Как газ ушел в трубу
Квадриллион шоколадок
Вы знаете, сколько потребляете энергии? Наверное, что-то между 1500 и 2500 килокалорий (ккал)?
И да, и нет. Это только ваше персональное потребление, то есть столько энергии вы получаете, чтобы существовало ваше тело и работал мозг. Но еще вы пользуетесь телефоном, ездите в транспорте, носите обувь, принимаете душ, у вас есть стулья и подушки – на производство всех этих предметов и услуг тоже тратится энергия. И с каждым годом ее требуется все больше.
В 1965 году, например, весь мир потреблял 155,88 эксаджоулей энергии в год. Это примерно 37,24 квадриллиона ккал. Чтобы понять, сколько это, возьмем за точку отсчета 100-граммовый шоколадный батончик: в нем около 500 ккал. Так вот, 155,88 эксаджоулей – это примерно 74,5 млн батончиков умножить еще на миллион.
Представили себе эту гору шоколада? А теперь представьте четыре таких горы – и это будет потребление 2021 года. Оно с 1965-го выросло почти вчетверо, подсчитала British Petroleum (BP).
Чтобы произвести энергию, используют различные способы: сжигают нефть (и ее производные), уголь, газ, задействуют мощь воды, солнца, расщепляют атомные ядра.
Самая большая доля – у нефти: на нее приходится почти треть всей производимой в мире энергии, чуть больше четверти – на уголь, а чуть меньше четверти – газ.
Королевство угля
Это соотношение было совершенно другим каких-то сто лет назад. Из книги германского инженера А. Х. Гольдрайха «Поставки угля в Европу» (1918 год) мы узнаем, что тогда, как и в XIX веке, безусловным энергетическим «королем» был уголь: на него приходилось больше 93 % потребления энергии.
Из-за войны (а Гольдрайх писал свой отчет, когда Первая мировая еще не завершилась) и необходимости восстанавливать экономику после нее резко увеличился спрос на энергию. Главные надежды возлагали на уголь.
Мировое угольное господство тогда принадлежало американским Штатам: в 1909 году они добывали 37,5 % всего мирового объема угля. На втором месте стояла Великобритания (24,1 %), на третьем – Германия (19,5 %). Россия занимала лишь шестую строчку в этом рейтинге – 2,25 %.
Уголь был привычным и понятным источником энергии: его с древнейших времен использовали в качестве топлива. Нефть в промышленных масштабах стали добывать только во второй половине XIX века, природный газ и того позже – лишь в 1890-х. Но и после начала их добычи уголь сохранял сильные позиции: он встречается чаще нефти и газа, его запасы есть в Индии и Китае, да и почти везде. Это позволяет добывать его дешево не только в России, но и в большинстве стран мира.
В американских шахтах начала прошлого века мулы глубоко под землей тащили тележки, нагруженные углем, вырубленным шахтерами вручную, familynewspmagelli. wordpress.com
Во всем виноват «гороховый суп»
Уголь и дальше продолжал бы свое триумфальное шествие по планете, если бы не одно очень большое «но»: вред здоровью.
Вы слышали про Великий лондонский смог? Зима 1952 года в Англии выдалась на редкость промозглой, и угольные печи работали вовсю. Тогда в лондонском воздухе настолько увеличилось содержание диоксида серы, что весь город погрузился в желто-черный туман. Добавил проблем антициклон, из-за которого 4 декабря в столице Англии установился полный штиль, и «гороховый суп» (так лондонцы прозвали этот туман за его неприятный цвет) на несколько дней завис в безветренном воздухе.
timeout.com
Жизнь в столице оказалась парализованной: ничего не было видно, начались аварии, наконец, транспорт остановился. Смог проникал в помещения, вызывая у людей жжение в глазах и першение в горле. Массы людей госпитализировали с проблемами как дыхательной, так и сердечно-сосудистой системы. Тогда об этом еще мало знали, но сегодня хорошо известно: микрочастицы от сгорания угля попадают в кровь, где образуют тромбы, а те вызывают инфаркты и инсульты.
Итог
: 12 тыс. человек погибли, еще около 200 тыс. пострадали.
