В конце сентября, по не установленным пока причинам, возникли утечки на газопроводах «Северный поток». Многие издания и пользователи интернета уже подробно проанализировали (и продолжают обсуждать), каковы политические и экономические последствия этого инцидента. В свою очередь, Naked Science постарается оценить, чем обернется происшествие с точки зрения безопасности судоходства и экологии, а также есть ли шанс на восстановление подводных трубопроводов.
Аэрофотосъемка поверхности воды над местом утечки из газопровода «Северный поток — 2». Снимок сделан с борта F-16 Вооруженных сил Дании / ©Danish Defence
Что же произошло? В течение дня 26 сентября в исключительной экономической зоне Дании северо-восточнее острова Борнхольм произошло несколько мощных подводных взрывов. Их зарегистрировали расположенные в этом районе сейсмографы: первый, магнитудой 2,3 в 02:03 по местному времени, второй — в 19:03 и магнитудой 2,1. Одновременно с этим падение давления в газопроводах зафиксировали немецкие принимающие станции. В ходе визуального осмотра морской поверхности над трассами «Северных потоков» самолет Вооруженных сил Дании обнаружил выходы газа — колоссальные пятна бурлящей воды.
На момент инцидента газопроводы не использовались из-за сложившейся геополитической обстановки, но в них находился газ под давлением. Оба «Северных потока» представляют собой пары «ниток», каждая из которых составлена примерно из сотни тысяч сегментов трубы внутренним диаметром около 1150 миллиметров. Снаружи они покрыты бетонной рубашкой, толщина стальных стенок варьируется от трех до четырех сантиметров — наибольшая на российской стороне, наименьшая на германской, где давление уже падает. При расчетном рабочем давлении до 22 мегапаскалей газопровод должен был выдержать вес затопленного корабля. На момент написания статьи подтверждены повреждения трех «ниток», четвертая пока цела. Утечки произошли на глубинах, не превышающих 100 метров.
Что именно произошло с «Северными потоками», еще предстоит установить в ходе расследования. Их пообещали провести сразу несколько заинтересованных сторон, включая Россию. Основная версия — диверсия, и вопрос лишь в том, кто ее провел. Тем не менее непредвиденный выброс огромных объемов газа (не только парникового, но и легко воспламеняющегося) не может быть безопасным и пройти без последствий для экологии, судоходства и самого газопровода.
Насыщение воды пузырьками газа резко снижает ее плотность и силу поверхностного натяжения. Из-за этого суда, попавшие в зону выхода газов на морскую поверхность, рискуют потерять плавучесть. Для этого необходимо, чтобы размеры этой зоны были сравнимы с габаритами корабля. В случае утечек на «Северных потоках» это более чем реально — самое малое из пятен бурлящих пузырей метана в Балтийском море имеет около 200 метров в диаметре. А крупнейшее превышает километр в поперечнике.
Метан, основной компонент природного газа, вдвое легче воздуха, но поднимается вверх он не молниеносно. Это означает, что над местом его выхода на поверхность воды возможно образование факела. Это вторая причина, по которой вокруг утечек объявлены зоны безопасности радиусом пять морских миль. Однако на судоходство они влияют не сильно. Правда, пока совершенно не ясно, на какой срок эти акватории будут закрыты, поскольку газ может выходить из трубопровода долго — до двух недель.
Наиболее понятная проблема из всех — инженерная. Вероятность полного выхода из строя газопроводов очень велика. Дело в том, что антикоррозионное покрытие, защищающее трубы от воздействия морской воды, нанесено только на внешнюю их поверхность под бетонной рубашкой. Изнутри секции, из которых составлены «Северные потоки», покрыты только антифрикционным составом. Как только давление в трубах упадет ниже определенной величины, в них начнет поступать вода. А как только большая часть газа выйдет — она заменит его полностью.
