Недра России богаты ценными природными ископаемыми, в числе которых важные энергетические ресурсы – нефть и газ. Большие запасы углеводородов и необходимость их транспортировки стали причиной активного строительства трубопроводов различного диаметра. Впрочем, учитывая географические и климатические условия нашей страны, в большинстве случаев прокладка ведется вдали от обустроенных коммуникаций, часто на заболоченных и лесистых участках, территориях с вечной мерзлотой, что в свою очередь приводит к необходимости использования широкого спектра различной спецтехники.
В настоящее время в России география нефтеперерабатывающей промышленности чаще всего не совпадает с районами ее переработки. Поэтому задачи транспортировки «черного золота» привели к созданию развитой сети нефтепроводов. По размеру грузооборота нефтепроводный транспорт в 2,5 раза превзошел железнодорожный в части перевозок углеводородов: по трубам поставляется более 95% всей добываемой нефти при средней дальности перекачки 2300 км.
В целом сейчас вся сеть нефтепроводов представлена двумя неравными по значимости и условиям управления группами объектов: внутрирегиональными, межобластными и системой дальних транзитных нефтепроводов. Первые обеспечивают индивидуальные связи промыслов и заводов, вторые же интегрируют потоки нефти, обезличивая ее конкретного владельца.
Строительство нефтепроводов – сложный технологический процесс, требующий не только использования различных средств механизации, но и четкого соблюдения всех этапов с учетом климатических и геологических условий. Так вышло, что значительная часть территории нашей страны представляет собой заболоченную или сильно обводненную местность, на которой располагаются грунты с пониженной несущей способностью, поэтому, когда по заболоченной территории проходит нитка трубопровода, это всегда вызывает дополнительные трудности для строителей.
Во-первых, затруднено использование тяжелой строительной техники, которая грузнет и тонет в болотах; во-вторых, плотности болот не хватает для поддержания трубопроводов на определенной глубине. Для решения обоих вопросов большая часть работ производится в зимнее время года, когда температура воздуха опускается ниже нуля градусов. Однако вместе с затвердевшим основанием возникают дополнительные трудности выполнения работ в виде обильных снегопадов и большого промерзания грунтов.
Для болот характерно наличие мощного слоя обводненных органических отложений — торфа. Строение болота имеет важное значение при проектировании прокладки траншей для будущего нефтепровода. Основной формой прокладки трубопровода считается подземная форма, для чего выкапываются траншеи соответствующей глубины, для дальнейшего опускания в них трубопроводов. В случаях прохода трубопровода по жидкой фазе болот, трубопровод прокладывается в подводном положении, для чего его на протяжении всей длины утяжеляют кольцевыми грузами, которые могут быть выполнены из чугуна, бетона или железобетона. Наземная прокладка трубопроводов через болота применяется в исключительных случаях, когда нет возможности проложить трубопровод под землей или под водой.
Но мы будем говорить о подземной (закрытой) прокладке. Схема технологических работ, а также штат применяемой техники зависит напрямую от типа болота.
Применительно к трубопроводному строительству болота классифицируются следующим образом:
I тип – болота, заполненные торфом устойчивой консистенции, допускающие работу и неоднократный проход строительных машин и механизмов с удельным давлением на грунт 0,02¸0,03 Мпа.
II тип – болота, целиком заполненные торфом неустойчивой консистенции, допускающие работу машин и механизмов с удельным давлением на грунт до 0,01¸0,02 Мпа.
III тип– болота, допускающие работу только плавучих машин и механизмов.
В зависимости от типа болот участки трубопровода относят к той или иной категории в соответствии с требованиями СНиП 2.05.06-85. От этого уже зависит не только технологическая схема проведения строительных работ и требования к прочности и устойчивости трубопроводов, а также штат используемой техники.
Изначально перед тем, как приступить к обустройству трубопровода, необходимо выполнить целый комплекс мероприятий – провести исследование грунта, разработать план прокладки коммуникаций, согласовать проведение работ в необходимых инстанциях, подготовить рабочую площадку под выбранный способ установки труб. Подготовительные работы работыв свою очередь напрямую связаны с состоянием и типом болота.
