Gazprom-Preis im Bereich Wissenschaft und Technik

„Wissenschaftliche Begründung, Entwicklung und Implementierung einer innovativen Membrananlage zur Gewinnung von Helium aus dem Erdgas Ostsibiriens und des Fernen Ostens“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Proyektirovaniye (V. Vagarin)

Die Autoren haben eine innovative energiesparende Technologie zur Gewinnung von Helium aus dem Erdgas Ostsibiriens und des Fernen Ostens im Membranverfahren entwickelt. Sie gewährleistet die Konzentration überschüssiger Heliummengen und deren Weiterleitung zur langfristigen Speicherung in geologischen Formationen.

Im Rahmen dieser Studie wurde eine industrielle Membranversuchsanlage gefertigt, in der erste Daten erhoben wurden über die Auswirkung verschiedener Faktoren auf die Effizienz der Gastrennung unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Anlage für die Extrahierung von Heliumkonzentrat im Membranverfahren (Membrantrennanlage). Aufgrund dieser Daten wurden grundsätzliche Anforderungen an die Vorbereitung eines Projektes für die Membrantrennanlage in der Erdöl- und Gaskondensatlagerstätte Tschajandinskoje formuliert und ein mathematisches Modell für die Membrantrennanlage insgesamt erstellt.

Die russlandweit erste technologische Linie der Membrantrennanlage wurde im März 2020 in der Erdöl- und Gaskondensatlagerstätte Tschajandinskoje in Betrieb genommen. Die Sollleistung der Membrantrennanlage beträgt 32 Milliarden Kubikmeter Rohgas jährlich. Die Inbetriebnahme von technologischen Linien der Membrantrennanlage richtet sich nach der Dynamik bei der Gasförderung aus der Erdöl- und Gaskondensatlagerstätte Tschajandinskoje und der Gaskondensatlagerstätte Kowyktinskoje sowie nach dem Bestand der geförderten Gase und den Produktionsmengen von Helium im Gasverarbeitungswerk Amur.

Zum Thema dieser Studie wurden vier Patente der Russischen Föderation erteilt.

„Entwicklung digitaler Richtfunkausrüstung der neuen Generation und deren Implementierung an der Ferngasleitung Power of Siberia“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Tomsk (V. Borodin).

Die digitale Richtfunkausrüstung der neuen Generation für Richtfunkstationen der Produktlinie MIC-RL4...15R+ wurde in den Jahren 2015–2017 auf der Produktionsbasis der Aktiengesellschaft Micran entwickelt und an Objekten der Gazprom Transgaz Tomsk getestet. Im Jahr 2019 kam die Ausrüstung an der Ferngasleitung Power of Siberia zum Einsatz.

In der Russischen Föderation entstand erstmals eine Reihe neuer wissenschaftlich-technischer Konzepte, unter anderem:

• optischer Transit des Hybrid Traffic in Richtfunkanlagen ohne Nutzung von In-/Output-Platten;
• störungsresistenter Kontroll- und Regelkanal für die Richtfunklinie, unabhängig vom Traffic der Nutzlast;
• Sendeempfangsgeräte in arktischer Ausführung;
• optisches Kabel, das Sendeempfangsgeräte mit einem Zugangsmodul verbindet;
• spezielle Software.

Im Endergebnis wurden Lösungen für die Steigerung der Zuverlässigkeit, Durchsatzleistung und Informationssicherheit der Richtfunkausrüstung sowie für deren verlässlichen und bedienungsgerechten Betrieb im Hohen Norden gefunden.

Im Rahmen dieser Studie ist ein Gebrauchsmuster patentgeschützt; drei EDV-Programme wurden ins Staatsregister eingetragen.

„Methoden zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs von Rohrleitungen in Verdichterstationen unter Einsatz der komplexen robotergestützten Diagnosetechnik“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Yugorsk (P. Sozonov).

