАНИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ С УЧЁТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА
А.Д. МАСЛОВ, Ю.В. КРИВОЛУЦКИЙ
В статье приведена методология и результаты сравнительного технико-экономического анализа вертолёта Ка-226АГ с модульной конструкцией фюзеляжа и многоцелевого вертолета ВК117С-1 при патрулировании магистральных газопроводов в Западно-Сибирском регионе РФ.
Ключевые слова: вертолет, патрулирование газопроводов.
Воздушное патрулирование (ВП) магистральных газопроводов (МГ) заключается в систематическом наблюдении с борта вертолета за обслуживаемыми участками газопровода, закрепленными за данным территориальным управлением. Основными задачами воздушного патрулирования МГ являются: поддержание надежности работы МГ путем поиска и обнаружения аварий и повреждений МГ; предупреждение возникновения аварий за счет своевременного обнаружения нарушений правил охраны и эксплуатации МГ; снижение ущерба от отказа МГ и потерь газа; охрана окружающей среды.
Будем считать, что результатом ВП, как одного из направлений проведения средоохранных мероприятий, является величина предотвращенного ущерба, т.е. тот экономический ущерб, который удаётся предотвратить за счёт своевременного обнаружения отклонений в работе МГ при его обследовании с воздуха.
В общем случае эффект Э, получаемый от средоохранных мероприятий, можно выразить
как
Э = За
1)
где Ух - величина суммарного предотвращённого ущерба; Зсом - затраты на проведение средоохранных мероприятий.
Трансформируем формулу (1) под конкретное использование вертолёта для патрулирования МГ
УХ = 2о ' £уч ' Нн ^пр ' Робн ' Ротк ' Цотк /1000, (
2)
З = С 'Т (
сом лч гн ’
3)
где 20 - количество отказов, приходящихся на 1000 км трубопровода за год; Ьуч - протяженность участка трассы МГ, контролируемая одним вертолётом в течение года, км; Нн - количество ниток трубопровода, лежащих в одном технологическом коридоре; Упр - удельный вес причин отказов, которые можно контролировать при ВП; Робн - вероятность обнаружения опасного отклонения в состоянии и работе трубопровода, способного инициировать аварию (отказ) трубопровода; Ротк - вероятность возникновения отказа при отклонении в нормальной работе и состоянии трубопровода; Цотк - цена отказа трубопровода, руб./отказ. Величина Цотк включает в себя: затраты на восстановление линейной части трубопровода; ущерб от потери продукта; ущерб от простоя трубопровода; ущерб в газодобыче; ущерб потребителей газа на технологические нужды; экологический ущерб (плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ в результате
отказа трубопровода); Слч - себестоимость лётного часа вертолёта, руб./ч; тгн - годовой налёт вертолёта, ч.
В связи с тем, что величина У^ (2) при сравнении различных типов вертолётов с одинаковым оснащением для наблюдения остаётся неизменной, можно ограничиться сравнительным анализом затрат только на средоохранные мероприятия Зсом (3) для заданного объёма работ для данного территориального управления. Если сравниваемые вертолёты имеют отличающиеся по составу и возможностям диагностики комплексы бортового оборудования для ВП, то необходимо учитывать и величину У%.
В настоящее время патрулирование МГ осуществляется в основном вертолетами путем аэровизуального наблюдения, которое выполняет борт-оператор, входящий в состав одного из подразделений аварийно-восстановительной службы. Состав работ при воздушном патрулировании МГ регламентируется рядом отраслевых нормативных документов. Периодичность патрулирования два раза в неделю определяется «Положением о техническом обслуживании линейной части МГ», утвержденным 31.01 1984 г. Министерством газовой промышленности СССР. Следует отметить, что фактические величины годового налета вертолетов над трассами МГ значительно уступают нормативным значениям.
Согласно утвержденному в 1988 г. «Положению о ВП трасс МГ, конденсатопроводов и продуктопроводов», облет трассы при патрулировании осуществляется со скоростью 100-120 км/ч на высотах 100-120 м в равнинной и холмистой местности и 300-320 м в горной местности над препятствиями. Возвращение патрульного вертолета или полет вне трассы выполняется на крейсерской скорости, установленной для вертолета данного типа.
