Как в Балтийском море укладывали трубы для "Северного потока" и Как работает система хранения газа в Европе

Как это возможно — уложить сотни километров стальных труб на огромную глубину, на дно со сложным рельефом? Как добиться, чтобы вся эта конструкция выдерживала огромное давление, не смещалась, не была уничтожена коррозией, выдерживала удары корабельных якорей и рыболовного снаряжения и, наконец, просто работала как надо? Самым свежим примером сооружения подводного мегатрубопровода стал знаменитый «Северный поток», пролегший по балтийскому дну и соединивший российскую и немецкую газотранспортные системы. Две нитки труб, каждая длиной более 1200 км — почти 2,5 млн тонн стали, поглощенных морем по воле человека. Именно на примере «Северного потока» мы попытаемся вкратце рассказать о технологиях создания подводных трубопроводов.

Две нитки газопровода состоят из 199 755 двенадцатиметровых труб, сделанных из высокосортной углеродистой стали. Но коль скоро речь идет о соприкосновении с такой химически агрессивной средой, как морская вода, металлу нужна защита. Для начала на внешнюю поверхность трубы наносят трехслойное покрытие из эпоксидного состава и полиэтилена — это делается прямо на заводе-производителе. Там же, кстати, трубу покрывают и изнутри, правда, задача внутреннего покрытия не в защите от коррозии, а в повышении пропускной способности газопровода. Красно-коричневая эпоксидная краска дает очень гладкую, глянцевую поверхность, снижающую, насколько это возможно, трение молекул газа о стенки трубы.

