ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СУДОСТРОЕНИЯ И ТЕХНИКИ ПО ОСВОЕНИЮ МИРОВОГО ОКЕАНА
Рассмотрены материалы используемые для нужд судостроения и морской техники. Приведены марки стали по уровням статической и динамической прочности, пластичности, вязкости, хладостойкости и свариваемости, не уступающие применяемым в мировой технике. Указан широкий круг разработок для решения проблем освоения энергоресурсов на шельфе и на материковых месторожденияхПик практического решения задачи освоения энергоресурсов шельфа арктических морей России, которую следует считать глобальной с точки зрения общечеловеческих ценностей, планируется на первое десятилетие XXI века. Необходимо предельно сконцентрировать в соответствующих разработках лучшие мировые научнотехнические достижения XX века, не допуская повторения техникоэкономических просчетов, экологических катастроф,. малейшего отступления от требований качества и гарантированной надежной эксплуатации морских систем, трубопроводов и сооружений. Сложность задачи определяется не только исключительно высокой концентрацией газоконденсатных и нефтяных запасов Штокмановского, Приразломного и других месторождений Баренцева моря, Луньского, Пильтун Астохского залежей Северного Сахалина, но 92 также уникальной сложностью освоения указанных районов, в большинстве не имеющих аналогов в мировой практике.
Необходимо учитывать прежде всего труднейшую ледовую обстановку, низкотемпературные [до —(40—50) °С ] условия эксплуатации, глубоководное ( до 360 м ) расположение буровых платформ и газопроводов высокого давления и др.
Существует огромный опыт и научный задел, позволяющие успешно справиться с решением перечисленных сложных проблем в пределах производственного потенциала России, не прибегая к дорогостоящему импорту материалов, металлоконструкций и технологий в основном за счет использования научного потенциала по созданию глубоководной техники, атомных ледоколов и лихтеровозов, плавающих и стационарных арктических буровых платформ, сосудов высокого давления и др.
Главные проблемы освоения шельфа арктических морей следующие.
1. Глубоководный газопровод Штокмановского месторождения, который по проекту Гип роспецгаза должен быть проложен в виде двух или трех ниток протяженностью до 546 км на глубтау до 360 м. Причем требования устойчивости от наружного давления и пропускной способности газопровода диктуют необходимость создания труб диаметром 1020—1220 мм с толщиной стенки 28—36 мм, работающих при внутреннем давлении 15 МПа. Мировая практика не знает прецедентов создания подобных газопроводов, а информация об аварийных ситуациях на газопроводах с меньшим давлением, а также опыт эксплуатации морской техники на указанных глубинах однозначно предъявляют исключительно высокие требования к сталям и сварным соединениям газопроводов Штокмановского месторожденния. Для газопроводов Штокмановского и других месторождений арктических морей должны применяться высокопрочные особокачественные малоуглеродистые стали. Эти стали и сварные соединения газопроводов должны обладать исключительным запасом вязкости и пластичности, сопротивлением коррозионноусталостного инициирования дефектов и гарантировать остановку динамической трещины. Если при этом учесть, что только для Штокмановского подводного и сухопутного газопроводов потребуется более 1,2 млн.т особокачественных толстостенных труб большого диаметра, а закупка их за рубежом обойдется России в 3—4 млрд. долларов США (или около 5 триллионов руб.), что соизмеримо с общей стоимостью освоения месторождения, становится очевидной особая научная и техникоэкономическая значимость этой проблемы.2. Другой, не менее сложной проблемой является обеспечение строительства и надежной эксплуатации самих ледовых морских буровых платформ Штокмановского и Приразломного месторождений, которые проектирует ВНИПИ "Морнефтегаз" и ЛПБМ "Нептун", а также для шельфа Северного Сахалина, которые предлагает компания "Мак Дермотт Инт". Это, как известно, сложнейшие инженерные сооружения, масса металлоконструкций каждой 4050 тыс.т. Причем подавляющая часть этих сварных металлоконструкций в течение длительного периода эксплуатации будет испытывать статические и динамические воздействия от ветроволновых нагрузок, а главное, большую часть года гигантские давления и контактное взаимодействие с ледовыми полями. В этом случае особенно важен опыт эксплуатации атомных ледоколов и судов ледового плавания, который показал, что лишь за одну навигацию износ обшивки ледокола может достигать 20—30% (10—15 мм). Таким образом, для ледовых буровых платформ требуются особопрочные (временное сопротивление 600—800 Н/мм2) хладостойкие морские стали и высоконадежные сварочные материалы отечественного производства, а также новейшие технологические процессы, обеспечивающие надежную эксплуатацию металлоконструкций, в том числе защиту ледового пояса от коррозионноэрозионного, износа.