Die Autoren haben Methoden zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs von technologischen Rohrleitungen in Verdichterstationen unter den Bedingungen mangelnder Ressourcen, Zeit und Finanzen entwickelt. Sie beruhen auf der Verwendung robotergestützter Diagnosetechnik, die in Rohren eingebaut ist.

Um eine Diagnostik in technologischen Rohrleitungen von Verdichterstationen vornehmen zu können, haben die Autoren eine komplexe robotergestützte Diagnostikanlage entwickelt, die folgende Elemente umfasst:

• autonomer Scanner für Defektoskopie (SD) А2072 samt Diagnostiksystemen (Modulen);
• Bedienungspult (mobil bzw. stationär) für die SD-Steuerung und Erhebung diagnostischer Informationen;
• analytisches Begutachtungssystem zum Erkennen und Einordnen von Defekten.

Die komplexe Anlage ist für die Qualitätskontrolle des Grundmetalls von Einzelteilen und Schweißverbindungen in Innenräumen von Rohrleitungen mit einem Außendurchmesser von 400 bis 1.400 Millimetern und einer Wanddicke zwischen sechs und 40 Millimetern bestimmt.

Der SD kann dank seiner geringen Ausmaße durch Einstiegsluken, geöffnete Deckel der Rückschlagventile sowie durch 300×250 Millimeter große Wartungsöffnungen in den Innenraum einer Rohrleitung eingeschleust werden. Der SD-Scanner ermöglicht es, den technischen Zustand von Rohrleitungssystemen mit komplizierter Konfiguration zu bewerten.

In den Jahren 2016–2020 wurden bei Gazprom Transgaz Yugorsk mehr als 350 Objekte in Verdichterstationen untersucht, über 440 Kilometer lange technologische Rohrleitungen von Verdichterstationen diagnostiziert und mehr als 200 lokale Abschnitte am linearen Teil von Ferngasleitungen geprüft.

Zum Thema dieser Studie wurden vier Patente der Russischen Föderation erteilt.

„Entwicklung und Implementierung einer innovativen Instandsetzungsmethode für Bohrungen zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und negativen Umwelteinwirkungen“

Präsentierendes Unternehmen: Severneftegazprom (V. Dmitruk).

Das Autorenteam hat eine von der Nationalen Agentur für Kontrolle und Schweißen (NAKS) testierte innovative Instandsetzungstechnologie für die Verschraubung Typ „Muffenmontagehalterung – Montagestutzen des Kolonnenkopfs“ im manuellen Lichtbogenschweißverfahren entwickelt.

Durch Implementierung dieser Instandsetzungsmethode wurden finanzielle Aufwendungen und der Zeitaufwand bei der Abwicklung von Arbeiten erheblich reduziert, unter anderem Bohrlockabsperrungen ausgeschlossen sowie Treibhausgasemissionen und negative Umwelteinwirkungen verringert.

Die Anwendung dieser innovativen Instandsetzungsmethode für Bohrungen verändert den spannungsdeformierten Zustand der Verschraubung folgendermaßen:

• mindert das bestehende Biegemoment in Endstücken einer Rohrverschraubung;
• reduziert die Kontaktspannungen in Endstücken einer Verschraubung;
• verringert die Anzahl und Größe von Deformationen, die durch das Endbiegemoment im Rohrmetall um die Stirnseite der Muffe herum hervorgerufen sind;
• beeinträchtigt nicht die Lecksicherheit der Abdichtung zwischen Metallteilen;
• verursacht eine geringe Spannungskonzentration in der Nahtwurzel, wobei der Konzentrationswert vom Radius des Übergangs vom Metall der Nahtwurzel zum Metall des Rohrs abhängt.

In Bohrungen der Lagerstätte Juschno-Russkoje wurden zwischen 2013 und 2020 Instandsetzungsarbeiten an 23 Bohranlagen mit Anwendung der entwickelten Technologie vorgenommen.

