Є речі, про які як не розповідай в самих допитливих технологічних подробицях, все одно вони не перестануть викликати захоплення, що межує з відчуттям чуда. До таких, безумовно, належать різного роду мегасооруженія: хмарочоси, мости, тунелі і, звичайно ж, трубопроводи, прокладені по морському дну.
Як це можливо - укласти сотні кілометрів сталевих труб на велику глибину, на дно зі складним рельєфом? Як домогтися, щоб вся ця конструкція витримувала величезне тиск, не зміщувалася, не була знищена корозією, витримувала удари корабельних якорів і рибальського спорядження і, нарешті, просто працювала як треба? Найсвіжішим прикладом споруди підводного мегатрубопровода став знаменитий «Північний потік», що пролягла по балтійському дну і з'єднав російську і німецьку газотранспортні системи. Дві нитки труб, кожна довжиною понад 1200 км - майже 2,5 млн тонн стали, поглинених морем з волі людини. Саме на прикладі «Північного потоку» ми спробуємо коротко розповісти про технології створення підводних трубопроводів.
З корми трубоукладальних судна зварені труби виходять безперервної батогом і укладаються на дно. Добре помітна спеціальний захист монтажних стиків. Коли секція закінчена, до неї приварюється тимчасова заглушка.
Як загортають сталь
Дві нитки газопроводу складаються з 199 755 дванадцятиметрових труб, зроблених з високосортного вуглецевої сталі. Але якщо мова йде про зіткнення з такою хімічно агресивним середовищем, як морська вода, металу потрібен захист. Для початку на зовнішню поверхню труби наносять тришарове покриття з епоксидного складу і поліетилену - це робиться прямо на заводі-виробнику. Там же, до речі, трубу покривають і зсередини, правда, завдання внутрішнього покриття не в захисті від корозії, а в підвищенні пропускної здатності газопроводу. Червоно-коричнева епоксидна фарба дає дуже гладку, глянцеву поверхню, що знижує, наскільки це можливо, тертя молекул газу об стінки труби.
Чи можна укладати таку трубу на морське дно? Ні, її потрібно додатково захищати і посилювати проти тиску води і електрохімічних процесів. На труби встановлюють так звану катодний захист (накладення негативного потенціалу на поверхню, що захищається). З певним кроком до труб приварюють електроди, з'єднані між собою анодним кабелем, який пов'язаний з джерелом постійного струму. Таким чином, процес корозії переноситься на аноди, а в захищається проходить тільки неразрушающий катодний процес. Але головне, що ще належить зробити з трубою, перш ніж вона буде готова опуститися на дно, - це обетонірованіе. На спеціальних заводах зовнішню поверхню труби покривають шаром бетону товщиною 60-110 мм. Покриття армується привареними до корпусу сталевими стрижнями, в бетон додається наповнювач у вигляді залізної руди - для обважнення. Після обетонірованіе труба набуває ваги близько 24 т. У неї з'являється серйозна захист проти механічних впливів, а додаткова маса дозволяє їй стабільно лежати на дні.
На фото - зварювальний станція трубоукладальних судна Castoro Dieci. Зварні стики пройдуть процедуру неруйнівного ультразвукового контролю, потім їх захистять за допомогою термоусадочного поліетиленового рукава, металевого кожуха і пеноматериала. Судно Castoro Dieci належить італійській компанії Saipem і призначене для прокладки ділянок трубопроводів на прибережному мілководді. Фактично це плоскодонна несамохідна баржа, яка пересувається тільки за допомогою буксира і якірної лебідки, проте точне позиціонування Castoro Dieci здійснює самостійно за рахунок восьміточечной системи якорів.
підступне дно
Але треба пам'ятати, що дно навіть такого порівняно неглибокого моря, як Балтійське, не надасть саме по собі зручного і безпечного ложа для газопроводу. Є два чинники, які неминуче доводилося враховувати проектувальникам і будівельникам «Північного потоку»: антропогенний і природний.