3. Следует упомянуть также о крупном комплексе научнотехнических задач обеспечения энергетических агрегатов, судовых машин, механизмов и приборов управления разнообразными новыми титановыми сплавами, цветными металлами, композиционными и неметаллическими материалами. Осмотр в марте 1993 г. новейшей платформы "Стилхид" японского производства в заливе Кука на шельфе Аляски убедительно подтверждает необходимость использования самой широкой гаммы новейших материалов для насосов, механизмов, трубопроводов, энергоагрегатов и др. оборудования.
4. Необходимо обратить особое внимание на важнейшее обстоятельство оптимального выбора заводовпроизводителей конструкционных материалов, сварочных материалов, металлоконструкций и оборудования. Эти промышленные предприятия должны быть отлично оснащены или дополнительно реконструированы с целью применения самых современных технологических процессов, системы контроля качества, обеспечения соответствующей сертификации своей продукции.
Наука и промышленность России в основном готовы к решению в требуемые сроки подавляющего числа указанных проблем
Ряд высококачественных высокопрочных морских сталей марок АВ (табл.1,2) по уровням статической и динамической прочности, пластичности, вязкости, хладостойкости и свариваемости либо не уступают либо превосходят стали, применяемые в мировой технике. Все они прошли широкий комплекс всесторонних испытаний, аттестацию на класс Российского Регистра и успешо эксплуатируются десятилетиями в корпусных конструциях сверхмощных атомных ледоколов и буровых платформ. Эти стали и технологии в полной мере будут использованы при проектировании и строительстве стационарных и плавающих буровых платформ, а также другой глубоководной техники. Также будут задействованы новейшие технологические процессы электрошла кового производства двух и трехслойных листов для надежной защиты ледоього пояса морских сооружений. Будут применены методы десульфурации жидкой стали, резкого снижения в ней содержания кислорода, фосфора, неметаллических включений, а также специальной термопластической обработки с прокатного нагрева для достижения наивысшего уровня вязкости стали, ее коэффициента интенсивности напряжений.
Для проведения всесторонних испытаний, контроля качества и объективной аттестации и сертификации метериалов и узлов конструкций ЦНИИКМ "Прометей" располагает одной из лучших лабораторий специальных механических и коррозионномеханических испытаний, в том числе в произвольно заданном полигармони ческом спектре нагружения при полностью автоматическом управлении, специальными мощ 94 ными стендами для изучения характера и условий торможения трещин. Имеется также полигон для динамических взрывных испытаний, специальные коррозионные станции в различных акваториях Мирового океана и др.
В настоящее время завершается разработка многофакторной программы, предусматривающей весь перечень необходимых научно исследовательских и опытнопромышленных работ, а также реконструкцию заводов поставщиков с конечной целью практически полностью отказаться от импорта в области материалов и металлоконструкций газопроводов и буровых платформ, обеспечить надежное и качественное решение проблем освоения шельфа арктических морей. Затраты на эту программу составят ~ 400 млрд.руб., что безусловно многократно окупается при отказе от импорта.
Широкий круг разработок может быть использован как в России, так и за ее пределами для решения проблем освоения энергоресурсов на шельфе и на материковых месторождениях: оригинальная методика и программа расчета циклической прочности сварных соединений, учитывающая помимо стандартных внешних условий влияние сварочных напряжений, геометрии сварных швов, полигармоничность спектра нагружения и др. факторов; технологии обработки сварных швов, в 5—10 раз увеличивающих ресурс сварных соединений; специальные особопрочные немагнитные стальные трубы, которые в настоящее время применяются для изготовления телесистем ТСГК—195, обеспечивающих высокую эффективность направленного бурения; обширная гамма легких высокопрочных морских сплавов и композитных материалов на базе титана, алюминия, применения углепластика, борволокон, особокоррозионностойких аморфных материалов, металлов с памятью формы и др.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994
