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
Будущее трубопроводного транспорта

Какими будут трубы завтрашнего дня

Будущее трубопроводного транспорта тесно связано с прогрессом в производстве самих труб, соответствующих потребностям этого транспорта. Ученые и инженеры решают очень сложные задачи по созданию трубопроводов, которые будут служить людям вплоть до начала ХХII века. И то, что совсем недавно казалось невозможным, уже начинает приобретать реальные очертания и даже получает «путевку в жизнь».

С точки зрения чистой науки лучше бы никакой трубы вообще не было и поток той же нефти струился в воздухе к потребителям сам собой. Но на практике поток нужно отделить от среды, чтобы обеспечить его сохранность, движение и направление этого движения. А значит, нужно решать вопрос взаимодействия потока вещества и самой трубы. 

Одной из главных задач всегда была необходимость повышения пропускной способности трубопроводов. Еще до открытия законов гидравлики и пневматики, выраженных в строгих математических формулах, строители и ирригаторы знали — чем больше диаметр трубы, тем больший поток воды можно пропустить через нее за единицу времени. Если вода заменялась более густой жидкостью, то этот эффект становился еще более заметным — через узкие трубы густая масса просто не двигалась. 

Из гидравлики известно, что пропускной способности трубопроводов препятствует объемный вес перекачиваемой жидкости, ее вязкость и длина трубопровода — из-за трения жидкости с его стенками. Способствует увеличению пропускной способности рост внутреннего диаметра трубы и разница давлений на ее концах.

На практике это означает, что чем больше диаметр трубопровода, тем он выгоднее. Ведь увеличение диаметра трубы, а значит, и окружности — это простое линейное увеличение ширины листа, из которого труба будет свернута. А вот площадь сечения трубы, по которой будет течь продукт, увеличивается в квадратичной прогрессии. Например, увеличив диаметр трубы в два раза, мы увеличим площадь сечения в четыре раза и так далее. Больше сечение — больше жидкости пройдет по трубе за то же самое время. 

Однако увеличение диаметра трубы влечет за собой и увеличение площади ее поверхности, а следовательно, и давления жидкости или газа на ее стенки. Их приходится делать толще, и, следовательно, на каждую трубу уходит больше металла. Или же вы должны создать сталь или иной материал, который выдержит давление в такой трубе. 

И тем не менее, опыт строительства и эксплуатации в Советском Союзе сверхдлинных магистральных трубопроводов большого диаметра показал, что игра стоит свеч — несмотря на все сложности при строительстве такого трубопровода, все компенсирует повышение его эффективности — удешевление эксплуатационных затрат на фоне роста объемов перекачки продукта. Именно поэтому с 1960 года в СССР сначала использовались трубы диаметром 1020 миллиметров, затем — 1220, а с начала 70-х годов — и 1420. 

Однако дальнейший рост диаметра трубопроводов замедлился, хотя были проведены эксперименты и расчеты по созданию трубопроводов еще большего диаметра — вплоть до 2500 миллиметров. Такие «супертрубы» потребовали кардинальной перестройки огромной индустрии, ведь менять пришлось бы абсолютно все. То есть с определенного диаметра происходило резкое удорожание всей цепочки — от создания металла для таких труб, самого изготовления этих колоссов и их укладки на местности. Возможно, в будущем придется вернуться к идее труб очень большого диаметра, соизмеримого с поперечным сечением поезда метро, но для этого должны быть свои предпосылки.

Другой путь повышения производительности трубопроводов — это повышение давления в системе. Повышение качества трубной стали, сварочных швов позволяли его увеличивать. 50, 75, затем 120 атмосфер. Сейчас трубы производства цеха «Высота 239» Челябинского трубопрокатного завода диаметром 1420 мм рассчитаны на рабочее давление около 147 атмосфер. 

Трубопровод должен работать долго. А следовательно, его нужно защитить от коррозии как снаружи, так и внутри. Давно ушла в прошлое изоляция горячим битумом и так называемой крафт-бумагой прямо на месте кладки трубопровода. Сначала на смену бумаге пришли полимерные пленки, затем изоляцию стали наносить уже на заводе, причем не только внешнюю, но и внутреннюю. Такие трубы служат гораздо дольше, и, мало того, внутреннее покрытие снижает трение движущегося газа или нефти, что опять же повышает эффективность всего трубопровода. 

«Скользкие» трубы — это перспективное направление не только при транспортировке традиционных продуктов, но и более экзотичных материалов — например суспензии угля в воде. Возможно, появятся еще более экзотичные покрытия, которые можно назвать «активными», — например, состоящие из самозалечивающихся полимеров. Свою изоляцию хотят нанести на трубы проектировщики трубопроводов, которые перекачивают подогретую нефть. Хорошая теплоизоляция резко сокращает расходы на подогрев нефти и ее перекачку. То есть стальная труба все более обрастает различными покрытиями, которые делают работу трубопровода все более эффективной. 

Возможно, в будущем традиционная стальная труба превратится в металлопластиковый композит, состоящий как бы из нескольких запресованных друг в друга труб. Сама стальная труба при этом будет напоминать арматуру, которая обеспечит прочность этой конструкции. Она будет легче и долговечнее обычных труб, и есть вероятность, что именно такие трубы будут выпускаться особо крупного диаметра. Во всяком случае специалисты уже готовятся к новым вызовам. 

Впрочем, и стальные трубы еще не сказали своего последнего слова. Разрабатываются все новые сплавы, развиваются технологии сварки самих труб и сварки труб в трубопроводы. Здесь очень важно и качество соединения, и скорость сбора трубопровода. Чем быстрее будут строиться трубопроводы, тем меньше будут затраты. Автоматизация процесса строительства трубопроводов будет способствовать скорейшему развитию сети этого транспорта. 


И однажды к трубопрокатчикам придут заказчики, которых будет волновать не столько давление внутри трубы, сколько устойчивость ее к давлению снаружи. Это произойдет, когда будет проектироваться вакуумный трубопровод, по которому могут отправиться с огромной скоростью капсулы со срочными грузами или людьми. В этих трубах воздух будет откачан полностью, и пролегать они могут по дну морей и океанов. Именно поэтому они должны будут сопротивляться давлению извне.