Технические науки/11. Робототехника

Мунасыпов Р.В.

ООО «Научно-исследовательский и проектный институт по обустройству нефтяных и газовых месторождений», г.Уфа, Россия

Перспективы применения робототехнических комплексов для ликвидации аварий на объектах нефтегазового комплекса Российской Федерации

Нефтегазовый комплекс относится к немногим отраслям промышленности, которые предъявляют особые требования к обеспечению безопасности своих объектов. Нарушение нормального функционирования даже небольшого объекта инфраструктуры комплекса может привести как к нарушению работы всей системы в целом, так и к экономическим и человеческим потерям.

Проблемы безопасности на объектах нефтегазового комплекса имеют особое значение. Они связаны с физико-химическими свойствами углеводородных веществ, приводящими к их возгоранию или взрыву в случае аварии. Для аварий на предприятиях нефтегазовой отрасли характерны большие объемы выброса взрывопожароопасных веществ, образующиеся облака топливно-воздушных смесей, разливы нефтепродуктов и, как следствие, крупномасштабные разрушения и повреждения высоконагруженных элементов конструкций. Практика показывает, что полностью исключить аварии и уменьшить риск их возникновения невозможно, что говорит о необходимости их скорейшей ликвидации в целях сокращения социального и материального ущербов, а также негативного воздействия на окружающую среду.

Одним из наиболее опасных видов аварии, происходящих на объектах нефтегазового комплекса, являются пожары. Их опасность заключается в значительных выбросах горючих веществ в атмосферу, а также тепловом излучении пламени, способном, в случае длительного воздействия на рядом расположенное опасное оборудование, привести к взрыву.

В целях сохранения жизни и здоровья личного состава формирований пожарной охраны и сокращения сроков тушения пожаров на объектах добычи и переработки нефти и газа, предлагается использование специализированных робототехнических пожарных комплексов. На сегодняшний день в России около 40 потенциально опасных объектов оснащены пожарными роботами и автоматическими установками пожаротушения – это аэродромы, места массового скопления людей (стадионы, концертные залы и т.д.), некоторые заводы. Применяемые новейшие робототехнические комплексы, разработанные в соответствии с современными тенденциями научно-технического прогресса, могли бы с успехом применяться и на объектах нефтегазового комплекса.

Американская компания «Howe and Howe Technologies» разработала подвижного робота, который может заменить человека в опасных местах пожара - Thermite RS1-T2 (рисунок 1). Thermite это небольшая и компактная, но мощная и подвижная гусеничная машина. Ее задачи – удаленная разведка и тушение пожара в наиболее опасных для людей зонах.

Рисунок 1 – Подвижной робот-пожарный Thermite RS1-T2

Вес данного робота около 744 кг, высота 140 см, длина и ширина – 188 и 89 см соответственно. Такие параметры выбраны, чтобы он смог пройти в узких местах, например, в дверных проемах и узких производственных коридорах. Данный пожарный робот оснащен брандспойтом. Струя воды под давлением распыляется соплами с регулируемым направлением. Бортовой насос способен подавать до 2270 литров воды в минуту. Вместо насоса робот может быть оснащен видеокамерой, манипулятором-рукой для разборки завалов или бульдозерным ножом.

Среди российских аналогов гусеничных пожарных роботов можно выделить дистанционную управляемую мобильную установку пожаротушения «LUF 60» (рисунок 2), применяемую при тушении пожаров на промышленных предприятиях, где применение стандартной стратегии тушения сопряжено с повышенным риском для жизни пожарных.

Рисунок 2 – Дистанционная управляемая мобильная установка пожаротушения «LUF 60»

Данная установка пожаротушения может использоваться аварийно-спасательными формированиями в качестве инструмента, обеспечивающего возможность работы непосредственно в очаге пожара. Тушащий эффект обеспечивается благодаря воде, подаваемой в количестве более 400 л/мин, и создающей водяную завесу, распыляемую на расстояние более 60 метров.

