Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.
Тема
месяца
Трубопроводы: новый взгляд

История трубопроводов: от Менделеева до ВСТО

Наше время принято называть временем атома, электроники, интернет-технологий. Но что будет с нашей цивилизацией, если на мгновенье исчезнут трубы? Она прекратит свое существование в тот же момент. Мы создали мир, в котором труба — это основа нашей технической цивилизации. И если хочется понять, как выглядит мир по-настоящему, стоит отправиться на экскурсию — для начала в глубину истории.

Человек увидел преимущество трубы в глубокой древности. Можно сказать, что еще десятки тысяч лет назад люди нашли применение трубчатым растениям, чтобы, к примеру, подводить к жилищам воду, делать стоки, пить воду через соломинку или плеваться отравленными колючками.

Уже древние египтяне имели развитое производство керамических труб. Их вставляли одну в другую и так создавали длинные конструкции, которые могли служить либо водоводами, либо сточной системой.

В Европе и России в древности научились делать трубы из стволов деревьев. Самым простым способом было расщепление ствола на две половинки, выдалбливание середины и последующее соединение с помощью смолы. Эта технология пережила века: в наше время находят трубы, которые делали 150 лет назад из древесных реек, смолы и проволочной оплетки. Они до сих пор могут служить людям.

Но такие трубы хороши только до тех пор, пока вода в них идет самотеком, под действием силы тяжести. А вот если вы начинаете качать воду или пропускать ее с большим перепадом высоты, такие трубы оказываются непригодными. Потребовались десятилетия, чтобы инженеры осознали причины проблемы и нашли пути ее решения.

Бочки и кружки

В середине XVII века проблема труб, выдерживающих высокое давление, появилась в связи с развитием садово-паркового искусства. Стали создаваться насосные станции, которые поднимали воду, и трубопроводы, по которым вода опускалась со значительными перепадами высот. Все отмечали, что в этом случае вода идет очень сильной струей. Но часто вода прорывала соединения труб или даже разрывала сами трубы, хотя их сечение было совсем небольшим.

В 1644 году итальянец Эванджелиста Торричелли опубликовал закон, описывающий зависимость скорости вытекания воды от давления, получивший его имя. Чем больше давление, тем быстрее будет вытекать вода. По сути, он положил начало науке — гидравлике. Следующий шаг, объяснивший, почему рвались трубы, сделал француз Блез Паскаль, который в 1648 году взял крепкую бочку, полную воды, вставил в нее тонкую стеклянную трубку высотой до второго этажа и стал заполнять трубку из небольшой кружки. На удивление, вскоре бочку разорвало.

Паскаль понял, что самое главное — это перепад давления в системе, а не диаметр стеклянной трубки. Открытия Торричелли и Паскаля лежат в основе всей современной гидравлики, например, в любой автомашине несколько метров трубопроводов, по которым поступает бензин, гидравлические жидкости, антифриз. Трубы в тракторах, кораблях и самолетах, водо-, нефте- и газопроводах.

По трубопроводам подается в наши дома вода и природный газ. Многие виды промышленного производства, например химическое, это сплошной клубок труб и трубочек. И о каждой разновидности можно рассказывать очень долго. Самыми крупными трубопроводами в мире являются так называемые магистральные: по ним идет подача нефти или газа на значительные расстояния от места добычи до места, где начнется переработка сырья и его практическое использование.

Первые трубопроводы

Строго говоря, по магистральным трубопроводам можно перекачивать не только нефть. Дефицит воды уже привел к тому, что появились магистральные водопроводы, и можно быть уверенными, что их количество будет только расти. Но основные особенности и принципы создания этих самых протяженных сооружений на планете остаются одними и теми же.

У трубопровода по сравнению с цистерной или газовым баллоном есть несомненное преимущество —непрерывность подачи продукта, но есть и свои слабости. Например, чтобы ускорить транспортировку нефти через трубопровод, нужно повысить давление. При этом чем меньше диаметр трубы, тем большее значение имеет вязкость жидкости, которую перекачивают, и то, насколько она липкая по отношению к стенкам этой трубы. Поэтому сопротивление перекачке в маленькой трубе будет много больше, чем в трубе большого диаметра. Но чем больше будет диаметр трубы при одинаковой толщине стенки, тем больше шансов, что она лопнет. Поэтому первые трубопроводы были достаточно скромного диаметра.

