Продвижение в Арктику — одна из наиболее приоритетных задач России. Этот регион содержит около 20-25% мировых запасов нефти и газа, поэтому в последние годы здесь активно ведутся работы по освоению континентального шельфа, строятся объекты военного, промышленного и транспортного назначения.
Из-за экстремальных климатических условий разработка месторождений в Арктике требует особых подходов к строительству. В статье разберём, какие крепежные изделия подходят для этих территорий, а также обсудим перспективы арктических проектов.
Особенности арктических строительных проектов
Почти весь российский шельф располагается в холодных морях Северного Ледовитого океана и Охотского моря. Его протяженность у берегов России составляет 21% всего шельфа Мирового океана. Около 70% его площади перспективны с точки зрения полезных ископаемых. На шельфе содержится четверть российских запасов нефти и половина запасов газа. Распределены они следующим образом:
- Баренцево море — 49%;
- Карпатское море — 35%;
- Охотское море — 15%;
- Балтийское море — менее 1%.
Конечно, работа здесь накладывает совершенно иные требования к освоению месторождений. Для Арктики характерны низкие температуры, сильные ветра, высокий снежный покров в зимнее время и болотистая местность в летние месяцы. Немаловажную роль играет удалённость от промышленных центров и слабое развитие транспортной сети. К основным проблемам, требующим решения, относят:
- Свойства конструкционных материалов при температурах ниже -30°С. Многие материалы на холоде ведут себя не так, как в климате умеренных широт. Яркий пример — хладноломкость стали. Сталь, которая при обычных температурах достаточно прочна и пластична, при низких температурах под напряжением разрушается.
- Обледенение и корродирующее воздействие. Вода, попадающая внутрь материала, при переходе температуры через ноль градусов замерзает и расширяется, что ведёт к внутренним деформациям, трещинам и разрушениям.
Болтовые соединения вместо сварных
Болтовые соединения позволяют быстро соединять и разъединять узлы конструкций даже при отрицательных температурах. Благодаря их применению удаётся сократить сроки возведения объектов, а также, как утверждает В.М. Горицкий, при строительстве можно вместо квалифицированных сварщиков задействовать менее квалифицированных монтажников.
Болтовые соединения образуются с помощью крепёжных деталей: болтов, гаек, шайб, шпилек, винтов. Для промышленного строительства в Арктике и регионах крайнего севера требуется высокопрочный крепёж, учитывающий фактор хрупкого разрушения в условиях сверхнизких температур.
Хладостойкий крепёж
Крепежные изделия, использующиеся для работы на северном шельфе, подвергаются воздействию статических, циклических, а иногда и ударных нагрузок, коррозионному воздействию морского воздуха и воды. Большую часть времени они эксплуатируются при низких и очень низких температурах.
Последний фактор, действуя совместно со всеми перечисленными, может приводить к достаточно быстрому разрушению узлов конструкций. Это связано с хорошо известной закономерностью стали: при понижении температуры её прочность возрастает, при этом характеристики вязкости и трещиностойкости снижаются.
Чтобы обеспечить надёжность сооружений и конструкций в северных регионах, нужны хладостойкие крепежные изделия. Обычные стали предрасположены к охрупчиванию и хладноломкости при -30°С, поэтому использование крепежа из обычной стали может вызывать обрушения. Решение проблемы состоит либо в применении дорогих высоколегированных сталей (40ХН2МА, 38ХМ и др.), либо в специальной термообработке распространенных легированных сталей (например, 40Х или 40ХН). Ряд экспертов отмечает, что крепёжные изделия, применяемые при освоении северных регионов, должны быть климатического исполнения ХЛ — холодный макроклиматический район.
Антикоррозийное диффузионное цинкование для повышения хладостойкости крепежа
На работоспособность крепежа в условиях Арктики и Крайнего Севера оказывает влияние не только отрицательная температура, но и коррозионная среда. Анализ повреждаемости изделий показывает, что перспективным способом их защиты может стать антикоррозийное диффузионное цинкование. Его часто применяют при изготовлении деталей и узлов, работающих в составе резьбовых соединений мостов, бульдозеров, экскаваторов для добычи полезных ископаемых, морских буровых установок, судов ледового плавания.
ТДЦ выполняется по следующей технологии:
- детали помещаются во вращающийся барабан термической печи с шихтой, содержащей порошок цинка, глинозёма и активированного угла;
- нагревают до температуры 450±10°С;
- выдерживают при данной температуре до выделения и коагуляции третичного цементита.
В результате ТДЦ на поверхность крепёжных изделий образуется противокоррозионное цинковое покрытие оптимальной толщины (40 мкм). Оно обеспечивающее нормальное свинчивание резьбовых соединений, позволяет производить многократную их сборку и разборку. Кроме того, крепёж после ТДЦ обладает высокой коррозионной стойкостью и хладостойкостью, может применяться в конструкциях, эксплуатирующихся при отрицательных температурах в агрессивных средах, например в морской воде.