Можно ли укладывать такую трубу на морское дно? Нет, ее требуется дополнительно защищать и усиливать против давления воды и электрохимических процессов. На трубы устанавливают так называемую катодную защиту (наложение отрицательного потенциала на защищаемую поверхность). С определенным шагом к трубам приваривают электроды, соединенные между собой анодным кабелем, который связан с источником постоянного тока. Таким образом, процесс коррозии переносится на аноды, а в защищаемой поверхности проходит только неразрушающий катодный процесс. Но главное, что еще предстоит сделать с трубой, прежде чем она будет готова опуститься на дно, — это обетонирование.На специальных заводах внешнюю поверхность трубы покрывают слоем бетона толщиной 60−110 мм. Покрытие армируется приваренными к корпусу стальными стержнями, в бетон добавляется наполнитель в виде железной руды — для утяжеления. После обетонирования труба приобретает вес около 24 т. У нее появляется серьезная защита против механических воздействий, а дополнительная масса позволяет ей стабильно лежать на дне.
Но надо помнить, что дно даже такого сравнительно неглубокого моря, как Балтийское, не предоставит само по себе удобного и безопасного ложа для газопровода. Есть два фактора, которые неизбежно приходилось учитывать проектировщикам и строителям «Северного потока»: антропогенный и природный.История судоходства в североевропейском регионе насчитывает тысячелетия, и потому на дне моря скопилось немало всевозможного мусора, а также обломков затонувших кораблей. XX век внес свой страшный вклад: на Балтике в ходе мировых войн велись активные боевые действия, устанавливались сотни тысяч морских мин, а по окончании войн в море же утилизировались боеприпасы, в том числе и химические. Поэтому, во‑первых, при прокладке маршрута газопровода требовалось обходить выявленные скопления опасных артефактов, а во-вторых, тщательно обследовать зону прокладки, включая так называемый якорный коридор (по километру влево и вправо от будущей трассы), то есть зону, в которой бросали якоря суда, задействованные в строительстве.В частности, для мониторинга боеприпасов применялись корабли, оснащенные эхолокационным оборудованием, а также специальным донным роботом (ROV), связанным кабелем с базовой донной станцией TMS. При обнаружении боеприпасов (морские мины весьма чувствительны к движению) их подрывали на месте, предварительно обеспечив безопасность судоходства в заданном районе и приняв меры по отпугиванию крупных морских животных.
Второй фактор, природный, связан c особенностями рельефа дна. Дно моря сложено из различных пород, оно имеет выступающие гребни, впадины, расселины, и опускать трубы прямо на все это геологическое разнообразие не всегда возможно. Если допустить большое провисание нитки газопровода между двумя естественными опорами, конструкция может со временем разрушиться со всеми вытекающими из этого неприятностями. Поэтому донный рельеф для прокладки необходимо искусственным образом исправлять.Если требовалось выровнять рельеф дна, использовалась так называемая каменная наброска. Специальное судно, нагруженное гравием и мелкими камнями, с помощью трубы, нижний конец которой оборудован соплами, «прицельно» заполняло полости дна, придавая ему более подходящий профиль. Иногда вместо камней вниз опускались целые бетонные плиты. Другой вариант — выкапывание в дне траншеи для прокладки труб.Логично предположить, что создание траншей предшествовало прокладке труб, однако далеко не всегда это происходило именно так. Существует техническая возможность стабилизации положения нитки на дне уже тогда, когда трубопровод проложен (при условии, что глубина моря в данной точке не превышает 15−20 м). В этом случае с судна на дно опускается траншеекопатель, имеющий роликовые захваты. С их помощью трубопровод приподнимается со дна, и под ним пропахивается траншея. После проведения этой операции трубы укладываются в получившееся углубление.Сыпать тяжелый грунт на дно можно не всегда: масса гравия продавливает мягкие породы. В этом случае для «спрямления» рельефа используют более легкие опоры из металлических или пластиковых конструкций.
Теперь, пожалуй, самое интересное: как трубы оказываются на дне? Разумеется, сложно себе представить, что каждая отдельная 12-метровая труба приваривается к нитке газопровода прямо в море на глубине. Значит, эту процедуру необходимо проделывать до укладки. Что, собственно, и происходит на борту трубоукладочного судна.Тут необходимо ненадолго вернуться к конструкции самой трубы и заметить, что после нанесения на нее антикоррозионной защиты и утяжеляющего бетонирования оконцовки труб остаются открытыми и незащищенными, — иначе сварка была бы затруднена. Поэтому участки соединений защищаются от коррозии уже после сварки. Сначала монтажные стыки изолируются с помощью полиэтиленового термоусадочного рукава, затем закрываются металлическим кожухом, а полость между кожухом и рукавом заполняется полиуретановой пеной, придающей месту стыка необходимую механическую прочность.Далее происходит укладка S-образным способом. Сваренная из труб плеть приобретает в процессе укладки форму, напоминающую латинскую букву S. Плеть под небольшим углом выходит из кормы корабля, достаточно резко опускается вниз и достигает дна, где принимает горизонтальное положение. Труднее всего представить себе, что нить из стальных, покрытых бетоном 24-тонных труб способна к таким резким изгибам без разрушения, однако все происходит именно так.Разумеется, для того чтобы плеть не сломалась, применяются разнообразные технологические хитрости. За трубоукладочным судном на десятки метров тянется стингер — специальное ложе, уменьшающее радиус наклона уходящей вниз плети. На судне также установлено натяжное устройство, прижимающее трубы книзу и снижающее нагрузки на изгибы. Наконец, система позиционирования точно контролирует положение судна, исключая рывки и резкие смещения, способные повредить трубопровод. Если укладку почему-либо требуется прервать, вместо очередной трубы к плети приваривают герметичную заглушку с креплениями и плеть «сбрасывают» на дно. При возобновлении работ другой корабль подцепит заглушку тросом и вытянет плеть обратно наверх.
И все же без подводной сварки не обошлось. Дело в том, что каждая из ниток «Северного потока» состоит из трех секций. Различие между секциями — разная толщина стенок используемых труб. Пока газ идет от терминала в российской бухте Портовая к приемному терминалу на немецком берегу, давление газа постепенно падает. Это дало возможность использовать в центральной и финальной секциях более тонкостенные трубы и таким образом экономить металл. Вот только обеспечить соединение разных труб на борту трубоукладочных судов не представляется возможным. Сочленение секций происходило уже на дне — в гидроизолированной сварочной камере.Для этого на дно опускались трубоподъемные механизмы, которые отрывали от дна и точно позиционировали друг напротив друга плети отдельных секций. Для той же цели применялись надувные мешки с переменной плавучестью, обеспечивавшие вертикальные перемещения труб. Термобарическая сварка велась в автоматическом режиме, однако наладка оборудования сварочной камеры — сложнейшая водолазная операция. Для ее проведения под воду опускалась водолазная камера, где могла проходить декомпрессию целая бригада водолазов, и специальный колокол для спуска ко дну. Сварка секций проводилась на глубине 80−110 м.Прежде чем использовать газопровод для перекачки топлива, его испытывали… водой. Внутрь секций с помощью поршневого модуля была закачана предварительно отфильтрованная от взвесей и даже бактерий морская вода. Жидкость, нагнетавшаяся со специального судна, создавала внутри плети давление, превышающее рабочее, и такой режим поддерживался в течение суток. Затем вода откачивалась, и секция газопровода осушалась. Еще до того, как в трубопроводе появился природный газ, его трубы заполнялись азотом.
Прокладка газопровода по морскому дну — лишь часть проекта «Северный поток». Немало усилий и затрат потребовалось для оборудования береговой инфраструктуры. Отдельная история — это вытягивание нитки газопровода на берег с помощью мощной лебедки или создание механизма компенсации сезонного сжатия-расширения 1200-километровой нитки.
Строительство «Северного потока» вызвало немало дискуссий на разные околополитические темы — от экологии до чрезмерной роли сырьевого экспорта в экономике России. Но если абстрагироваться от политики, нельзя не заметить: трансбалтийский газопровод — отличный пример того, как продвинутые технологии и международная кооперация способны творить современные чудеса во вполне рабочем рутинном режиме.