Это впечатляющая иллюстрация того, какой вред приносит сжигание угля. Получив такой удар, Великобритания, а за ней и другие страны не могли не захотеть перевести свою экономику на другие, более безопасные виды топлива.
disgustingmen.com
Нефть: неидеальная замена
В качестве альтернативы углю весь XX век боролись два углеводорода – нефть и газ. Оба, как и уголь, давно известны человечеству. Еще египтяне в VI веке до нашей эры жгли нефть для освещения жилищ. Но долгие века люди в основном использовали топливо, которое само выходило на поверхность земли, – добывать, транспортировать и перерабатывать нефть начали только в XIX веке.
После Первой мировой войны нефтепродукты буквально покоряют мир: каждый год с конвейеров сходят миллионы автомобилей, растет парк воздушного и водного транспорта, строятся электростанции. Все это работает преимущественно на нефтяном топливе: бензине, керосине, мазуте.
Но оказалось, что при сжигании нефти, как и угля и газа, образуется уйма крайне вредных соединений, которые выбрасываются в атмосферу. Диоксид серы, оксид азота, сероводород, радиоактивные металлы, твердые частицы – все это угрожает Земле серьезными экологическими бедствиями, а ее обитателям – опасными заболеваниями.
В этом смысле газ выглядит куда более привлекательно: в нем почти нет твердых компонентов, а значит, он дает и куда меньшую массу опасных микрочастиц и соединений.
Древнеегипетский нефтяной колодец в разрезе, slideserve.com
Газ на дровах
Природный газ, бьющий из-под земли, люди пытались «приручить» давно. Так, в китайской провинции Сычуань еще в III веке до нашей эры использовали ископаемый газ для обогрева и освещения. Его доставляли по бамбуковым трубам, но только на небольшие расстояния, ведь по ходу движения газа давление снижается.
Поэтому ученые в разных странах придумывали, как сделать искусственный газ, – тогда установки можно ставить прямо рядом с потребителями.
Например, в России в 1811 году инженер Петр Соболевский представил обществу свое ноу-хау – «термолампу», агрегат для производства газа.
Принцип его работы инженер описал в газете «Северная почта» (№ 96 за 1811 год). Закупоренный чугунный цилиндр, в котором находились дрова, сильно разогревали в печи. Дрова в цилиндре от жара превращались в угли и начинали выделять угольную кислоту, деготь и горючий газ (скорее всего, СО). Эти фракции поступали в холодильник, где газ отделяли и отправляли в хранилище – газгольдер, а оттуда по трубам он мог идти на освещение улиц, помещений и на отопление зданий.
Из одной кубической сажени дров (9,7 м3) получалось 5 тыс. кубических футов (141,6 м3) газа. Этого хватало для пятичасовой работы 400 газовых ламп.
По проекту Соболевского начали газифицировать столичные дома и уличное освещение. Установки для производства газа – отечественные и импортные – появились рядом с Зимним, на углу Гороховой и Адмиралтейского проспекта, около Казанского собора.
Но инновация оказалась очень капризной в эксплуатации, а рабочие, которые обслуживали установку и фонари, перфекционизмом не страдали. Это привело к трагедиям.
Трубопроводы из бамбука, по которым содержимое текло под действием гравитации Земли. Фото: Zhong & Huang, csegrecorder.com
Первым взорвался завод возле Казанского собора – это случилось под Новый год, 31 декабря 1824-го. Следующий взрыв прогремел в мае 1825 года в домашнем театре графа Михаила Милорадовича, петербургского губернатора и лоббиста прогрессивной газовой идеи.
Инженеры не сдавались: они совершенствовали технологии, газ становился все более безопасным в использовании. К середине 1860-х годов в России было больше 300 газовых заводов. А перед Первой мировой, в 1914-м, у московских производителей газа уже было 11 тыс. абонентов в жилых домах, причем у 7 тыс. имелись не только газовые лампы, но и газовые плиты для приготовления еды. Жители Москвы и Петербурга использовали также газовые водонагреватели, камины, печи для нагрева утюгов и прочую бытовую технику. На газе работали десятки промышленных предприятий, ресторанов, гостиниц.
