Разработка поворотного устройства для мобильного лазерного комплекса дистанционной резки для ОАО «Газпром».

Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ), по заказу ОАО «Газпром», вот уже более 10 лет ведет работы по созданию передвижных мобильных лазерных технологических комплексов (МЛТК). МЛТК предназначен для дистанционной резки металлоконструкций при проведении восстановительных работ на газовых, газово-нефтяных и газоконденсатных фонтанирующих скважинах.

Первая разработка ГНЦ РФ ТРИНИТИ.

До недавнего времени, в случае возникновения пожаров на скважинах, использовались танковые войска. Танки могли максимально близко подъехать к источнику пожара и выстрелами разрушить трубы или металлоконструкции буровой вышки, мешающие подъезду спецтехники для проведения противопожарных работ.

Создание МЛТК позволило бы больше не прибегать к военной технике. Лазер, в отличие от танковой стрельбы фугасными снарядами, способен разрезать объекты с почти ювелирной точностью. Мощный луч, управляемый оператором комплекса, может производить точечную резку требуемых металлоконструкций. Созданный в соответствии с этими требованиями и представленный мировой общественности на «МАКС 2003», лазерный мобильный комплекс МЛТК-50, способен производить резку металлоконструкций, находясь на расстоянии до 80 метров от объекта. Импульсно-периодический электроионизационный СО2 лазер, работающий на атмосферном воздухе, создает излучение мощностью 50 кВт и может разрезать стальные конструкции толщиной до 80 мм.

Расширение модельного ряда.

С момента разработки первой установки, ГНЦ РФ ТРИНИТИ не прекращает работы по созданию новых мобильных лазерных комплексов и совершенствованию уже разработанных установок.

Так в 2010 году, по заказу ОАО «Газпром», ТРИНИТИ приступил к разработке новой лазерной установки, предназначенной для дистанционной резки. Ее основное отличие от уже существующих МЛТК должно было заключаться в меньшем энергопотреблении и в большей мобильности. Также у новой установки были более узкие задачи, реализация которых должна повысить безопасность работ на нефтегазовых скважинах при наступлении аварийных случаев. В случае возникновения пожароопасных ситуаций на нефтегазовом производстве, происходит аварийное перекрытие всех труб. Но при перекрытии аварийных вентилей, стравить оставшиеся в закрытых трубах взрывоопасные вещества возможно лишь путем отрезки фланцев труб.

Сделать это необходимо, чтобы исключить возможность неконтролируемых взрывов остатков вещества в емкостях. Именно эта задача стояла при разработке нового комплекса по дистанционной лазерной резке. Установка, управляемая оператором, с помощью лазера производит быструю срезку фланцев труб.

Завершение проекта по разработке и созданию первой полномасштабной рабочей версии комплекса намечено ГНЦ РФ ТРИНИТИ на первую половину 2011 года. В проекте по созданию комплекса участвовали несколько инжиниринговых компаний, каждая из которых выполняла строго определенную работу.

Как и чем управляется лазер.

Отдельного внимания заслуживает работа по разработке системы управления углом поворота лазера. Данная система должна отвечать за медленное и равномерное движение поворота лазера. За реализацию этой части проекта отвечала московская компания «Сервотехника». Инженерами компании была разработана система с диапазоном угла поворота от 0 до 10 град. Именно от точной и надежной работы системы управления углом поворота лазера, зависит результат работы всего комплекса. Ведь точность лазерного луча, является одной из важнейших всей установки.

Основные технические характеристики системы управления углом поворота лазера.

Этой же компанией был собран шкаф управления системы. К выбору комплектующих для шкафа управления конструкторы подошли очень серьезно. Ведь при работе с устройствами большой мощности, нештатные ситуации, связанные, например, с технологическим браком комплектующих, или неверным подбором могут привести к печальным последствиям.

Особое внимание при проектировании системы было уделено выбору частотного преобразователя. Из нескольких вариантов, выбор был остановлен на преобразователе частоты британской компании Control Techniques Unidrive SP.

В пользу этого привода сыграло то, что его применение позволило не использовать в системе управления дополнительного программируемого логического контроллера. Unidrive SP имеет три слота для модулей расширения – это позволило разработчикам использовать расширительный модуль SM–applications. С помощью сопроцессорного модуля SM–applications можно прописывать PLC программы, не прибегая к помощи внешних контроллеров. Также одной из особенностей преобразователя частоты Unidrive SP, является наличие выносного пульта управления SM-KeypadPlus, который имеет жидкокристаллический двухстрочный русифицированный дисплей. С помощью вынесенного на лицевую панель шкафа управления пульта, оператор задает и отслеживает основные параметры установки, такие как скорость или перемещение. Таким образом в ШУ удалось использовать комплексное решение от одного производителя, в виде преобразователя частоты, контроллера (сопроцесорного модуля SM–applications) и выносной панели управления.

Что будет завтра или новые применения лазерных комплексов.

Недавняя авария на нефтяной скважине BP в Мексиканском заливе показала неготовность и во многом несостоятельность современных существующих технологий, отвечающих за восстановительные работы по удалению нефтяных пятен. Сегодня ГНЦ РФ ТРИНИТИ уже провел экспериментальные и теоретические работы по исследованию возможности удаления нефтяной пленки с поверхности воды с помощью лазерного излучения. Использование излучения СО2 позволит в будущем удалять нефтяные пленки практически любой толщины и любого состава. Вплоть до проведения полной очистки поверхности воды, даже от «радужных» пленок, что сегодня не удается сделать ни одним из известных способов.

Под воздействием лазерного луча, поверхностный слой воды, находящийся под нефтяной пленкой — нагревается и, испаряясь, отрывает нефтяную пленку от поверхности. После этого водонефтяная паро-капельная смесь поджигается тем же лазерным излучением или удаляется специальным отсосом. Даже предварительные расчеты показывают, что с помощью лазерного комплекса мощностью 50кВт, можно удалять нефтяную пленку с поверхности воды со скоростью 10000 квадратных метров в час. И скорость эта не зависит ни от плотности нефтяной пленки, ни от угла падения лазерного луча.

Владимир Красуцкий
Директор по маркетингу
ЗАО «Сервотехника»