Например, первый в России нефтепровод, построенный в 1878 году по проекту выдающегося инженера Владимира Шухова, имел диаметр 75 мм. А в 1906 году в России был запущен нефтепровод Баку ¾ Батуми длиной 833 км. Этот трубопровод был построен из труб с внутренним диаметром уже 200 мм. И тем не менее трубопроводы не могли тогда еще составить конкуренцию перевозке нефти по железной дороге или по морю. В 1913 году по батумскому нефтепроводу перекачивалось всего 5-6% всей нефти, которая шла из этого региона. Просто потому, что потребление нефти было еще сравнительно невысоким.

Большой нефтяной рывок

Первая мировая война сделала нефть самым перспективным видом топлива. На глазах рос мировой автомобильный парк. Особые взгляды устремляли на бензин и дизельное топливо военные: все помнили слова французского генерала Фоша по поводу Версальского мира — «перемирие на двадцать лет». Поэтому системы бесперебойных поставок приобретали особое значение.

В 1926 году был проложен первый нефтепровод в Южной Америке. В 1925 году советские инженеры построили вторую ветку нефтепровода Баку — Батуми длиной 834 км, а спустя несколько лет ¾ нефтепровод Грозный ¾ Туапсе протяженностью 650 км. Диаметр труб увеличился до 250 мм, насосные станции стояли примерно через каждые 70 км.

Однако СССР значительно уступал тем же США по длине своих трубопроводов и объемам перекачки нефти. Перед началом Второй мировой войны общая длина трубопроводов в СССР составляла чуть больше 4000 км. При этом в годы войны США проложили продуктопроводы из штата Техас на северо-восток длиной более 2000 км каждый. В 1944 году был построен магистральный газопровод Tennessee длиной 3300 км. Наступало время сверхдлинных трубопроводных магистралей.

К шестидесятым годам ХХ века диаметр трубопроводов значительно вырос, например, знаменитый нефтепровод «Дружба», сданный в эксплуатацию в 1964 году, был собран из труб диаметром 1200 мм. По нему пошла нефть из Татарстана и Поволжья в Польшу, Чехословакию, Венгрию и Германскую Демократическую Республику.

Ученые разрабатывали новые способы не только изготовления труб, но и их защиты от коррозии и уменьшения трения нефти о внутренние стенки. В частности, внутреннюю поверхность труб стали покрывать пластиком, который нефть плохо смачивает. В результате ее трение о стенки трубы заметно снижалось, а значит, снижались и расходы энергии на ее перекачку.

Проблемы и решения

Строительство трубопроводов продолжается и в России, и во всем мире. Совершенствуются технологии: в соревновании различных методов изготовления труб большого диаметра победила технология изготовления сварных труб из одного листа с формированием одного, продольного шва. Сейчас качество швов столь высоко, что прочность на разрыв шовного соединения всего на 10-15% меньше, чем собственно стенки трубы.

Если раньше Россия вынуждена была закупать импортные трубы большого диаметра, то с запуском в рабочий режим новейшего производства «Высота 239» на Челябинском трубопрокатном заводе этот вопрос был решен.. Сегодня работа есть для всех российских трубных производителей. Ведь несмотря на то, что Россия продолжает строить крупные экспортные трубопроводы, такие как Восточная Сибирь — Тихий океан, внутри страна еще далеко не насыщена трубопроводной сетью, в первую очередь газовой. Хотя, к примеру, общая длина трубопроводов «Транснефти» приближается к 50 000 км, стоит помнить, что общая длина мировой трубопроводной системы уже около 4 млн км. В России требуется строительство дополнительных магистральных трубопроводов, чтобы обеспечить всю страну доступным топливом. Ведь новый магистральный газо- или нефтепровод очень сильно способствует развитию региона, чему есть немало примеров.