Історія судноплавства в північноєвропейському регіоні налічує тисячоліття, і тому на дні моря накопичилося чимало всілякого сміття, а також уламків затонулих кораблів. XX століття внесло свій страшний внесок: на Балтиці в ході світових воєн велися активні бойові дії, встановлювалися сотні тисяч морських мін, а після закінчення воєн в море ж утилізували боєприпаси, в тому числі і хімічні. Тому, по-перше, при прокладанні маршруту газопроводу було потрібно обходити виявлені скупчення небезпечних артефактів, а по-друге, ретельно обстежити зону прокладки, включаючи так званий якірний коридор (по кілометру вліво і вправо від майбутньої траси), тобто зону, в якій кидали якоря суду, задіяні в будівництві. Зокрема, для моніторингу боєприпасів застосовувалися кораблі, оснащені ехолокаційному обладнанням, а також спеціальним донним роботом (ROV), пов'язаним кабелем з базової донної станцією TMS. При виявленні боєприпасів (морські міни вельми чутливі до руху) їх підривали на місці, попередньо забезпечивши безпеку судноплавства в заданому районі і вживши заходів з відлякування великих морських тварин.
Другий фактор, природний, пов'язаний c особливостями рельєфу дна. Дно моря складено з різних порід, воно має виступаючі гребені, западини, ущелини, і опускати труби прямо на все це геологічне різноманітність не завжди можливо. Якщо допустити велику провисання нитки газопроводу між двома природними опорами, конструкція може з часом зруйнуватися з усіма наслідками, що випливають з цього неприємностями. Тому донний рельєф для прокладки необхідно штучним чином виправляти.
Корми трубоукладальних судна зі Стінгер - спеціальним жолобом, що збільшує радіус згину укладива- емой нитки. Завдяки Стінгер буква S знаходить більш плавні обриси.
Якщо потрібно вирівняти рельєф дна, використовувалася так звана кам'яна накидка. Спеціальне судно, навантажене гравієм і дрібними каменями, за допомогою труби, нижній кінець якої обладнаний соплами, «прицільно» заповнювало порожнини дна, надаючи йому більш відповідний профіль. Іноді замість каменів вниз опускалися цілі бетонні плити. Інший варіант - викопування в дні траншеї для прокладки труб. Логічно припустити, що створення траншей передувало прокладці труб, проте далеко не завжди це відбувалося саме так. Існує технічна можливість стабілізації становища нитки на дні вже тоді, коли трубопровід прокладений (за умови, що глибина моря в даній точці не перевищує 15-20 м). В цьому випадку з судна на дно опускається траншеекопатель, що має роликові захоплення. З їх допомогою трубопровід підводиться з дна, і під ним виорювало траншея. Після проведення цієї операції труби укладаються в вийшло поглиблення.
Прокладка «Північного потоку» за допомогою судна Castoro Sei
В процесі трубоукладки стійкість судна Castoro Sei забезпечують 12 якорів. Кожен з якірних канатів управляється лебідкою, що створює постійне натяг. Судно також оснащено рушіями для більш точного позиціонування.
Сипати важкий грунт на дно можна не завжди: маса гравію продавлює м'які породи. В цьому випадку для «випрямлення» рельєфу використовують більш легкі опори з металевих або пластикових конструкцій.
Підводна буква
Тепер, мабуть, найцікавіше: як труби виявляються на дні? Зрозуміло, складно собі уявити, що кожна окрема 12-метрова труба приварюється до нитки газопроводу прямо в море на глибині. Значить, цю процедуру необхідно проробляти до укладання. Що, власне, і відбувається на борту трубоукладальних судна. Тут необхідно ненадовго повернутися до конструкції самої труби і помітити, що після нанесення на неї антикорозійного захисту і робить важчою бетонування оконцовкі труб залишаються відкритими і незахищеними, - інакше зварювання була б утруднена. Тому ділянки з'єднань захищаються від корозії вже після зварювання. Спочатку монтажні стики ізолюються за допомогою поліетиленового термоусадочного рукава, потім закриваються металевим кожухом, а порожнину між кожухом і рукавом заповнюється поліуретановою піною, що надає місцю стику необхідну механічну міцність.