Исходными данными для выполнения технико-экономического анализа вертолётов при патрулировании МГ являются: Gт - запас топлива, кг; Qкр - часовой расход топлива на крейсерском режиме полета, кг/ч; QпaГp - часовой расход топлива при патрулировании, кг/ч; Gанз - аварийно-навигационный запас топлива Gaнз = 0,5 • Qкр , кг; ¥кр - крейсерская скорость полета, км/ч; Кпатр - скорость полета вертолета при патрулировании, км/ч; Из - ширина наблюдения при патрулировании, км; Ьб - расстояние от места базирования вертолета до района патрулирования, км; £патр - общая площадь патрулирования трасс МГ в заданном регионе, км2.
Алгоритм технико-экономического анализа вертолётов при патрулировании МГ строится следующим образом:
1. Рассчитывается себестоимость летного часа Слч вертолета при патрулировании МГ. Расчет ведется по разработанной авторами методике, в которой статьи расходов по эксплуатации коммерческих вертолетов соответствуют принятой в мировой практике структуре. Методика расчета себестоимости летного часа вертолета основывается на методических рекомендациях Г осНИИГ А, а также действующих законодательных актах РФ, отраслевых приказах и инструкциях.
2. Далее для вертолета последовательно рассчитывается время патрулирования за один полет
-■ о* - о
патр
а также время одного полета
+ ґ
патр'
3. Определяется производительность вертолета при патрулировании трассы МГ
г V • И (
п ____________ патр патр з (
патр _ 7Я ' 6)
4. Находится себестоимость патрулир ования 1 км2 тр ассы МГ
С
С _ лч (
патР п ■ 7)
патр /
5. Опр еделяется себестоимость патр улир ования вертолетами всех тр асс МГ в р ассматри-ваемом р егионе РФ
С _ С • S (
патрЕ патр патр'
В качестве примера реализации алгоритма (4)-(8) в данной работе приведены результаты сравнительного технико-экономического анализа российского вертолета Ка-226АГ с модульной конструкцией фюзеляжа и зарубежного многоцелевого вертолета Еврокоптер ВК117С-1 при патрулировании МГ в Западно-Сибирском регионе.
В рассматриваемом регионе обслуживание участков МГ закреплено за тремя предприятиями ОАО «Газпром»: ООО «Сургутгазпром», ООО «Тюментрансгаз», ООО «Томсктрансгаз». В настоящее время участки МГ, закрепленные за «Томсктрансгаз», выполнены в одну или две нитки. Участки МГ, закрепленные за «Сургутгазпром», выполнены в одну, две и три нитки. Предприятие «Тюментрансгаз» обслуживает участки МГ как в одну, две и три нитки, так и в многониточном исполнении (5, 7, 10 и 15 ниток).
Поскольку в настоящее время патрулирование МГ в основном осуществляется путем аэровизуального наблюдения, оператор не может визуально охватить с вертолета всю ширину трассы, которая содержит более двух ниток. Как показала практика ВП, оптимальным является одновременное наблюдение за двумя нитками МГ. Патрулирование МГ в многониточном исполнении выполняется путем последовательного пролета над одним и тем же участком N/2 раз, где N - число ниток газопровода. Поэтому протяженность патрулируемого участка МГ, включающего три нитки трубопровода, увеличивается в 2 раза, пять ниток - в 3 раза, семь ниток - в 4 раза, десять ниток - в 5 раз и 15 ниток - в 8 раз.
Анализ структуры МГ ОАО «Г азпром» показал, что в Западно-Сибирском регионе в пересчете на одно - и двухниточное исполнение суммарная протяженность патрулируемых участков составляет Ьмт = 21187 км.