Какое-то время антифрикционное покрытие сможет защитить сталь от коррозии, но, если ремонт не выполнить быстро, газопровод обречен. Беда в том, что даже оценить повреждения невозможно, пока объемы утечек не упадут до совсем незначительных. Из-за риска потери плавучести и возможного возгорания ремонтные суда к месту аварии подойти не могут. Кроме того, восстановление газопровода может забуксовать из-за политической обстановки. В итоге даже когда целостность труб смогут восстановить физически, может оказаться, что вероятность возникновения коррозии слишком высока. Тогда эксплуатацию «Северных потоков» попросту запретят окончательно по соображениям безопасности.
По наиболее оптимистичным оценкам, технически газопроводы могут вернуться в строй к концу 2023 года. Но это возможно, только если все необходимые меры удастся реализовать оперативно. В противном случае судьба «Северных потоков» оказывается под большим вопросом.
С точки зрения воздействия на окружающую среду, утечки из газопроводов несут сразу две угрозы. Одна — кратковременная, для морской флоры и фауны, вторая — отсроченная, связана с глобальным потеплением.
Сильнее всего метан влияет на рыб, для них он — токсичен. При концентрациях выше миллиграмма на литр рыбы «пьянеют»: в течение нескольких секунд сначала проявляют возбуждение, затем дезориентацию в пространстве. Если воздействие продолжается более 15 минут, большинство видов обречены на смерть через день-два. К счастью, уже при концентрациях порядка 0,02-0,05 миллиграмма на литр, метан становится заметен для рыб. Обычно они стараются избегать воды с высоким содержанием метана, но быстрый мощный поток пузырьков во время утечки из газопровода может стать ловушкой.
Попадая в организм рыб, метан повреждает их жабры, хеморецепторы, кожу и глаза. Также он заполняет плавательный пузырь, из-за чего теряется контроль над плавучестью. Похожие эффекты метан оказывает на моллюсков. Планктон гораздо более стоек: для него смертельны 2-5 миллиграммов метана на литр воды.
В целом можно сказать, что утечка из газопровода совершенно точно не является живительным подарком для морских обитателей, но и выдающейся катастрофой ее никак не назвать. Какое-то количество рыб, моллюсков и планктона пострадает, но долгосрочных последствий для флоры и фауны быть не должно.
Насчет влияния попавших в атмосферу сотен тысяч тонн содержимого «Северных потоков» на климат европейское сообщество обеспокоено всерьез. Дело в том, что метан — гораздо более сильный парниковый газ, чем пресловутая углекислота. Несмотря на то что CH4 практически полностью распадается в атмосфере за 10-12 лет, его вклад в парниковый эффект на вековом горизонте в 21-40 раз выше, чем у CO2 (и в 56-86 раз выше на 20-летнем горизонте). Это означает, что косвенные эффекты от наличия дополнительного метана в атмосфере сказываются более продолжительное время, чем сам газ присутствует в ней.
Учитывая разброс в оценках влияния метана на глобальное потепление, довольно трудно подсчитать долгосрочные эффекты от утечек на «Северных потоках». Кроме того, пока не до конца понятны объемы попавшего в атмосферу газа. Первичные данные, которые точно будут скорректированы позднее, таковы: в начале утечек (когда давление в газопроводе было максимальным) из брешей в трубах выходило порядка 500 тонн метана в час. Объем находившегося в магистрали газа — 300 миллионов кубометров, но справедливости ради стоит сказать, что источник не уточнил, касается это только «Северного потока — 2» или обоих газопроводов.
Суммарные выбросы метана в атмосферу превысят 200 тысяч тонн. Для сравнения: по влиянию на климат это эквивалентно 20 годам езды 5,48 миллиона среднестатистических американских машин. Или — почти трети годовых выбросов всей датской экономики. К слову, поскольку инцидент произошел в исключительной экономической зоне Дании, именно эта страна имеет все шансы понести экологическое бремя утечек парникового газа.