Но это топливо неизбежно брало лишь часть энергии дров, и, хотя газ был удобнее них, он неизбежно обходился дороже. Энергетики признавали: нужно думать над доставкой газа с месторождений.
Петр Соболевский. present5.com
От деревянных труб к стальным
В начале XIX века мировым лидером по добыче природного газа были США. Штат Нью-Йорк уже в 1820-х годах начал снабжать потребителей газом. В 1825 году американец Джеймс Шарп запатентовал газовую плиту для готовки, а к 1930-му в Америке было уже 14 млн таких приборов.
Поначалу газ пускали по деревянным трубам. Они часто загорались, да и протечек было много. В 1820-х в Великобритании пробовали использовать для газопроводов чугунные мушкетные стволы. Но чугун слишком тяжелый и очень хрупкий. В 1843 году на газовых сетях стали применять железо. Оно тоже не подошло – быстро окисляется.
В 1850-х США переходят на сталь. Она прочна, долговечна, из нее можно изготавливать бесшовные трубы. То есть не лист металла, свернутый в рулон и сваренный по линии соединения, а деталь, сделанную из цельного куска металла. Отсутствие шва – это важно: чем меньше соединений, тем надежнее труба. Современные металлурги могут производить бесшовные трубы диаметром до 1800 мм. Но используются в основном не больше 1420 мм.
Уже в начале XX века энергетики вывели главные принципы транспортировки природного газа, которые с тех пор радикально не менялись.
Прежде всего, добытый газ нужно очистить от примесей: сероводорода, углекислого газа, воды и других. Они снижают теплоту его сгорания и разъедают материал труб, по которым идет топливо.
Чтобы перекачивать большие объемы газа «вдаль», нужно высокое давление в трубе – а его создают компрессоры. Например, в газпромовском «Северном потоке» давление достигает 220 бар. Это как если на каждый квадратный сантиметр трубы поставить груз массой 220 кг. Для поддержания в магистральной сети постоянного рабочего давления (обычно около 118 бар) на трубопроводе расставлены дожимные компрессоры.
Поскольку давление высокое, а объемы перекачки в сети очень большие, то нужны надежные трубы большого диаметра. Сейчас большими считаются трубы от 530 мм.
Плюс нужно защищать трубы от внешнего воздействия, охлаждать движущийся по ним газ (иначе его давление станет опасно большим), устраивать на магистрали резервные хранилища.
Газопроводы удлиняются и распространяются по миру. В России, где поначалу к этому топливу относились прохладно, тоже начинают газовые разработки. В 1910-х США поставляют на нефтегазовые заводы Нобелей в России оборудование и технологии.
Все шло к тому, что через пару десятков лет Россия могла бы пошатнуть газовую монополию Америки. Но в 1917 году наша страна решила пойти другим путем.
Выдолбленные бревна использовались как трубы для доставки соленой воды к испарительным бассейнам для получения соли. 1880 г., штат Нью-Йорк. Фото: Syracuse University, petroleumhistory.org
Вопреки, а не благодаря
До революции в России как на газовых заводах, так и в сервисных компаниях работало множество иностранцев или сотрудников иностранных фирм. Большинство бежали от новой власти, многих она уничтожила. Попытки делать свое газовое оборудование долго оставались не очень успешными.
Соответствующие планы даже близко не выполнялись. Так, в 1932 году было решено довести к 1937 году добычу газа до 5,05 млн тонн, а получилось только 2 млн тонн.
Остается только удивляться, что несмотря на это советский ТЭК развивается и даже достигает некоторых успехов. Особенно они стали проявляться в годы Великой Отечественной войны, когда потребности в энергии резко возросли и нужно было срочно наращивать газодобычу и строить газопроводы.
С добычей складывалось неплохо: в 1939 году начали осваивать Бугурусланское, Новостепановское и Калиновское месторождения, в 1941-м – Елшанское.
А вот труб не было.
Предстояло протянуть газ из Елшанки в Саратов (23 км), где разместились многие оборонные и гражданские заводы и крупнейший на тот момент в Европе НПЗ, снабжавший топливом фронт. А также обеспечить газом Куйбышев (180 км от Бугуруслана), куда эвакуировали многие министерства, Большой театр, дипмиссии и Юрия Левитана.