Для выполнения технико-экономического анализа работ по патрулированию МГ были приняты следующие исходные данные:
• скорость полета при патрулировании Кпатр = 100 км/ч;
• высота полета при патрулировании - 100 м;
• расстояние от места базирования до района патрулирования и обратно 2 • Ьб ~ 85 км;
• ширина наблюдения при патрулировании Из = 18 м;
• общая протяженность трасс МГ в рассматриваемом регионе Ьмт = 21187 км;
• общая площадь патрулирования трасс МГ в регионе £па1р = Ьмт • Из = 381,4 км .
Легкий многоцелевой вертолет Ка-226, созданный в ОАО «Камов», выполнен по модульной схеме с фюзеляжем типа «летающее шасси». По техническому заданию ОАО «Газпром» разрабатывается модификация этого вертолета Ка-226АГ, предназначенная для решения ряда задач топливно-энергетического комплекса страны. В число таких задач входит и патрулирование МГ. Вертолет Ка-226АГ может выполнять патрулирование МГ как в варианте «летающего
шасси» без съемного модуля (рис. 1), так и в варианте с транспортной кабиной (рис. 2), которая в этом случае может быть использована для перевозки дополнительного оборудования, пассажиров или груза. В настоящей статье рассмотрен вертолет Ка-226АГ в варианте «летающее шасси», обладающий высокой весовой отдачей.
При выполнении анализа работ по патрулированию МГ вертолетом Ка-226АГ были приняты следующие исходные данные:
• взлетная масса вертолета - 3400 кг;
• масса пустого вертолета - 1975 кг;
• общая масса пилота и борт-оператора - 180 кг;
• масса целевого оборудования (поисковый прожектор, видеокамера и др.) - до 200 кг;
• масса прочего оборудования и снаряжения - 145 кг;
• запас топлива (с подвесными баками) От = 875 кг.
В результате аэродинамического расчета вертолета Ка-226АГ (в расчете принято вредное сопротивление вертолета ЕСХБ = 2,731 м2 ) были определены:
• крейсерская скорость полета на высоте 500 м (МСА) ¥кр = 193 км/ч;
• часовой расход топлива на крейсерском режиме полета 0кр = 214 кг/ч;
• часовой расход топлива при патрулировании ^патр = 151 кг/ч;
• аэронавигационный запас топлива Санз = 107 кг;
Расчет себестоимости летного часа вертолета показал, что для Ка-226АГ ее величина составляет Слч = 22994 руб. (в ценах 2007 г.). Основные принятые в расчете Слч исходные данные показаны в табл. 1.
При выполнении сравнительного анализа вертолётов при патрулировании МГ для вертолета ВК117С-1 были приняты следующие исходные данные:
• взлетная масса - 3350 кг;
• масса пустого вертолета (с дополнительным оборудованием) - 1982 кг;
• запас топлива От = 958 кг (с тремя дополнительными баками).
• экономическая крейсерская скорость Ккр = 215 км/ч;
• часовой расход топлива на крейсерском режиме полета Qкр = 260 кг/ч;
• часовой расход топлива при патрулировании QпaтP = 217 кг/ч;
• аэронавигационный запас топлива Gaн3 = 130 кг.
В результате расчета себестоимости летного часа было получено Слч = 30542 руб. при исходных данных, представленных в табл. 1.
Рис. 1. Патрульный вариант Ка-226АГ в варианте «летающее шасси»
Рис. 2. Патрульный вариант Ка-226АГ с транспортной кабиной
Результаты проведенного сравнительного анализа показаны в табл. 2.
В результате расчета получено, что себестоимость однократного патрулирования вертолетами модульной конструкции Ка-226АГ трасс МГ ОАО «Газпром» в Западно-Сибирском регионе РФ примерно на 1,881 млн. руб. ($72,6 тыс.) ниже аналогичного показателя для многоцелевых вертолетов ВК117С-1. При выполнении работ по патрулированию трасс МГ ОАО «Газпром» в Западно-Сибирском регионе РФ в рамках действующего норматива (два раза в неделю) годовой экономический эффект от использования вертолетов Ка-226АГ в патрульном варианте составит около 195,6 млн. руб. ($7,6 млн.), а с учётом величины суммарного предотвращенного ущерба несколько сотен миллионов рублей.