Так, в случае мерзлого грунта производится расчистка трассы, промораживание грунта и устройство лежневой дороги, о которой мы поговорим далее чуть подробнее.
Если же грунт талый, то сначала проводится выемка торфа бульдозером или экскаватором, установленном на плавсредстве. Затем при большой глубине болота с применением установленного на берегу автосамосвала или гидронамыва проводится отсыпка грунта. Чтобы уменьшить количество песка, строят песчаные сваи, затем с помощью водоотливных дренажных канав проводится осушение болота.
Состояние грунта влияет и на проведение земляных работ. Так, если он талый, то технологическая схема такая же, как на равнине в обычном грунте. В талом грунте все иначе. Если ширина труднопроходимого болота глубиной до 2¸3 м небольшая, то земляные работы осуществляются взрывом. Если же глубина слоя торфа не превышает 0,5¸1 м, бульдозер снимает слой торфа до минерального грунта, а экскаватор, оборудованный обратной лопатой, разрабатывает траншею на необходимую глубину.
От состояния болота зависит и последующая сварка трубопровода в нитку, изоляция и укладка. При замерзшем грунте, когда становится возможным движение по нему механизированных колонн, технология строительства ничем не отличается от технологии на равнинной местности. Если же болото талое, сварка и изоляция трубопровода осуществляется на одном из берегов болота. Укладка же может выполняться несколькими вариантами. Первый – путем протаскивания подготовленного трубопровода с помощью тягового троса, заранее проложенного в подготовленной в болоте траншее. Данный способ целесообразен, если проезд кранов-трубоукладчиков по поверхности болота невозможен, а балластировка труб сделана на берегу. При отрицательной плавучести трубопровод сразу протаскивают по дну, а при положительной – внутрь трубы заливают воду, и трубопровод опускается на дно.
Также можно проводить укладку методом сплава, при котором трубопровод, общая длина которого может достигать несколько километров, выводят в траншею из плаву, перемещая его с берега. Наиболее эффективна данная технология на труднопроходимых болотах при условиях, что траншея подготовлена заранее, например, в зимнее время.
В зависимости от стадии развития болота и его происхождения различаются и условия работы техники. В частности, необходимо выбрать, какие машины можно будет использовать на конкретных участках: на широких гусеницах, обычную на специальных щитах или же на понтонах.
Трубопроводы, которые в рабочем состоянии будут легче воды, в зоне распространения обводненных болот или на периодически затопляемых участках необходимо проводить с анкеровкой или балластированием. Балластирование может осуществляться формированием бетонной рубашки в заводских условиях, нанесением бетона на месте или приложением внешних грузов. При этом требуется учесть повышенную жесткость забалластированных плетей, не допуская излишних изгибов.
Способ применения ввинчивающихся в грунт анкеров наиболее предпочтителен на участках, расположенных на большом удалении от железных дорог или иных коммуникаций, обеспечивающих регулярный подвоз массивных грузов.
К слову о коммуникациях. Поскольку в большинстве случаев строительство трубопровода происходит в отдаленных местах, еще одним важным этапом подготовки является прокладка обеспечение транспортной связи с месторождением. Наиболее простым и целесообразным способом сделать путь к объекту зимой, на болотистых участках доступным являются так называемые лежневки, которые мы уже упоминали выше. Лежневая дорога представляет собой временный переезд, сооруженный из стволов деревьев и рассчитанный на разный срок службы, определяемый как интенсивностью, так и качеством строительства. Наиболее актуальны лежневые автодороги для сибирского региона с его болотами и мелкими речками в теплое время года, когда зимние автодороги приходят в негодность, а также для умеренно северных широт.
Лежневки устраивают в виде сплошного бревенчатого настила шириной 4, 6 и 8 м в зависимости от давления, оказываемого используемой техники. Строительство таких переездов не требует проведения земельных работ, перевозки грунтов. Главный строительный материал – дерево, которое можно получить при расчистке трассы. Поэтому особо востребованными становятся «лесные» машины – харвестеры и форвардеры, так как необходимо заготовить деревья, транспортировать к пункту назначения, монтировать продольные и поперечные лаги, колесоотбойные брусья. В России наибольшей популярностью пользуется техника брендов Ponsse и John Deere
Важно понимать, что правильное и квалифицированное выполнение обеспечивает лежневым дорогам высокие показатели надежности и пропускной способности.