Источник

Без российского газа Европу ждет тяжелая зима и пугающее будущее, пишет автор статьи в Forbes. Он объясняет, как работает система хранения газа и почему страны еврозоны останутся без голубого топлива раньше, чем говорят политики.

Многие недоумевают, почему вокруг сокращения потоков и потери поставок российского газа по "Северному потоку" и другим газопроводам поднялось столько шума. Ниже я объясню вам простыми словами, почему Германию и большую часть еврозоны ждет тяжелая зима и еще более пугающее будущее.

Рынки природного газа работают достаточно просто. По своей сути они представляют собой закрытые системы, и к ним вполне применимы законы физики: газ должен находиться в закрытой системе начиная со скважины, откуда его добывают, и заканчивая наконечником горелки, где его сжигают. В большинстве случаев газ добывается из-под земли или со дна моря. Затем отправляется по трубопроводам с места добычи в города и поселки, где его потребляют промышленные предприятия и домохозяйства.

Большая часть газа добывается и используется в одних и тех же географических зонах, то есть на одном или соседних континентах, соединенных наземными или подводными трубопроводами, поскольку топливо должно перемещаться внутри герметичной системы. Обойти эти географические ограничения может только газ, который сначала сжижают (подвергая его воздействию чрезвычайно низких температур), а затем перевозят на больших океанских танкерах по всему миру. Свойства сжиженного природного газа – или СПГ – делают его больше похожим на сырую нефть. Именно они дают производителям и потребителям возможность торговать СПГ, находясь на очень больших расстояниях друг от друга. Однако сверхнизкие температуры, необходимые для поддержания газа в сжиженном состоянии, требуют узкоспециализированной инфраструктуры, оборудования и танкеров. Их количество в мире ограничено, при этом, по сравнению с системами транспортировки, подходящими для обычного природного газа, на их строительство уходит больше времени и обслуживать их сложнее.

