Экономика Казахстана зависит от развития базовых отраслей, особенно от нефтегазовой промышленности республики. Как известно, для транспортировки отечественной нефти, отличающейся высокой вязкостью, требуются инновационные решения. Более 10 лет ученые КазНИТУ и АО «КазТрансОйл» работали над этой важнейшей проблемой и получили уникальные для всей нефтяной отрасли результаты. Исследователи впервые разработали общие критерии оптимизации энергосбережения насосных агрегатов и печей подогрева, а также эффективные алгоритмы нелинейного динамического программирования с использованием теории графов для определения оптимальных условий работы множество насосов и печи подогрева. Результаты данной разработки изложены авторами (Бейсембетов И.К. (руководитель), Бекибаев Т.Т., Жапбасбаев У.К., Кенжалиев Б.К., Махмотов Е., Саяхов Б.К.) в работе «Научно-техническое обеспечение энергосбережения транспортировки нефти и нефтесмесей по нефтепроводным маршрутам АО «КазТрансОйл».

Благодаря разработанной прорывной технологии в области нефтегазовой отрасли данная работа прошла на второй этап на соискание Государственной премии Республики Казахстан в области науки и техники имени аль-Фараби на 2019 год, что было объявлено в газете «Казахстанская правда» от 20 июня 2019 года № 116 (объявление о прошедших предварительный отбор работах с ссылками на сайт МОН РК и Комитета науки МОН РК для ознакомления со списком).

Энергосбережение транспортировки высокозастывающих и высоковязких нефтяных смесей Казахстана определяется работой насосных агрегатов и печи подогрева, так как 80% энергии затрачивается на насосы и печи подогрева. Этот вопрос и его решение ученые поставили во главу угла.

Математические модели включают системы уравнений движения и теплообмена и условия однозначности, разработаны алгоритмы и блок схемы, создано программное обеспечение (ПО) SmartTran, интегрированное с СКДУ (система контроля и диспетчерского управления) и АСКУЭ (автоматическая система коммерческого учета электроэнергии) АО «КазТрансОйл» (далее КТО). ПО SmartTran имеет базу данных насосов, печи подогрева, реологии свыше 100 нефти и нефтяных смесей, профили 24 технологических участков магистральных нефтепроводов с общей длиной 5377 км, 7 станций подогрева нефти, 35 нефтеперекачивающих станций. Экспериментальные методы основаны на данных СКДУ системы КТО, которая имеет датчики для замеров вдоль трубопровода: температуры – 2468, давления – 1649, уровня – 995, расхода – 239. На основе фактических (опытных) данных СКДУ проведены идентификации напорно-объемных характеристик и КПД насосов и печи подогрева с учетом ресурса их работы, гидравлических характеристик трубопровода (шероховатость, дефект), теплопроводности грунта по трассе нефтепровода, что позволило повысить точность проведения теплогидравлических расчетов ПО SmartTran. Интеграция ПО SmartTran с СКДУ и АСКУЭ позволила создать законченную цифровую технологию для управления транспортировки по нефтепроводным маршрутам КТО.

По данным систем СКДУ и АСКУЭ, программное обеспечение SmartTran проводит моделирование и оптимизацию стационарных режимов перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтесмесей для безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов (с учетом попутных подкачек и откачек, лупингов, дефектов трубы, регулятора давления и ввода разных присадок); циклической перекачки партий разных сортов высоковязких и высокозастывающих нефтесмесей на участке Узень - Атырау; нестационарной перекачки отдельной партии каражанбасской нефти в Битумный завод; расчетов энергосберегающих режимов работы магистральных насосов со сменными роторами и частотно-регулируемыми приводами для стационарного режима; расчетов для определения оптимальной температуры подогрева нефтесмесей и энергосберегающих режимов печей подогрева для стационарного режима; энергосберегающих режимов перекачки с учетом различных тарифов электроэнергии и топлива на всех участках магистральных нефтепроводов КТО.

ПО SmartTran позволяет: подобрать насосное оборудование на НПС со сменными роторами, частоту вращения роторов при использовании ЧРП для прогнозирования максимальной производительности нефтепровода при допустимых режимах работы насосного оборудования; проектировать новые участки, добавлять насосное оборудование и реологические свойства нефтесмесей в базу данных; идентифицировать фактические характеристики насосного оборудования по данным СКДУ, АСКУЭ системы.

Необходимо отметить, что в работе ученых представлены подтвержденные результаты инновационной деятельности по внедрению в АО «КазТрансОйл» цифровой технологии, обеспечившей решение приоритетных социально-экономических задач и рост конкурентоспособности Республики Казахстан на внутреннем и внешнем рынках.

Общее количество трудов - 79. 19 научных статей и доклады авторов включены в базу данных Web of Science, Scopus и РИНЦ, из них 16 - в журналах с положительным импакт-фактором.

Работа такого масштаба и его авторы, безусловно, достойны присуждения Государственной премии Республики Казахстан в области науки и техники имени аль-Фараби 2019 года.

Автор: Кандидат физико-математических наук, председатель Правления АО «Национальный центр космических исследований и технологий» Ч. Омаров.