Таблица 1
Исходные данные для расчета себестоимости летного часа
Ка-226АГ ВК 117С-1
Цена вертолета, $ млн. 2,097 4,0
Стоимость техобслуживания и ремонтов, $/л.ч. 272 426
Экипаж 1 чел.
Борт-оператор (служебный пассажир) 1 чел.
Стоимость 1 т авиационного керосина, руб. 16900
Г одовой налет вертолета, ч 900
Налет пилота за месяц, ч 60
Срок использования планера вертолета 20 лет
Срок использования двигателей 10 лет
Курс $, руб. 25,9
Таблица 2
Результаты сравнительного технико-экономического анализа вертолётов при патрулировании МГ в Западно-Сибирском регионе
Ка-226АГ ВК 117С-1
Время патрулирования за один полет, ч 4,5 3,3
Время одного полета, ч 4,9 3,7
Производительность при патрулировании трассы МГ, км2/ч 1,638 1,605
Себестоимости летного часа, руб. 22994 30542
Себестоимость патрулирования 1 км2 трассы МГ, руб. 14038 18970
Себестоимость патрулирования всей трассы МГ в рассматриваемом регионе, млн. руб. 5,354 7,235
По оценкам ООО «НИИГазЭкономика» оснащение вертолетов специальным оборудованием дистанционного контроля технического состояния трасс МГ позволит увеличить эффектив-
ность патрулирования при контроле малоразмерных объектов на трассе газопровода в 2-2,5 раза при одновременном увеличении эффективного поля зрения в 2 раза. В результате этого может быть изменен регламент проведения патрулирования до одного пролета над одним и тем же участком в неделю, что приведет к сокращению необходимого количества вертолетов.
С этой целью по техническому заданию ОАО «Г азпром» разрабатываются несколько типов диагностических систем, к числу которых относятся: тепловизионная система для выявления тепловых аномалий, возникающих на трассе МГ в процессе транспортировки газа, и лазерная система, предназначенная в основном для обнаружения мест утечек природного газа. В работах [1, 2] определен состав целевого оборудования патрульного варианта вертолета Ка-226АГ и с использованием компьютерной системы автоматизации проектно-конструкторских работ разработана компоновочная схема размещения этого оборудования на борту вертолета с учетом реальной конструкции агрегатов и конструктивно-силовых элементов планера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Еремин В.М., Ширяев Л.П., Маслов А.Д., Завалов О.А., Игнаткин Ю.М. Разработка компоновочных схем съемных модулей для легкого многоцелевого вертолета Ка-226АГ // Труды VII форума Российского вертолетного общества. - М., 2006, VI-23 - VI-33.
2. Еремин В.М., Ширяев Л.П., Маслов А.Д., Завалов О.А., Игнаткин Ю.М. Компьютерная разработка съемных модулей для легкого многоцелевого вертолета Ка-226АГ в среде 3Б-моделирования // Прикладная Оеометрия, инженерная Орафика, компьютерный Бизайн, 2006. - №4(6). С. 13-19.
THE COMPARATIVE TECHNICAL AND ECONOMIC ANALYSIS OF HELICOPTERS AT PATROL OF MAIN GAS PIPELINES TAKING ENVIRONMENTAL FACTOR
Maslov A.D., Krivolutskiy Y.V.
The methodology and results of the comparative techno-economic analysis of helicopter Ka-226AG with a modular design airframe and multipurpose helicopter BK117C-1 at patrol of main gas pipelines in the West-Siberian region of the Russian Federation are set out in this article.
Key words: helicopter, patrolling pipelines.
Cведения об авторах
Маслов Александр Дмитриевич, 1955 г.р., окончил МАИ (1978), кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования вертолетов МАИ, автор более 100 научных работ, область научных интересов - аэродинамика и проектирование винтокрылых летательных аппаратов.
Криволуцкий Юрий Васильевич, 1939 г.р., окончил МАИ (1962), доктор экономических наук, профессор кафедры производственного менеджмента и маркетинга МАИ, автор более 80 научных работ, область научных интересов - экономика и менеджмент авиатранспортных систем.