В какой момент возникают проблемы? Общий уровень спроса на природный газ зимой выше, чем общий уровень его добычи. К счастью, летом все наоборот: летом общий уровень спроса на это топливо ниже, чем общий уровень добычи. Чтобы устранить этот сезонный дисбаланс спроса и предложения, необходимо взять избыточные объемы природного газа, добытого в летнее время, и поместить их в хранилища. Когда наступит зима и спрос на газ превысит объемы добычи, этот дисбаланс можно будет компенсировать за счет изъятия сырья, находящегося в хранилищах. Именно эта система, предусматривающая закачку топлива в хранилища в периоды избыточного предложения (летом) и отбора его из хранилищ в периоды избыточного спроса (зимой), обеспечивает эффективную работу рынков природного газа в каждом регионе земного шара. Отличной иллюстрацией того, как этот процесс работает в Соединенных Штатах, служит Еженедельный отчет об уровне запасов природного газа, который составляет Управление по энергетической информации США.
Европейские газовые рынки ничем не отличаются от рынков в Соединенных Штатах или в любой другой стране: они тоже придерживаются схемы закачки природного газа в хранилища летом и отбора газа из хранилищ зимой.

Эта система во многом похожа на программы накопительных счетов, которые многие банки предлагают своим клиентам. Работники автоматически отчисляют некоторую сумму денег с каждой зарплаты в течение года, чтобы в декабре можно было снять средства со сберегательного счета и потратиться на подготовку к сезону праздников, – ведь обычной зарплаты попросту не хватит, чтобы покрыть все расходы. Всё работает нормально, за исключением тех случаев, когда человек теряет работу. При таком повороте событий у человека остается только один источник денег, а именно его накопительный счет. В лучшем случае это помешает ему реализовать планы на праздничные дни, а в худшем – заставит его ограничиться покупкой исключительно товаров первой необходимости, без которых в повседневной жизни не обойтись, и лишит его возможности потратиться на подготовку к праздникам.
Вернемся к природному газу. Германия и остальные страны Европы, похоже, сумели "сэкономить" достаточно газа в течение летнего "периода закачки", чтобы заполнить свои хранилища, по многим оценкам, примерно на 80–95%. Политики и чиновники убеждают граждан, что таких запасов хватит, чтобы пережить зиму. Но, хотя Германия и Европа, возможно, почти полностью заполнили свои "газовые накопительные счета", будет крайне неразумно игнорировать тот факт, что они потеряли "зарплату", то есть поставки трубопроводного природного газа.

Чиновники изо всех сил стараются обеспечить поставки из других источников, чтобы компенсировать потерю российского газа. В настоящее время им доступны СПГ, дизельное топливо, уголь и даже древесина, но их будет недостаточно. Рассматривайте их как временную подработку, которую лишившийся зарплаты человек может найти в сезон праздников, чтобы смягчить негативные последствия потери стабильного дохода. Благодаря своим накоплениям и временной работе на неполный день он может сохранить хотя бы часть денег, отложенных на праздничные расходы. В масштабах энергетических потребностей страны такая "подработка" поможет покрыть основные потребности (например, газ для отопления, приготовления пищи, для обеспечения работы медицинских учреждений и аварийно-спасательных служб) и, возможно, некоторые дополнительные праздничные расходы (например, газ для малого бизнеса, офисов, легкой промышленности). Именно так и выглядит сегодняшняя энергетическая ситуация в Европе – и это при условии, что зима не будет суровой.

В дальнейшем ситуация будет становиться все хуже и хуже. В обычных обстоятельствах запасы топлива в хранилищах достигают самого низкого уровня точно к концу зимы. Однако так происходит только при условии, что на протяжении всего сезона холодов поставки трубопроводного газа идут без перебоев, чего в этом году Европе ждать не стоит. Это значит, что у Европы кончатся запасы газа в хранилищах где-то в середине зимы, если она не будет слишком суровой и если меры по экономии энергоносителей и потоки альтернативных видов топлива окажутся адекватными. В настоящее время ничто из этого не может быть гарантировано – и даже более или менее точно спрогнозировано.
С уверенностью сказать можно только то, что грядущей зимой запасы газа в европейских хранилищах закончатся раньше, чем большинство лидеров публично заявляют. Что еще важнее, следующим летом Европе не удастся пополнить запасы в адекватной мере, то есть следующая зима тоже может обернуться экономической катастрофой и человеческими трагедиями.
К несчастью, суровая реальность заключается в том, что, хотя эта зима будет тяжелой, через год Европа снова может оказаться в положении безработного потребителя, у которого едва хватает средств на покупку предметов первой необходимости.

Источник