Говоря о технологиях и машинах укладки трубопровода, нельзя не сказать о трубоукладчиках. Как показала многолетняя практика, при проведении работ ни мобильные краны, ни другие подъемно-транспортные машины не способны в полной мере заменить надежный трубоукладчик. Главное отличие этого вида техники от других «собратьев по оружию» заключается в следующем: при работе в колонне в процессе укладки трубопровода в траншею нагрузка на крюк крана-трубоукладчика носит переменный характер, так как зависит от массы и упругости приподнятого участка трубопровода, рельефа местности и согласованности действий крановщиков (машинистов). Благодаря своей универсальности трубоукладчики применяются на протяжении практически всего технологического процесса: в составе изоляционно-укладочной колонны при укладке трубопроводов в траншею, при сварочно-монтажных работах, при транспортировке, погрузке и разгрузке труб и плетей, а также при монтаже и других подъемно-транспортных работах.
Но важно понимать, что рынок трубоукладчиков весьма специфичен, так как в значительной мере привязан к крупным инфраструктурным проектам – строительству магистральных нефте- и газопроводов федерального значения. Естественно, в периоды активного развития таких проектов (непременно перспективных и амбициозных) наступает праздник на улице производителей. Но, если в силу определенных факторов проект замораживают, как было в 2009 г., «замерзает» и рынок трубоукладчиков. Конечно, существует множество локальных проектов, но они погоды на рынке не делают, так как их потребности в технике намного ниже, да и условия ограниченные.
Продолжительность проекта по прокладке трубопровода в среднем составляет 6-18 месяцев, по окончании строительства объекта техника может быть не востребована достаточно на большом промежутке времени, долгосрочное планирование осуществлять сложно, поэтому многие не рискуют делать значительные вложения в перевооружение своего парка техники. Немалую роль играет и тот факт, что трубоукладчики – машины, характеризующиеся длительным сроком службы. Наработка в моточасах у многих из них меньше, чем у других землеройных машин того же «возраста», плюс в процессе работы они лишь неспешно перемещаются вдоль траншеи трубопровода, что предотвращает быстрый износ ходовой части. Неудивительно, что наметилась тенденция повышенного спроса б/у машин и ремонт уже имеющихся образцов. Посудите сами: на вторичном рынке нередки примеры продаж 30-40-летних машин и даже старше, причем за хорошие цены. Как правило, это Caterpillar и в меньшей степени Komatsu. В связи с этим в настоящее время продажи трубоукладчиков в основном происходят в виде перераспределения техники, уже имеющейся на рынке.
В настоящее время все трубоукладчики разделяют на три группы в зависимости от диаметра укладываемых труб: малые – до 529 мм, средние – до 1200 мм и большие – до 1420 мм. Наибольшую популярность приобрели машины, предназначенные для укладки труб диаметром до 36 дюймов (914 мм), так как под эту категорию попадает множество трубопроводов, в том числе и нефтяных, а также подводящих и отводящих от нефтеперерабатывающих заводов и других подобных предприятий. Наиболее широко востребованы такие трубопроводы в странах с невысокой производительностью месторождений.
На рынке представлены образцы как зарубежного, так и российского производства. В общем объеме импортируемых в страну трубоукладчиков основную долю (до 70-80 %) составляют машины более тяжелых классов грузоподъемности (г/п) 90-92 т. У иностранных компаний «волны» появления новых моделей четко совпадают с периодами подъема на рынке: в 2007-2008 гг. и в 2011-2012 гг. Впрочем, и в течение последних лет компании не останавливают разработки, так как ожидается очередной подъем отрасли, связанный в первую очередь с активным освоением арктических регионов, требующим прокладки инженерных сетей.
Пожалуй, по сей день наиболее весомый вклад в развитие отрасли и, как следствие, в формирование спроса вносит корпорация Caterpillar, имевшая непосредственное отношение к появлению трубоукладчиков как вида строительной техники. Первая модель трубоукладчика Caterpillar 583 с интегрированным крановым оборудованием была выпущена в 1955 году. В настоящее время корпорация активно продолжает традиции, заложенные в середине прошлого столетия, поставляя на рынок все более высокофункциональные образцы.