С одной стороны, всеобщая озабоченность глобальным потеплением существует не на пустом месте. Последствия всемирного изменения климата трудно предсказуемы и могут быть катастрофичными. Хотя позитивные эффекты от этого явления тоже будут (и даже наблюдаются на протяжении XX века), однозначного ответа на вопрос, перевесят они негативные последствия или нет, пока не найдено. В этом свете лишние двести килотонн мощного парникового газа в атмосфере печалят: это 0,035% общемировых годовых выбросов метана за считанные дни. Кажется, совсем немного, но это результат единичного события.
В то же время нельзя сказать, что флуктуации выбросов метана — что-то необычное, а само явление экстраординарно для океана. На морском дне по всему миру хранятся залежи клатратов (гидратов) метана — «горючего льда». Это соединения воды с метаном, возникающие при низких температурах и высоком давлении. Иногда по стечению обстоятельств они распадаются, и в результате газ попадает в воду. Аналогичные процессы идут в регионах, где тает вечная мерзлота. Иными словами, метан попадает в атмосферу через воду постоянно, однако этот источник не является самым крупным. По годовым объемам вечная мерзлота и все геологические процессы на морском дне выдают в атмосферу не больше метана, чем термиты по всему миру (порядка 9-12 мегатонн). А основным природным источником метана являются водно-болотные угодья и пресные водоемы (порядка 180 и 120 мегатонн в год, соответственно).
По всем признакам утечки на «Северных потоках» войдут в историю если не как самые крупные, то как одни из крупнейших антропогенных разовых выбросов. При этом самый негативный эффект они будут иметь на судьбу собственно самих газопроводов. Финансовые потери тоже будут впечатляющими. А вот судоходство от этого инцидента пострадало не слишком сильно. Экологические последствия тоже почти наверняка не будут катастрофическими.
Комментарии
- Вы уже думаете об этом деле?
- У меня оно не выходит из головы.
- Какие ваши соображения?
/затягивается сигарой/
- Запутанная история...
- Как это верно, Ватсон!
Запутанное, примерно как только что сделанная рельса: https://abcnews.go.com/Politics/biden-meet-german-chancellor-urge-united-front-amid/story?id=82712888
Маловероятно, имхо. Там от польского берега час-два на приличном катере. Скорее всего, оттуда ноги растут.
Хорошо, что у нас есть такой замечательный сыщик, который легко распутал это дело :)
А разве нельзя осуществлять наддув воздуха с нашей стороны в поврежденные трубопроводы, чтобы не допустить попадания туда воды?
Во-первых, наддувать надо все-таки с обеих сторон. А с той стороны никаких мощных компрессоров нет. Точнее, где-то дальше они, конечно, есть но их надо тогда как-то реверсировать.
Во-вторых, как мне представляется чисто "на пальцах", это примерно как с бутылкой: если опустить ее в воду так, чтобы горлышко было ниже дна, то воздух воду в бутылку не пустит. А если наоборот - воздух выйдет, и вода заполнит бутылку. Вблизи острова глубины должны быть меньше, чем вдали от него. Соответственно, "бутылка" у нас горлышком кверху относительно дна. И даже если нагнетать воздух на все 300 проектных атмосфер, скорее всего, при большой дыре воздух в сечении трубы пойдет поверху, а вода потихоньку потечет понизу.
1) Если вы вдруг не заметили, то с нашей стороны от прорыва порядка 90% длины трубопровода. Спасти 90% трубы - это уже замечательно.
2) "На пальцах" вы все неправильно понимаете. Видимо у вас отсутствует техническое образование. В трубе по всему сечению с пренебрежимой погрешностью одинаковое давление. И чтобы туда не попадала вода, достаточно того, чтобы оно была несколько больше, чем давление воды, т.е. порядка 7 бар. В то время, как и труба и компрессоры рассчитаны на 220 бар. Так что даже 10% от расчетного будет достаточно.
В справедливости моего утверждения вы можете легко убедиться, погрузив трубочку в емкость с водой под любым углом и подув в нее...)