Die von dem Autorenteam entwickelte innovative Instandsetzungsmethode für Bohrungen ist durch ein Erfindungspatent geschützt.

„Entwicklung und Implementierung von innovativen Vorgehensweisen bei der Auswertung von Ergebnissen einer Ultraschallprüfung und Diagnostik von Rohrleitungen des Einheitlichen Gasversorgungssystems aufgrund von Berechnungsmodellen zur Bewertung deren Funktionsfähigkeit bei Instandsetzungsarbeiten und beim Betrieb von Gazprom-Objekten“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Tchaikovsky (A. Oleynikov).

Die Autoren haben in den Jahren 2005–2020 inländische Ausrüstung entwickelt und neue Technologien für manuelle, mechanische und automatisierte Ultraschallkontrolle über Schweißverbindungen und Grundmetall von Rohrleitungen sowie anderen Gazprom-Objekten in der Produktion eingesetzt.

Die von der Gazprom Transgaz Tchaikovsky gemeinsam mit der Gazprom VNIIGAZ in den Jahren 2007–2008 durchgeführten zyklischen Prüfstandtests von Schweißverbindungen, die über längere Zeit in Betrieb sind und an denen äußere und innere Defekte technologischen und betriebsbedingten Ursprungs festgestellt worden sind, sowie von Schweißverbindungen mit aufgetragenen imitierten Rissen bei der Ermittlung der Restfestigkeit von defekten Schweißverbindungen, haben erwiesen, dass ein differenzierter Ansatz bei der Berechnung der Funktionsfähigkeit von Schweißnähten mit oberflächlichen und inneren Defekten möglich ist.

Festgestellt wurde, dass die Anwendung von multiplen Systemen (Akustikblöcken) und die programmgesteuerte Fixierung und Entschlüsselung von Ergebnissen der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung wesentlich weniger zeitaufwändig ist und die Qualität der Kontrolle zusehends steigert. Die Methoden für die Bearbeitung der erhobenen Daten aufgrund einer Berechnung der Funktionsfähigkeit ermöglichen es, den Umfang von Instandsetzungsarbeiten beträchtlich zu verringern und weitaus weniger Nähte einzuschleifen, ohne dass die Rohrleitungen an Zuverlässigkeit einbüßen.

Die von der Gesellschaft Ultes entwickelten Ultraschallmessanlagen SCANER für manuelle und mechanische Ultraschallkontrolle kommen seit 2005 bei der Gazprom Transgaz Tchaikovsky zum Einsatz. In den Jahren 2005–2020 wurden mit den SCANER-Anlagen gesamt 984.000 Schweißverbindungen an Gazprom-Objekten untersucht.

Die Erfindung im Rahmen dieser Studie ist durch ein Patent geschützt; eine Urkunde über die Eintragung der EDV-Software ins Staatsregister wurde ausgestellt.

„Entwicklung und Implementierung von komplexen innovativen Lösungen für eine automatisierte Steuerung von elektromagnetischen Lagervorrichtungen der Verdichterrotoren zwecks Effizienzsteigerung beim Betrieb von Vorverdichteranlagen“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Nizhny Novgorod (R. Sadrtdinov).

Die wissenschaftlich-technische Grundidee dieser Studie besteht in der Zusammenfassung von Daten und Erfahrungen, die beim Betrieb von elektromagnetischen Lagervorrichtungen an Gazprom-Objekten gesammelt werden, sowie in der Erstellung eines mathematischen und physikalischen Modells für ein Steuerungsobjekt auf deren Grundlage, in der Entwicklung optimaler technischer Konzepte und deren Einsatz im Regelkreis elektromagnetischer Lagervorrichtungen und in der Formulierung konstruktiver Anforderungen an einzelne Bausteine des Systems, um die Betriebsdaten von Kreiselverdichtern zu verbessern.