Наряду с мобильными роботами в условиях специфики эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазового комплекса в Российской Федерации, наиболее широкое практическое применение нашли стационарные пожарные роботы на базе лафетных стволов (рисунок 3).

Стационарный пожарный робот включает в себя устройство обнаружения загорания и устройство программного управления. Он предназначен для тушения и локализации пожара или охлаждения технологического оборудования и строительных конструкций. Выполняя эту работу, пожарный робот замещает пожарного ствольщика в местах, опасных для жизни.

Рисунок 3 – Стационарный пожарный робот на базе лафетного ствола

Одно из ценных качеств пожарных роботов на базе лафетных стволов – способность защитить достаточно большую площадь – 5…15 тыс. м² при расходе 20…60 л/с соответственно. Водоснабжение осуществляется только по магистральной сети. Важно, что адресная доставка воды и пены осуществляется по воздуху по всей защищаемой зоне непосредственно на очаг загорания, а не на расчетную площадь, определенную проектом. При этом соблюдается требующаяся интенсивность орошения благодаря дозированной подаче, соответственно тепловой мощности очага загорания.

Стационарные пожарные роботы на базе лафетных стволов могут быть оснащены ИК-сканерами для автоматического обнаружения загорания и ТВ-камерами для видеоконтроля. Их чувствительность позволяет обнаружить очаг возгорания площадью 0,1 м² в пределах защищаемой зоны, а быстродействие составляет несколько секунд, в течение которых определяются размеры возгорания в трехмерной системе координат. На базе пожарных роботов, объединенных магистралью RS-485 с сетевыми контроллерами и устройствами управления, формируются установки автоматического пожаротушения - роботизированные пожарные комплексы (АУП РПК), представленные на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема установки автоматического пожаротушения роботизированного пожарного комплекса

Вся информация о пожаротушении регистрируется видеокамерами и электронным протоколом с регистрацией последовательности действий. В дежурное время система находится в режиме самотестирования: в случае необходимости сама сообщает о потребности в коррекции системы, что поддерживает ее в постоянной готовности.

Представленные роботизированные комплексы являются новейшими разработками в области пожаротушения. Внедрение данных технических устройств на объекты нефтегазодобычи и нефтепереработки позволит сократить время обнаружения пожара, повысить эффективность использования огнетушащего вещества путем подачи его непосредственно в зону горения и существенно увеличить интенсивность орошения, что позволяет обеспечить противопожарную защиту значительных площадей минимальным количеством установок пожаротушения, уменьшить капитальные затраты на монтаж сети трубопроводов и их протяженность, оценить обстановку до прибытия пожарных подразделений и исключить ложные срабатывания. Выбор типа пожарных роботов и их характеристик для проектируемых потенциально опасных объектов нефтегазового комплекса должен осуществляется на стадии проектной проработки. С учетом тактико-технических характеристик пожарных роботов и робототехнических комплексов, а также преимуществом по сравнению с традиционными установками пожаротушения, их применение, в первую очередь, возможно для защиты и пожаротушения складов нефти и нефтепродуктов, резервуарных парков, характеризующихся значительным количеством хранимых на них пожаровзрывоопасных веществ и материалов.

Литература:

1. Горбань Ю.И., Синельникова Е.А. Современные технологии пожаротушения на базе пожарных роботов. XXIV Международная научно-практическая конференция по проблемам пожарной безопасности, посвященная 75-летию создания ВНИИПО: Тезисы докладов. Часть 2. М: ВНИИПО, 2012.

2. ГОСТ Р 53326–2009. Техника пожаротушения. Установки пожаротушения роботизированные. Общие технические требования. Методы испытаний. – Введ. 01.01.2010 г. – М. : Стандартинформ, 2009.

3. Котоусов Л. С. Исследование скорости водяных струй на выходе сопел с различной геометрией // Журнал технической физики. — 2005. — Т. 75, вып. 9.

4. Федеральный справочник. Топливно-энергетический комплекс России. – М.: Родина-Про, 2003.

5. Халимов Э.М. Разработка нефтяных месторождений в условиях рынка. – СПб.: Недра, 2005.