1. Восстановление даже 10-15% трех ниток СП и СП-2 будет стоить миллиарды долларов.
2. В статике давление по всей трубе одинаково, при движущемся потоке - нет. Перепад давлений, собственно, и обеспечивает движение потока. При прокачке газа давление на выходе СП более, чем в 2 раза ниже, чем на входе (см. сайт Газпрома).
3. У меня большие сомнения, что даже большое избыточное давление в трубе полностью убережет ее от попадания внутрь воды, что может стать серьезным препятствием при послеремонтной сертификации.
4. Образование у меня вполне техническое, правда, очень далекое от гидродинамики. Вашу привычку переходить в спорах на личности оставляю на вашей же совести.
1) Это весьма экстравагантное, но не подтвержденное никакими расчетами утверждение
2) Перепад давлений, исходя из заявленной толщины трубы (от 4 до 3 см) составляет порядка 1/4 от номинала, т.е. порядка 50 бар на 1200 км (0,04 Бар/км или 0,00004 Бар/м).
Но даже он не важен, поскольку вы говорили не о продольном, а о поперечном градиенте, который определяется давлением столба газа высотой примерно 1 м. Если вас утешит, что если внизу трубы будет 200 Бар, а вверху всего 199,99 Бар, то пусть будет так. Достаточно того, что и то и другое существенно выше наружного давления столба воды.
3) Ваши сомнения были бы сколь-нибудь обоснованы, если бы вы обосновали, как вода может перемещаться из области с более низким давлением в область с более высоким.
4) Т.е. в ней вы не понимаете примерно ничего. Но мнение имеете, чего уж там...) Переход на личности - это, к вашему сведению, немножко другое. Это если бы я начал обсуждать в контексте спора вашу сексуальную ориентацию или непогашенную судимость. Я всего лишь констатировал факт, что ваша квалификация в данном вопросе близка к "0". Это не хорошо и не плохо, это просто характеризует ценность вашего мнения по данному вопросу.
5) Для вашего же самообразования советую вам проделать опыт с соломинкой и сосудом. Это заметно улучшит уровень вашего понимания.
Это какое нужно давление создать, и чем разрывы по площади заделать? Сечение трубы более метра. И сколько там образовалось трещин и проломов, пока газ выходит не подобраться.
Достаточно, чтобы оно было несколько больше наружного давления воды, т.е. более 7 Бар. И оно будет таковым довольно долго, ибо начальное давление было свыше 150 Бар.
А пока газ выходит, вода не может попасть внутрь. А потом как я указал выше, можно начать наддув воздухом.
И еще вопрос к автору статьи:
А можно указать источник, где почитать про внутреннее покрытие трубы?
Есть определенные сомнения по поводу отсутствия антикоррозийного покрытия.
Поскольку перекачиваемый газ не является ни полностью сухим, ни абсолютно коррозионно-нейтральным.
А газ по трубопроводу должен идти долгими десятилетиями...
В случае СП-2 газ очень высокой степени очистки. Его очищают и осушают до крайне высоких показателей.
Хотелось бы конкретики. В т.ч. и по ОТСУТСТВИЮ антикоррозийного покрытия внутри.Вот что говорит ВИКИИзнутри труба покрыта антифрикционным и антикоррозийным эпоксидным покрытием.
https://www.europipe.com/references/reference-projects#c1512
https://web.archive.org/web/20110104181103/http://www.nord-stream.com/en/the-pipeline/facts-figures.html
Внутри только эпоксидка антифрикционная
Защищает какое-то время, но информации о ее коррозионной стойкости в соленой воде нет. Поскольку антикоррозионным это покрытие нигде не называется, сделал вывод, что таковым не является. В целом, эпоксидные смолы вообще хорошо себя чувствуют в морской воде (не зря из них лодки делают), но все зависит от времени погружения и конкретного состава.
UPD.
