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

Тенденции на рынке трубопроводов

Трубопроводный транспорт, появившийся, по сути, всего полтора века назад, продолжает развиваться. И речь идет даже не об увеличении длины трубопроводов, которая уже измеряется миллионами километров, а о появлении все новых инженерных решений, помогающих с большей эффективностью использовать «трубу».

Развитие трубопроводного транспорта тесно связано с его особенностями, которые выгодно отличают его от других способов перемещения полезного груза. Прежде всего, это непрерывность перемещения — нефти, газа, воды или чего-либо еще. Поезд, самолет или танкер в первую очередь перевозят самих себя, а уж потом — груз. Трубопровод же — это непрерывно функционирующая машина, которая переносит груз, оставаясь сама неподвижной.

С одной стороны, жесткая связка пункта А и пункта В — это недостаток трубопровода, но такая особенность характерна и для железной дороги, и для шоссе, и даже для речного транспорта. С другой стороны, это достоинство, так как после того как трубопровод проложен, он может непрерывно работать десятилетиями, круглые сутки. Конечно, надо обслуживать компрессорные станции, возможно, замерять поврежденные секции, но это рутина. Трубопровод, по сути, это та машина, которую проще всего автоматизировать.

Время умных труб

Казалось бы, как соотносятся между собой роботы и трубы? Самым прямым образом. Поскольку сам трубопровод не движется, а перемещается внутри него сама полезная среда, нет проблемы «встречного движения», как в случае с роботизацией авто- или воздушного транспорта. Здесь стоит одна задача: разумно и эффективно перекачивать полезное вещество из одного конца трубы в другой.

Тем не менее это достаточно сложная задача. Компрессорные станции, вентили и заглушки, станции подогрева продукта, осушения — все это «хозяйство», работающее под давлением в десятки атмосфер, требует очень четкого управления. Именно тут автоматизированные системы управления показывают высокую эффективность, так как тонко чувствуют, что происходит в трубе, и могут гармонично регулировать перепады давления, рабочие температуры и другие параметры.

Кроме самих труб в комплекс трубопроводного транспорта входят также и сопутствующая инфраструктура — вплоть до мест проживания работников, автодорог и взлетно-посадочных площадок. Поэтому развитие автоматизации способствует сокращению расходов и на содержание обслуживающего персонала, вынужденного проживать в удаленных районах.

Современные магистральные трубопроводы — это уже далеко не труба с вентилем. И автоматизация трубопроводов — это одна из самых ярких тенденций начала ХХI века. Тем более что трубопроводы прокладывают во все более сложных условиях.

Где пройдет трубопровод?

Самая лучшая труба — это прямая труба. К сожалению, есть природные преграды, через которые трубопроводы вряд ли будут перебрасывать, например, через высочайшие горные хребты. Или укладывать их по океанскому дну на большие расстояния. Технически, может, и возможно, но экономически — стоит ли?

С другой стороны, современные нефтепроводы резко сократили список участков, где их крайне сложно или невозможно проложить. Это сто лет назад трубы просто укладывали на землю. С годами все изменилось.

Трубопровод сейчас проходит по дну морей, рек, озер и даже непроходимых болот. Классической схемой укладки трубопровода десятилетиями считалось закапывание его в грунт. Эта схема имеет множество преимуществ, в случае если мы укладываем трубопровод в достаточно плотные грунты: под землей труба надежно защищена от внешних воздействий, в том числе криминальных, она обеспечивает устойчивость трубы в пространстве и позволяет перемещаться поверх закопанной трубы людям и животным.

И мало того, под землей менее заметны перепады температур, что сильно влияет на условия перекачки полезного продукта, особенно в зимнее время. Неслучайно подавляющее большинство трубопроводов сооружено по этой схеме.

Однако по мере освоения Крайнего Севера стали возникать проблемы особого рода. Труба сама может быть источником тепла, и в условиях вечной мерзлоты она разрушает поверхность, на которую ее положили. С другой стороны, в зонах, где возможны землетрясения или какие-либо иные подвижки грунтов, заглубленная в их толщу труба неминуемо порвется. Поэтому и в СССР, и в США еще в семидесятые годы начались работы по прокладке трубопроводов, установленных на специальные опоры.