Помимо Caterpillar, еще одним давно и успешно зарекомендовавшим себя на российском рынке поставщиком трубоукладчиков является Liebherr. Машины концерна эксплуатируются на строительстве газовых и нефтяных трубопроводов такими гигантами, как «Газпром» и «Транснефть». В настоящее время компания осуществляет поставки трех моделей, выведенных на рынок в 2011-2012 годах: RL 44 Litronic, RL 54 Litronic и RL 64 Litronic г/п 45,9, 70 и 90,8 т на вылете 1,22 м.
Наибольшим спросом среди нефтегазовых компаний пользуется модель тяжелого трубоукладчика RL 64. RL 44 и RL 54 хоть и не пользуются такой популярностью, но встречаются при создании инфраструктуры в самых труднодоступных регионах страны. К слову, для работы на проектах в северных широтах России с пониженным температурным режимом трубоукладчики производства Liebherr поставляются в специальном арктическом исполнении, позволяющим им бесперебойно функционировать при морозе до -50 °С.
Традиционно трубоукладчики, как уже мы упомянули выше, производятся на базе тракторов. Но со временем стало очевидно, что эти машины обладают рядом недочетов. Тогда компания Volvo задумалась о создании альтернативной техники и разработала трубоукладчик на базе экскаватора – и не прогадала.
Преимущества данного технологического решения очевидны. Во-первых, эта машина способна в разы быстрее справляться с задачами по погрузке-разгрузке и перемещению труб, при повороте не разрушая покрытие площадки, что происходит при эксплуатации машин на гусеничном ходу. А это играет особо важную роль, так как при выполнении определенных задач, к примеру, при подаче труб в трубогибочную машину, требуется выполнять регулярные развороты на месте. Плюс к этому, трубоукладчик сохраняет возможность передвигаться с грузом на крюке.
Во-вторых, при работе на больших уклонах трубоукладчик на базе экскаватора более безопасен, так как может повернуть стрелу по направлению уклона и сместив таким образом центр тяжести. В-третьих, установленный в машинах Volvo гидравлический четырехрычажный механизм подъема кабины обеспечивает оператору отличный̆ обзор траншеи и рабочей̆ площадки.
Наконец, трубоукладчики на базе экскаватора обладают большей интенсивностью эксплуатации, так как объединяют в себе три машины: трубоукладчик, гусеничный кран и одноковшовый строительный экскаватор. Данное решение позволяет снизить стоимость владения и увеличить финансовую выгоду пользователей.
После ряда испытаний и усовершенствований машин первого поколения в 2015 г. Volvo были выпущены две модели – PL3005D и PL4809D с опрокидывающей нагрузкой 51 и 89 т соответственно (на вылете 1,22 м). При комплектации модели PL4809D дополнительным противовесом массой 4 т опрокидывающая нагрузка машины достигает 102 т. На российский рынок трубоукладчики поставляются с «арктическим пакетом», что позволяет использовать их при температуре до -45 °С и ниже, что особенно актуально для северных широт.
Ошибочно будет считать, что все трубоукладчики, успешно применяемые на российских проектах, – зарубежного производства. В свете активно продвигаемой идеологии тотального импортозамещения сложно представить отрасль, которая бы не старалась обойтись своими силами. Значительно преуспели отечественные машиностроительные компании и в выпуске трубоукладчиков.
Ключевыми игроками на отечественном рынке в настоящее время являются следующие заводы: «ЧТЗ-Уралтрак», «Промтрактор», Березовский ремонтно-механический завод (БРМЗ). Как показывает практика, а также многочисленные исследования, наибольшим спросом пользуются преимущественно трубоукладчики г/п 27 т на вылете 1,22 м или 12,5 т на вылете 2,5 м. Более 50 % выпускаемых на российских заводах в последние годы машин данного вида относятся как раз к классу грузоподъемности 26-27 т.