От безысходности решили взять трубы, разобрав имевшиеся нефте- и газопроводы.
Когда закончились бэушные, стали использовать асбоцементные трубы и даже отходы минометного производства.
Газопроводы проложили в рекордные сроки: Елшановский – всего за 35 дней, а Бугуруслановский – за 225 дней. Земляные работы вели в основном лопатами и ломами.
Секрет такой производительности прост: на рытье траншей согнали заключенных и местных жителей, включая женщин и детей. Для них установили жесткие нормы: в сутки вырыть 3 м3 земли. Это на каждого. За самовольный уход с работы – до восьми лет тюрьмы. Просто для справки: три куба земли – это до 4,5 тонны. На строительстве Бугуруслановской ветки вручную выкопано 1,8 млн м3 грунта.
Такой же механизм решили использовать в 1945 году для строительства следующей газовой магистрали – из Саратова в Москву, длиной 843 км.
Но демонтировать было больше нечего, оставалась одна надежда – на ленд-лиз из США, где в 1944 году в штате Теннесси построили первый в мире магистральный газопровод длиной 3300 км и диаметром от 510 до 760 мм.
Штаты поставили Советскому Союзу бесшовные трубы диаметром 325 мм, газоперекачивающие агрегаты и другое оборудование. Пуск трубопровода состоялся в 1946 году, этот год считается началом газовой промышленности СССР.
np-vesti.ru
Трубы в обмен на газ
Война кончилась, всем ее участникам надо было поднимать экономику из руин, и тут очень кстати был наш газ. Вот только с трубами опять беда: ленд-лиз закончился, а своих мы делать еще не умели.
Нужны были трубы диаметром 1420 мм, хоть бы и не бесшовные, а сварные. Для их изготовления требовались заготовки проката шириной примерно три метра. В Советском Союзе делали только полутораметровые. Чтобы выпускать нужные листы, пришлось бы срочно перестраивать металлургическую отрасль. Ресурсов на это не было.
Скрепя сердце обратились к недавним врагам: с 1956 года СССР закупал трубы большого диаметра у металлургов из ФРГ, а в 1960-м заключил с ними крупный контракт на поставку 130 тыс. тонн такой продукции.
Но в 1962-м, в ответ на Карибский кризис, германский канцлер Конрад Аденауэр запретил торговлю с СССР.
К тому моменту советские металлурги начали потихоньку налаживать собственное производство, и через год Челябинский трубопрокатный завод выпустил первую партию труб диаметром 1020 мм. На одной из них написали: «Труба тебе, Аденауэр!»
Фотография стала, как сказали бы сейчас, мемом. Но на самом деле страна Советов не могла обойтись без импорта, да и челябинские трубы тогда ни в какое сравнение с германскими по качеству не шли. Поэтому в 1970 году к соглашению вернулись. Благо Аденауэр умер в 1963-м и помешать не мог.
Сделка-1970 предусматривала, что ФРГ за 20 лет поставит в СССР 2,4 млн тонн труб большого диаметра для строительства газопроводов, в том числе на Запад. А в обмен Советский Союз направит в ФРГ 120 млрд кубов газа.
После этого газовые сделки между двумя странами стали заключаться чуть ли не ежегодно. С тех пор Германия получила от СССР (а потом России) больше 1 трлн кубометров газа, став главным импортером этого топлива.
Новая эпоха: от своего газа в немецких трубах к своим трубам в Китай
А собственные качественные большие трубы Россия стала выпускать только в 2000-х. После этого мы импортировали их не больше 5 %. Как ни странно, несмотря на постройку массы газопроводов на Запад, производство новых труб для газа не стало менее актуальным. Сейчас наша страна расширяет пропускные возможности трубопровода «Сила Сибири» (2159 км из Восточной Сибири в Восточный Китай) и строит еще один – «Сила Сибири-2» (2700 км по нашей территории, из Западной Сибири в Западный Китай). Похоже, будущее газовой трубы никак не менее длинное и интересное, чем прошлое.