Истории применения

Экстремальная сварка: Анды
 

По прогнозам аналитиков, за ближайшие 30 лет мировой спрос на природный газ вырастет в три раза. Подобные прогнозы вызвали новую волну освоения газовых месторождений, которые ранее оставались нетронутыми из-за своей труднодоступности. Такие регионы требуют от строителей – и материалов трубопроводов – способности противостоять самым жестким и суровым условиям.

Например, на территории Перу расположено месторождение, которое может сделать эту страну неоспоримым лидером быстроразвивающейся отрасли природного газа в Латинской Америке. Однако, чтобы воспользоваться запасами этого месторождения, придется проложить трубопровод длиной 408 км, который должен протянуться от Анд до самого побережья Тихого Океана. Выгода от такого проекта перевесила стоящие перед строителями сложности, и тогда родился проект PERU LNG.

В октябре 2007 года было принято решение о заключении контракта на строительство трубопровода PERU LNG с инженерно-строительной фирмой Techint. Вскоре эта фирма столкнулась со множеством инженерных сложностей, например, необходимостью работы на высоте более 4,000 метров в условиях сильного ветра, низкой температуры, ливней и крутых склонов. Более того, удаленное расположение трубопровода затрудняло транспортировку строительных материалов и рабочего персонала.

Из-за экстремальных условий этого региона сварка быстро стала одним из самых сложных аспектов проекта. Как это всегда происходит при строительстве трубопроводов, каждую из его секций нужно было соединить с помощью сварки. Этот факт в сочетании с суровым климатом Анд обусловил использование такого оборудования и расходных материалов, которые могли бы эффективно работать при плохой погоде и в разреженном воздухе. В частности, большая высота над уровнем моря проекта PERU LNG сильно затруднила применение изначально заготовленной проволоки. На испытаниях материалов было выяснено, что при сварке на высоте более 3,000 метров над уровнем моря в сварных швах начинают проявляться симптомы пористости, которые могут напрямую сказаться на общем качестве сварки. Чтобы решить эту проблему, Techint обратилась за помощью к своему долгосрочному партнеру, мировому лидеру в области сварки Lincoln Electric.

Эксперименты со сварочной проволокой

Во многих странах мира ручная сварка (SMAW или MMAW) по-прежнему остается самым популярным методом строительства международных трубопроводов. Однако Techint смогла получить преимущество над своими конкурентами благодаря применению самозащитной порошковой проволоки (процесс FCAW-S), которая позволяет обеспечить более высокую скорость сварки и требует меньших трудозатрат на шлифование и очистку по сравнению со сваркой SMAW – при том, что каждый из этих факторов означает возможность быстрее закончить проект. Внутренний сердечник проволоки, которая используется в таком процессе сварки, содержит защитные, деазотирующие и деоксидирующие вещества, которые позволяют отказаться от внешних источников защитного газа. В результате получается шлак, способный надежно защитить сварочную ванну от воздействия воздуха.

На протяжении более 20 лет компания Techint пользовалась производимой Lincoln Electric самозащитной порошковой проволокой Innershield® (FCAW-S). Но в случае проекта PERU LNG специалисты Techint обратились к другой проволоке Lincoln Electric – Pipeliner® NR-208XP, так как она лучше подходит для сварки использованных при строительстве стальных труб класса прочности API 5L X70 с диаметром 863 мм и толщиной стенок 17.5 мм, 19 мм, 22 мм и 28.6 мм.

Однако по мере продвижения строительства выше в Анды и связанного с этим падения атмосферного давления и содержания кислорода в воздухе предварительное тестирование Techint стало показывать, что сварные швы, созданные на большой высоте, более уязвимы к образованию пор и шлаковым включениям. Оба эти фактора могут вызвать появление недопустимых дефектов.

Специалисты Lincoln Electric – в том числе техническая поддержка на месте и сотрудники расположенной в американском городе Кливленд штаб-квартиры компании – прибыли на место строительных работ Techint и провели тестирование других сварочных материалов. Тем временем в штаб-квартире компании специалисты по опытно-конструкторской разработке материалов и проектированию по условиям заказчика создали уникальную барокамеру для симуляции условий высокогорья. Чтобы получить четкое представление о ситуации, сначала инженеры провели в камере симуляцию сварки на спуск на уровне моря. Затем они откачали из камеры часть воздуха, чтобы воссоздать условия высокогорья, и провели тест заново.

Возможность воссоздавать условия соответствующей высоты над уровнем моря позволила инженерам Techint и Lincoln Electric подобрать наиболее оптимальное решение – сварочную проволоку Lincoln Electric Innershield® NR-207+, которая обладает всеми преимуществами NR-208XP и в то же время не допускает образования пористости и включений шлака при сварке на большой высоте. Для ее создания пришлось провести точную балансировку состава проволоки и разработать особую процедуру проектирования и контроля, которая позволила обеспечить должные качество и эффективность сварки.

Тестирование на месте каждого соединения с помощью автоматического ультразвукового зонда подтвердило высокие результаты сварки проволокой NR-207+ во всех пространственных положениях сварки труб. NR-207+ работала на большой высоте так же хорошо, как NR-208XP – на уровне моря.