Die Autoren haben folgende Aufgaben bewältigt:

• technische Besonderheiten und Erfahrungen beim Betrieb von serienmäßig produzierten magnetischen Lagervorrichtungen der Kreiselverdichter in Vorverdichteranlagen analysiert;
• mathematische und physikalische Modelle eines Steuerungsobjektes erstellt;
• ein Steuerungsverfahren für elektromagnetische Lagervorrichtungen begründet und technische Lösungen zur Umsetzung des Steuerungssystems dargelegt, einschließlich der Algorithmen und Geräte, deren Anwendung es ermöglicht, die benötigten wirtschaftstechnischen Daten des automatischen Regelkreises von elektromagnetischen Lagervorrichtungen zu sichern;
• Energie- und Leistungsdaten von Systemelementen berechnet sowie Methoden für die Einstellung und Bewertung der Qualitätsdaten für den Betrieb des automatischen Regelkreises von elektromagnetischen Lagervorrichtungen entwickelt;
• programmtechnische Mittel ausgewählt sowie Versuchsmuster des automatischen Regelkreises von elektromagnetischen Lagervorrichtungen gefertigt und getestet.

Die Autoren haben das Konzept und die Architektur eines digitalen automatischen Regelkreises von elektromagnetischen Lagervorrichtungen, basierend auf russischer Software und Hardware und eingesetzt bei der Gazprom Transgaz Nizhny Novgorod, am Beispiel des automatischen Regelkreises Neman-R-100 präsentiert.

Der digitale automatische Regelkreis Neman-R-100 für elektromagnetische Lagervorrichtungen wurde im Jahr 2014 erfolgreich getestet. Zwischen 2014 und 2020 wurden die erstellten technischen Konzepte in Regelkreisen an 85 Objekten in Vorverdichteranlagen mit installierter Leistung von 16 und 25 Megawatt eingesetzt.

„Komplexe Systemuntersuchungen von gefährlichen hydrometeorologischen und lithodynamischen Prozessen sowie Eiserscheinungen auf dem Schelf von Sachalin im Ochotskischen Meer“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom VNIIGAZ (M. Nedzvetsky).

Die Autoren haben erstmals Methoden für den „vollen Zyklus“ komplexer Untersuchungen von hydrometeorologischen und lithodynamischen Prozessen sowie Eisverhältnissen in den gesamten Gewässern des Ochotskischen Meeres entwickelt und in die Praxis umgesetzt. Sie beruhen auf dem Konzept der Reanalyse von Meeresgewässern.

Im Rahmen der Studie wurden folgende Aufgaben bewältigt:

•  Sammlung und Auswertung von Naturdaten, die auf Seereisen und Forschungsreisen in Küstengebiete und küstennahe Abschnitte erhoben worden sind;
• Erstellung eines einheitlichen physikalisch-mathematischen Modells für das System „Atmosphäre – Eisdecke – Ozean“, unter anderem anhand eines autorisierten Modells der Dynamik der Eisdecke, für das gesamte Wasserbecken des Ochotskischen Meeres für einen Zeitraum von 30 Jahren;
• Identifizierung von gefährlichen lithodynamischen und hydrometeorologischen Prozessen sowie Eiserscheinungen;
• Erstellung eines probabilistischen Modells der (operativen und extremen) Moduseigenschaften von Umwelteckdaten für die Gewässer, in denen die Erdöl- und Gaskondensatlagerstätte Juschno-Kirinskoje liegt.

Es wurde ein einzigartiger Umfang von hydrometeorologischen Daten erhoben, einschließlich Eckdaten der Eisdecke, die bei Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an komplexen Anlagen für die Unterwasserförderung aus der Gaskondensatlagerstätte Kirinskoje genutzt werden. Für die Erdöl- und Gaskondensatlagerstätte Juschno-Kirinskoje wurden plausible Bewertungen von Moduseigenschaften erzielt, die bei der Planung von Ausbohrarbeiten an Förderbohrungen und bei der Projektierung von Objekten für den Aufschluss der Lagerstätte unmittelbar genutzt werden können.