Кейс «Трайв»: шайбы Nord-Lock в условиях экстремальных температур
На 15-ой Международной выставке и конференции по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ представители «Трайв» рассказывали об особенностях применения стопорно-клиновых шайб Nord-Lock в условиях экстремальных температур.
Шайбы Nord-Lock используют натяжение вместо трения, что позволяет обеспечить надёжную фиксацию болтовых соединений, подвергающихся экстремальной вибрации и большим динамическим нагрузкам. В течение всего срока службы они обеспечивают повышенную эксплуатационную надёжность и снижают риски остановки производства, что подтверждается вибрационным тестом Юнкера.
Однако более важной особенностью шайб при освоении арктических регионов считается их способность работать при разных температурных диапазонах. Это подтверждают испытания, проведённые Шведским независимым испытательным институтом «Swerea Kimab». Механические свойства стальных шайб Nord-Lock одинаковы как при -50 °C, так и при обычной комнатной температуре.
|
|
Стальные шайбы |
Шайбы из нержавеющей стали (ss) |
Шайбы 254 SMO |
Шайбы INCONEL®/ HASTELLOY® C-276 |
Шайбы INCONEL® 718 |
|---|---|---|---|---|---|
|
Тип стали |
EN 1.7182 или эквивалент |
EN 1.4404 или эквивалент |
EN 1.4547 или эквивалент |
EN 2.4819 или эквивалент |
EN 2.4667 или эквивалент |
|
Применение |
Стандартные стальные конструкции |
Стандартные конструкции из нержавеющей стали. Бесхлорная и бескислотная среда |
Стандартные конструкции для соленой воды, насосы, теплообменники, ядерные установки |
Стандартные конструкции, связанные с кислотной средой, обрабатывающая и химическая промышленность, испарители, оборудование глубоководных скважин |
Конструкции, связанные с высокими температурами, газовые турбины, турбонагнетатели, печи сжигания |
|
Твёрдость |
≥ 465 HV1 |
≥ 520HV0,05 |
≥ 600HV0,05 |
≥ 520HV0,05 |
≥ 620HV0,05 |
|
Антикоррозийные свойства |
Минимум 600 часов тестирования солевым туманом (по стандарту IS0 9227) |
PREN 27 |
PREN 45 |
PREN 68 |
PREN 29 |
|
Температурный режим |
от -20°C до 200°C |
от -160°C до 500°C |
от -160°C до 500°C |
от -160°C до 500°C |
от -160°C до 700°C |
Аналог Nord-Lock: шайбы 2fix
В условиях санкций приобретать оригинальную продукцию ушедшего с российского рынка Nord-Lock стало сложнее, и многие компании столкнулись с нехваткой крепежа. В качестве замены в «Трайв» предложили шайбы 2fix.
Шайбы 2fix — полный аналог Nord-Lock по свойствам. Это подтверждается результатами вибрационного теста по стандарту ISO 16130:2015, а также испытаний на момент затяжки и страгивания гайки при раскручивании.
При изготовлении 2fix применяется та же технология стопорно-клиновой фиксации, поэтому они:
- надёжно фиксируют резьбовое соединение даже при сильных вибрациях и динамических нагрузках;
- подходят для многоразового использования;
- гарантируют легкость установки и разборки с помощью стандартных инструментов;
- обладают тем же диапазоном рабочих температур;
- фиксируют крепежные элементы как при высоком, так и при низком значении предварительной нагрузки;
- не требуют повторной затяжки.
Вместо заключения: новый виток развития «Трайв» — сотрудничество с ассоциацией «Созвездие»
Инновационные проекты на территории Арктики приобретают особое значение для страны. Это не просто проекты по освоению месторождений на континентальном шельфе, а проекты, направленные на обеспечение национальной безопасности, повышение качества жизни населения коренных народов Севера и населения страны в целом.
По оценкам экспертов, к 2050 году арктический шельф будет обеспечивать от 20 до 30% всей российской нефтедобычи. При этом у нефтегазового комплекса Арктики сохраняется ряд существенных проблем, одна из которых — зависимость от поставок импортного оборудования и технологий. Сейчас особенно остро стоит задача не просто создать российские комплектующие и оборудование для работы на шельфе, а выстроить полноценный нефтегазовый сервис.
В Архангельской области, прилегающей к наиболее изученной части арктического шельфа России, сосредоточены наиболее крупные промышленные и научные центры, имеющие более чем 100-летний опыт работы в Арктике. Поэтому в 2006 году по инициативе Правительства Архангельской области была создана ассоциация поставщиков нефтегазовой промышленности «Созвездие». Цель — объединение промышленного потенциала региона и реализация нефтегазовых проектов на Арктическом пространстве.
Вовлечение предприятий в производство товаров и услуг для нефтегазовой отрасли Арктики может стать качественно новым этапом в развитии северных территорий и масштабном освоении месторождений на арктическом шельфе России. Мы хорошо понимаем это, поэтому сейчас активно готовимся к вступлению в «Созвездие». Верим, что тесное сотрудничество с ассоциацией будет способствовать более эффективному развитию промышленного потенциала северных регионов.