Далі відбувається укладання S-образним способом. Зварена з труб батіг набуває в процесі укладання форму, що нагадує латинську букву S. Батіг під невеликим кутом виходить з корми корабля, досить різко опускається вниз і досягає дна, де приймає горизонтальне положення. Найважче уявити собі, що нитка із сталевих, покритих бетоном 24-тонних труб здатна до таких різких вигинів без руйнування, проте все відбувається саме так.
Зрозуміло, для того щоб батіг не зламалася, застосовуються різноманітні технологічні хитрощі. За трубоукладальних судном на десятки метрів тягнеться Стінгер - спеціальне ложе, що зменшує радіус нахилу йде вниз батоги. На судні також встановлено натягач, притискає труби донизу і знижує навантаження на вигини. Нарешті, система позиціонування точно контролює стан судна, за винятком ривки і різкі зміщення, здатні пошкодити трубопровід. Якщо укладання чомусь потрібно перервати, замість чергової труби до батоги приварюють герметичну кришку з кріпленнями і батіг «скидають» на дно. При поновленні робіт інший корабель підчепить заглушку тросом і витягне батіг назад наверх.
У 2012 році був сконструйований спеціальний «інтелектуальний зонд», який буде через певні проміжки часу перевіряти стан газопроводу, пересуваючись з потоком газу від російської бухти Портова до німецькому Любміні.
Газопровід-водопровід
І все ж без підводного зварювання не обійшлося. Справа в тому, що кожна з ниток «Північного потоку» складається з трьох секцій. Різниця між секціями - різна товщина стінок використовуваних труб. Поки газ йде від терміналу в російській бухті Портова до приймального терміналу на німецькому березі, тиск газу поступово падає. Це дало можливість використовувати в центральній і фінальної секціях більш тонкостінні труби і таким чином економити метал. Ось тільки забезпечити з'єднання різних труб на борту трубоукладальних судів не представляється можливим. Зчленування секцій відбувалося вже на дні - в гідроізольований зварювальної камері. Для цього на дно опускалися трубопод'емние механізми, які відривали від дна і точно позиціонували один навпроти одного батоги окремих секцій. Для тієї ж мети застосовувалися надувні мішки зі змінною плавучість, які забезпечували вертикальні переміщення труб. Термобарична зварювання велася в автоматичному режимі, однак налагодження устаткування зварювального камери - дуже складна водолазна операція. Для її проведення під воду опускалася водолазна камера, де могла проходити декомпресію ціла бригада водолазів, і спеціальний дзвін для спуску на дно. Сварка секцій проводилася на глибині 80-110 м.
Перш ніж використовувати газопровід для перекачування палива, його випробовували ... водою. Ще до термобарической зварювання кожна секція трубопроводу пройшла суворе випробування. Всередину секцій за допомогою поршневого модуля було закачано попередньо відфільтрована від суспензій і навіть бактерій морська вода. Рідина, нагнітають зі спеціального судна, створювала всередині батоги тиск, що перевищує робочий, і такий режим підтримувався протягом доби. Потім вода откачивалась, і секція газопроводу осушувати. Ще до того, як в трубопроводі з'явився природний газ, його труби заповнювалися азотом.
Прокладка газопроводу по морському дну - лише частина проекту «Північний потік». Чимало зусиль і витрат потрібно для обладнання берегової інфраструктури. Окрема історія - це витягування нитки газопроводу на берег за допомогою потужної лебідки або створення механізму компенсації сезонного стиснення-розширення 1200-кілометрової нитки.
Будівництво «Північного потоку» викликало чимало дискусій на різні навколополітичні теми - від екології до надмірної ролі сировинного експорту в економіці Росії. Але якщо абстрагуватися від політики, не можна не помітити: трансбалтійський газопровід - відмінний приклад того, як просунуті технології та міжнародна кооперація здатні творити сучасні чудеса в цілком робочому рутинному режимі.
Стаття «Підводні нитки» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2013 ).
Як це можливо - укласти сотні кілометрів сталевих труб на велику глибину, на дно зі складним рельєфом?Чи можна укладати таку трубу на морське дно?