Zum Thema dieser Studie wurde eine Urkunde über die Eintragung der EDV-Software ins Staatsregister ausgestellt.

„Schaffung eines digitalen Raumes für die Abwicklung der Präqualifikation“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Purchases (N. Chekalina).

Die Autoren haben ein grundsätzlich neues Konzept für die Präqualifikation bei der PAO Gazprom entwickelt. Bei dessen Implementierung wurden Softwareinstrumente geschaffen, die es ermöglichen, auf die Bearbeitung von Teilnehmeranträgen auf Papierträgern völlig zu verzichten. Es wurden ein einheitlicher digitaler Raum für Interaktionen zwischen dem Verwaltungspersonal der Gazprom, den Experten und Unternehmen der Gazprom-Gruppe sowie Teilnehmern der Präqualifikation (hunderte Unternehmen) geschaffen und Integrationsflüsse mit verschiedenen externen Datenbanken umgesetzt, wodurch die eingehenden Informationen deutlich an Plausibilität gewonnen haben.

Das Präqualifikationsverfahren wurde wie folgt abgeändert:

• Teilnehmer der Präqualifikation haben nun die Möglichkeit, im Kundenkonto auf der elektronischen Handelsplattform der Gazprombank-Gruppe einen Antrag in elektronischer Form auszufüllen;
• 50 Prozent sämtlicher Felder im Abschnitt „Allgemeine Unternehmensinformationen“ werden momentan durch das System automatisch ausgefüllt;
• es erfolgt eine automatische Prüfung eines vom Teilnehmer ausgefüllten Antrags im Hinblick auf eventuelle Fehler oder fehlende Unterlagen;
• Teilnehmer der Präqualifikation können ihre Anträge mit qualifizierter elektronischer Signatur unterzeichnen;
• im Automatisierten System für elektronische Anschaffungen der PAO Gazprom wurde das Benutzerkonto eines Experten eingerichtet, in dem Anträge und Informationen über einen Teilnehmer eingesehen, zusätzliche Unterlagen über das System operativ angefordert werden können und einheitliche Formulare für die Eintragung von Prüfungsergebnissen enthalten sind;
• die Antragsunterlagen für deren Bewertung durch Experten werden im Echtzeitmodus und ausschließlich über das Automatisierte System für elektronische Anschaffungen übertragen;
• durch die Integration mit mehreren Datenbanken wurde Experten die Auswertung von Anträgen erleichtert, was eine plausible automatische Prüfung von bis zu 20 Prozent Feldern im technischen Abschnitt des Antrags sicherstellt;
• sollten Experte einen Antrag behandelt und eine angemessene Entscheidung getroffen haben, wird nun die Teilnehmerinformation automatisch ins Register potenzieller Teilnehmer von Ausschreibungen der Gazprom-Gruppe aufgenommen, oder einem Teilnehmer wird die Aufnahme ins Register verweigert. Dabei erhält ein Teilnehmer die Benachrichtigung über die jeweilige Entscheidung umgehend in seinem Benutzerkonto auf der elektronischen Handelsplattform der Gazprombank-Gruppe;
• das auf der Gazprom-Website geschaltete neue interaktive Register wird im Echtzeitmodus aktualisiert; das Monitoring des aktuellen Standes der im Register erfassten Unternehmen erfolgt quartalsmäßig.

„Komplexe wissenschaftlich-technische Lösungen zur Energieeffizienzsteigerung der Technologie für Gaserwärmung in Gasverteilerstationen“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Transgaz Ukhta (A. Gaivoronsky).

Die Aktualität dieser Studie ist durch eine benötigte Verbesserung und Optimierung technologischer Verfahren für die Erwärmung von transportiertem Gas in Gasverteilerstationen zwecks Energieeffizienzsteigerung bedingt.