Вроде нашел производителя покрытий, которые использовались
Внутреннее (только эпоксидка) -- https://www.muelheim-pipecoatings.com/en/pipe-coatings/internal-coating/
Внешнее (многослойное) -- https://www.muelheim-pipecoatings.com/en/pipe-coatings/external-coating/
Состав там не раскрывается, но даже только по типу материала (эпоксидка) внутреннее тоньше (до ста микрон максимум), чем праймер для внешнего (а поверх него еще три слоя ложится суммарной толщиной в несколько миллиметров)
Коллеги
Нисколько не сомневаясь в воздействиях газа прорывающегося с морских глубин из разрушенных ниток газопровода, должен привести в качестве информации политику оператора по ремонтам на газопроводе:
"На тот маловероятный случай, если потребуется ремонт, компания Nord Stream разработала Стратегию аварийного ремонта трубопроводов (САРТ) в рамках организации по ремонту газопроводов компании Equinor (которая предоставляет доступ к оборудованию, необходимому для гипербарической сварки на морском дне), а также имеет необходимый запас труб на складе на замену. Компания подготовлена настолько, насколько это вообще возможно.
Компания разработала стратегию проведения ремонта, которая моделирует пять потенциальных сценариев. На одном конце спектра находится незначительное событие, например, царапина на бетонном покрытии. На другом – самое серьезное и маловероятное событие – разрыв одного из трубопроводов. Каждый сценарий требует от компании привлечения различных ресурсов. Заключительный элемент стратегии ремонта на морском участке включает в себя ремонтное обслуживание с участием нескольких подрядчиков, которые обеспечивают выполнение инженерных, логистических, морских и строительных работ, необходимых для обеспечения того, чтобы трубопровод смог снова заработать в кратчайшие сроки после маловероятного события, в результате которого требуется проведение крупного ремонта.
Проведение ремонтных работ на газопроводе «Северный поток» не предполагается на протяжении всего минимального срока эксплуатации 50 лет. Благодаря использованию высококачественных материалов и надежному техническому дизайну газопровода вероятность повреждения и деформации труб очень низкая. Фактически, вероятность поломки или утечки составляет одно событие за 100 тысяч лет. Тем не менее, специалисты компании Nord Stream готовы к любым ситуациям. Различные аспекты работы газопровода - охрана труда, техника безопасности и защита окружающей среды - регулируются национальными государственными органами. Контроль всех этих аспектов охватывает признанный "золотой стандарт" норвежского сертификационного центра Det Norske Veritas (DNV), который специализируется на управлении рисками. Газопровод "Северный поток" сертифицирован по морскому стандарту DNV F101 "Подводные трубопроводные системы".
Пройдет некоторое время- и если Европе действительно понадобится газ из России- повреждения будут устранены..
Интересно, спасибо
И что, на таком уникальном сооружении нет аварийных шлюзов перекрывания труб и нет системы отслеживания места разрыва? Это вроде первое что приходит в голову при проектировании таких линейных сооружений, система сигнализирует прорыв, включает закольцованную подачу газа или вырубает турбину, шлюзы закрываются предотвращая утечку остатков газа и затопление, поврежденный сегмент между шлюзами меняется.
Вы видимо далеки от техники и технологий...)
За редким исключением гражданские объекты не строят в расчете на военное воздействие. В этом случае они становятся неподъемно дорогими.
Конструкция трубопровода способна выдержать любые вероятные природные воздействия, и этого вполне достаточно.
И даже техногенные, вроде опускания затонувшего судна на газопровод)
Шлюз (задвижка) -- это дополнительное инженерное сооружение. Следовательно:
- проект усложняется в целом (больше расчетов, больше материалов, больше работы, сложнее изделия)
- требуется дополнительное оборудование, для укладки шлюзовых секций (корабль-укладчик был заточен только на "гладкую" трубу)
- появляются внешние (и внутренние) площади сложной формы, которые надо защищать от коррозии
- добавляется точка отказа
Что первое приходит в мою далеко не профессионально-инженерную голову