Такие опоры не передают тепло от трубы в грунт и поэтому надежно стоят на нем. Опоры позволяют проходить под трубой животным и даже транспорту. В случае землетрясения опоры могут смещаться, но так как трубы способны скользить относительно верхушки опоры, вероятность разрыва трубопровода снижена максимально.

Уже давно трассы трубопроводов совмещают с линиями электропередач и других коммуникаций. В комплексе это позволяет повысить экономическую эффективность прокладки трассы. Поэтому сокращение необходимых «обходных путей» для трубопроводов, максимальное спрямление трасс ⎯ это еще одна тенденция развития современного трубопроводного транспорта.

Плывущие в нефти

Нефтяной поток плывет по трубам со скоростью несколько метров в секунду. А что, если бросить в него контейнер с каким-то грузом и выловить на приемной станции? Идея трубопроводного транспорта для перевозки контейнерных грузов уже прорабатывается учеными и инженерами многих стран.

С одной стороны, контейнер по трубе может плыть вместе с полезной жидкостью, например той же нефтью, безо всяких дополнительных затрат. Чтобы его похитить, надо разрушить трубопровод, что далеко не всегда будет привлекательной идеей для воров. Так что это вполне безопасный способ отправить посылку.

А когда закончится нефть, полезный груз можно будет перемещать по трубе потоком воды, целиком перепрофилировав трубопровод под контейнерную транспортную систему. Ведь большинство нефте- и газопроводов рано или поздно будет ждать такая участь. И инженеры уже сейчас думают над тем, что делать с магистральными трубопроводными системами в будущем.

Наконец, можно будет строить специальные грузовые трубопроводы, которые изначально будут рассчитаны на перевозку грузов, а может быть и людей. Не стоит забывать, что пневмопочта, созданная еще в XIX веке, работает до сих пор. Идеи вакуумных трубопроводных поездов и грузовых систем разрабатываются по всему миру. Так что производители труб, особенно труб большого диаметра, могут не бояться кризиса — на их продукцию всегда останется спрос.

Скорость востребована

Но это задачи будущего. Пока же в полный рост стоит задача повышения эффективности перекачивания нефти и газа. К сожалению, даже газ сопротивляется своему продвижению в трубах. Поэтому тенденция борьбы за снижение этого сопротивления, повышение скорости потока и, как результат, пропускной способности трубопровода остается крайне актуальной.

Российские ученые и инженеры разрабатывают методики борьбы с этой проблемой. Самая большая проблема — с нефтью. Ее вязкость зависит от температуры. Когда она вырывается из скважины, то при температуре, близкой к ста градусам, она очень жидкая. Но при снижении температуры нефть превращается в густой сироп, который крайне трудно протолкнуть через трубу. Значит, ее надо нагреть.

Прежде всего приходит на ум простой подогрев самой трубы, чтобы снизить вязкость нефти. Для этого разработаны специальные электрические кабели. Также можно подогревать и саму нефть на специальных станциях, где тепло создается сжиганием той же нефти. Если обеспечить трубе надежную термоизоляцию, то расходы на подогрев нефти снизятся. Вопрос, что выгоднее ⎯ вложиться в утеплители или больше подогревать нефть, далеко не так прост и для каждого трубопровода может иметь свой ответ.

Однако существуют и довольно парадоксальные идеи для решения этих проблем. Например, есть предложения создавать в трубе вихревое движение потока нефти, что, как показывают лабораторные опыты, повысит скорость ее движения, а следовательно, эффективность трубопровода. Возможно, это не решение вопроса, но один из элементов комплекса мер.

Есть и еще более «тонкие» способы решения вопроса. Российские ученые предложили использовать полярные молекулы, напоминающие стрелку компаса. Такие молекулы, если их добавить в нефть в ничтожном количестве, стремятся «прилипнуть» к стенкам трубы и создают своеобразный молекулярный промежуточный слой, который резко уменьшает трение нефти о стенки трубы.

Скорее всего, в ближайшее время основными тенденциями развития трубопроводного транспорта как раз и будет повышение его эффективности за счет широкой автоматизации управления, повышение эффективности перекачки продуктов и оптимизация строительства. Это должно в итоге сделать трубопроводный транспорт еще эффективнее и конкурентоспособнее даже в случае снижения цен на нефть и газ.