В диапазоне грузоподъемности от 26 до 44 т (на вылете 1,22 м согласно стандарту SAE J743B) главными конкурентами являются «ЧТЗ-Уралтрак» с двумя базовыми моделями ТР12.22.01 и ТР20.22.01 и их модификациями, «Промтрактор», а также БРМЗ.
ТР12.22.01 производства Челябинского завода строится на базе трактора Т10Б в специальной комплектации, оснащенного А-образной стрелой коробчатого сечения длиной 7 м. Г/п на вылете 1,22 м составляет 27 т, на вылете 2,5 м – 12,5 т. Предназначен для укладки труб диаметром до 720 мм. Трубоукладчик ТР20.22.01 также построен на специальной модификации трактора Т10Б, в комплект специального оборудования входят стрела длиной 7 м, двухбарабанная лебедка с механическим приводом и противовесом массой 6150 кг, состоящим из 4 сегментов. Г/п трубоукладчика на вылете 1,22 м составляет 41 т, на вылете 2,5 м – 20 т. Может применяться для укладки труб диаметром до 1020 мм.
«Промтрактор» поставляет на рынок пять базовых моделей трубоукладчиков, которые могут комплектоваться как отечественными, так и импортными силовыми агрегатами. Особого внимания заслуживают современные конструктивные решения, такие как гидропривод лебедки и переход на более совершенную агрегатную базу.
Особое место в этой тройке лидеров занимает Березовский ремонтно-механический завод (ООО «БРМЗ», Свердловская область). В отличие от своих конкурентов это не машиностроительный завод, а своеобразная тюнинговая мастерская для промышленных тракторов. Производственная программа предприятия включает выпуск полнокомплектных трубоукладчиков, стрел к ним и гидроцилиндров для дорожно-строительной техники. На сегодняшний день завод предлагает трубоукладчики ТБГ-16 и ТБГ-20, созданные на базе тракторов ЧТЗ, и ТБГ-90 на базе зарубежных тракторов. Применение качественных и надежных импортных комплектующих формирует двойственную ситуацию. С одной стороны, благодаря им существенно повышаются технические и эксплуатационные характеристики машины, но, с другой, повышается ее стоимость. Сейчас на предприятии занимаются поисками снижения цены без потери уровня долговечности и производительности.
Оригинальное предложение БРМЗ – стрелы-опоры для трубоукладчиков большой грузоподъемности для ремонта и переизоляции трубопровода, использование которых позволяет в значительной степени увеличить грузоподъемность при подъеме трубы и, как следствие, сократить штат применяемой техники в четыре раза. Наличие опоры исключает опрокидывание трубоукладчика при работе на большом вылете стрелы, а после ее сложения в транспортное положение трубоукладчик может выполнять стандартные работы как машина с типовой А-образной стрелой.
Несмотря на то, что пока еще верхушку первенства занимают маленькие трубоукладчики, в последние годы в мире наблюдается тенденция увеличения диаметров трубопроводов, благодаря чему фокус популярности постепенно смещается на модели с более высокой грузоподъемностью. На рынке больших, способных работать с полутораметровой магистральной трубой, преобладают импортные трубоукладчики Komatsu, Caterpillar и Liebherr, Shantui, PengPu, DaiFeng, Pipeline, спроектированные и созданные в соответствии с национальными стандартами ISO 8813 и SAE J734b. Если говорить об отечественных заводах, то на данный момент большие трубоукладчики предлагает только «ЧЕТРА-Промышленные машины».
Впрочем, по прогнозам экспертов, скоро рынок ждут изменения другого характера. Для того, чтобы снизить затраты владельцев, конструкторы сейчас находятся в поиске современных технологических решений, позволяющих автоматизировать процесс укладки трубопроводов. В первую очередь изменения коснутся внутреннего оснащения машин дополнительной аппаратурой, призванной оптимизировать рабочий процесс, обеспечить комфортные условия для оператора. Это касается не только трубоукладчиков, но и других машин, занятых в нефте-газовой сфере. Особенно это актуально, когда речь идет о работе в сложных климатических условиях, но никто ведь и не обещал, что будет легко. Впрочем, возможно, именно такие решения производителей техники позволят ускорить процесс укладки трубопроводов без вреда для качества.