Помимо сварочной проволоки Innershield® компания Techint также использовала источники питания Lincoln Electric IdealArc® DC-400, горелки K345-10 Innershield® и механизмы подачи проволоки LN-23P. Строительство PERU LNG потребовало применения тяжелых труб с толстыми стальными стенками, поэтому для сокращения времени сварки нужно было использовать как односторонние, так и сложные скосы кромок стыковых соединений.

Другие сложности

На проекте PERU LNG одновременно работало сразу две группы строителей Techint. В каждую группу входило примерно 130 человек – около 50 сварщиков, бригадиры, шлифовальщики, монтажники, помощники, операторы оборудования и технический персонал.

Когда в 2009 году проект подойдет к концу, эти группы, которые сейчас живут на месте строительных работ, сделают более 33 000 сварных соединений. Показатели производительности сильно варьируются в зависимости от конкретной местности и погодных условий, однако в некоторых из прибрежных районов сварщикам удавалось сваривать до 90 соединений – из 130 на каждую милю трубопровода – за один день.

Настолько большое число кольцевых сварных соединений подняло вопрос о надежности и постоянстве качества сварки. Старший технолог по сварке Боб Диссо (Bob Dissauer), который принимал участие в испытаниях в штаб-квартире Lincoln Electric, провел некоторое время в Перу, помогая Techint составлять процедуры сварки, которые стали бы руководством по обеспечению постоянного качества сварки независимо от числа сварщиков и продолжительности проекта.

По словам представителей Techint, такие высокие требования и жесткие условия работы еще раз показали, насколько сегодня важны квалифицированные сварщики. Однако поиск квалифицированного персонала оказался для Techint достаточно большой проблемой – как это часто происходит и во многих других отраслях. Хотя большая часть принявших участие в проекте сварщиков были перуанцами, компания также привлекла специалистов из соседних стран, например, Колумбии, Аргентины, Бразилии, Чили и Боливии.

Все сварщики и обслуживающий персонал прошли комплексную программу обучения. Например, перед началом работ все операторы прошли тренинг и экзаменацию по работе с используемыми материалами, оборудованием и пространственными положениями сварки.

Кроме этого, выбранный способ сварки и экстремальные условия сделали одной из важнейших задач проекта PERU LNG обеспечение безопасности персонала. Для этого компания Techint составила официальный план обеспечения безопасности для каждого аспекта строительства. В отношении сварки он затрагивал средства индивидуальной защиты, подробные ознакомительные курсы и ежедневный инструктаж по технике безопасности.

Альпаки и флора

Большая часть строительства трубопровода PERU LNG проходит в экологически уязвимых районах. Во многих примыкающих к трубопроводу районах обитают редкие виды растений и животных, в том числе дикие альпаки и викуньи. Проектировщики PERU LNG с самого начала стремились максимально сократить воздействие трубопровода и связанных с ним строительных работ на эти прилегающие территории. Например, через регулярные промежутки были установлены специальные знаки, напоминающие рабочим о границах строительных работ и необходимости сохранить окружающую природу в неприкосновенности.

Еще одной связанной с экологией проблемой стала эрозия почвы из-за сильных перепадов высот, поэтому во всех ключевых точках строительства перед началом расчистки и выравнивания участков земли компания провела работы по борьбе с эрозией. Например, для этого использовались каменные габионы – заполненные камнями большие прямоугольные проволочные корзины из оцинкованной проволоки, которые устанавливают вдоль основания склонов, чтобы они служили в качестве структурных боковых стенок. Такие габионы не только помогают сдерживать эрозию почвы, но и выступают в роли контейнеров для сбора металлических обрезков во время строительства. Для этой же цели использовались ловушки для грязи и деревянные ограждения.

Кроме этого, трубопровод PERU LNG пересекает множество рек и заболоченных участков. Поэтому компания Techint составила для таких экологически уязвимых участков специальные процедуры строительства, которые позволили защитить местные растения и животных.

Заключение

Растущий мировой спрос на природный газ привел к тому, что проекты по строительству трубопроводов, добыче и переработке природного газа теперь стали вести на территории многих ранее остававшихся нетронутыми регионов. Иногда такие новые трубопроводы прокладывают по самым разнообразным типам ландшафта с большим перепадом высот. При этом инженеры и сварщики сталкиваются со множеством проблем, связанных с защитой окружающей среды, которые тем не менее обязательно нужно решить.

Проект PERU LNG, в который также входит строительство перерабатывающего предприятия и стационарной морской платформы на побережье – это один из самых выдающихся недавних примеров того, как страны и строительные компании могут успешно преодолеть самые разные технические и экологические сложности.

В случае проекта PERU LNG самыми большими сложностями для строительных бригад компании Techint стали горная местность и влияние большой высоты над уровнем моря на качество сварки. Однако тесное сотрудничество с Lincoln Electric позволило этой компании подобрать оптимальный состав сварочных материалов для выполнения стоящей задачи и уложиться в запланированные сроки строительства трубопровода, благодаря чему компания ожидает своевременного завершения проекта в 2009 году.

Показать все