Die Novität der wissenschaftlich-technischen Grundidee besteht in der Anwendung neuer plausiblerer Verfahren für die Prüfung funktioneller Eigenschaften eines Energieträgers und in der Verbesserung technischer Mittel für die Reinigung von erwärmtem Gas, die bei der technischen Wartung und Instandsetzung von Ausrüstung zum Einsatz kommen. Die Autoren haben neue und im Inland erstmals angewandte Technologien entwickelt für die Kaskadenregelung von Gaserwärmern in Gruppen und die kaskadenartige Druckabsenkung in Gaspipelineabzweigungen in Gasverteilerstationen anhand von Linienknoten für die Druckabsenkung.

Die Ergebnisse dieser Studie können bei Neubauten, bei der Rekonstruktion und Generalüberholung von betriebenen und künftigen Gasverteilerstationen der Gazprom genutzt werden, um die Energieeffizienz von Gaserwärmungsverfahren zu steigern sowie den Gasverbrauch für den Eigenbedarf zu senken und Schadstoffemissionen zu verringern.

Die Entwicklung komplexer wissenschaftlich-technischer Lösungen zur Energieeffizienzsteigerung der Technologie für Gaserwärmung in Gasverteilerstationen ermöglicht es:

• die Qualität der technischen Wartung und Instandsetzung von Gaserwärmern zu steigern;
• die Regelung von Gaserwärmern in Gruppen zu optimieren;
• konstruktive Mängel in der Wärmedämmung von Gaserwärmern zu beheben;
• die Kaskadenregelung des Drucks in Gaspipelineabzweigungen einzusetzen;
• den Gasverbrauch für den Eigenbedarf zu reduzieren.

„Entwicklung eines innovativen Hybridsystems SAE-110 zur autonomen Stromversorgung von entfernt liegenden Gazprom-Objekten mit einer geringen Kapazität“

Präsentierendes Unternehmen: Gazprom Nedra (V. Cherepanov).

Die Autoren haben ein Hybridsystem SAE-110 für die autonome Stromversorgung zur reibungslosen Speisung von Ausrüstung mit einer Leistung von bis zu 100 Watt bei fehlenden externen Stromnetzen entwickelt. Dieses System ermöglicht es, Schalt- und Technikkonzepte zur Nutzung verschiedener Typen von Grundelementen zu optimieren, den Kapitalaufwand für die Errichtung von Stromversorgungssystemen entlegener technologischer Objekte mit geringer Leistung (von bis zu 100 Watt) zu reduzieren, Betriebskosten durch längere autonome Betriebszeiten in Verbindung mit Fernbedienung zu verringern und klimabedingte Besonderheiten der Betriebsbedingungen des Systems zu berücksichtigen.

Die Novität dieser Entwicklungsarbeit besteht im Funktionsprinzip des gemeinsamen und des getrennten Betriebs stromerzeugender Quellen sowie in dem lokalen und dem ferngesteuerten Monitoring technologischer Eckdaten. Im Hybridsystem wird mittels eines methanolbetriebenen Generators langfristig Energie akkumuliert. Mittels eines Lithium-Ionen-Stromspeichers (Lithium-Ionen-Akkumulator) wird kurzfristig Energie akkumuliert und die Wechsellastkurve verfolgt.

Von grundsätzlicher Bedeutung ist die automatische Steuerung, die durch einen Systemcontroller erfolgt. Er gewährleistet eine rationelle Funktionslogik des Systems, weil die Kombination aus primärer und sekundärer Energiequelle im System, im Lithium-Ionen-Akkumulator und in anderen logischen Schaltungen einer Optimierung des Steuerungsalgorithmus nebst maximaler integraler Effizienz der Umwandlung von Energie und Ressourcen aus den Hauptelementen des Systems bedarf.

SAE-110 wird seit über fünf Jahren betrieben und ist derzeit an vier Gazprom-Objekten für deren autonome Stromversorgung installiert.

Zum Thema der Studie wurde ein Patent der Russischen Föderation ausgestellt.