Как этиленгликоль спасает промышленные объекты от арктических морозов

Добыча углеводородов все больше смещается за Полярный круг, но и без этого у России большие планы по освоению Арктики. В ближайшие десятилетия на Крайнем Севере будут интенсивно возводить инфраструктуру для топливно-энергетического комплекса и транспорта. О том, чем водно-гликолевые растворы полезны строителям, газовикам и нефтяникам, работающим в условиях экстремально низких температур, читайте в этой статье.

Несущие тепло

В районах Крайнего Севера устойчивые отрицательные температуры держатся 200–240 дней в году, столбик термометра опускается ниже -50 °C осенью, зимой и даже весной. Для строительства объектов это не просто «плохая погода» − экстремальные морозы затрудняют ведение работ и способны разрушить инфраструктуру. Самый простой пример – при замерзании вода увеличивается в объеме и создает давление, способное разорвать трубы и повредить арматуру.

Особую опасность мороз представляет при зимнем бетонировании. Если вода в смеси кристаллизуется до набора 50–70% проектной прочности, в структуре бетона формируются микротрещины: снижается морозостойкость и долговечность, а значит, под угрозой оказываются фундаменты, опоры трубопроводов и площадки под оборудование – элементы, рассчитанные на десятилетия эксплуатации.

Снижать подобные риски помогает применение специальных растворов-теплоносителей, содержащих этиленгликоль (ЭГ). Ключевое преимущество этиленгликоля − низкая температура кристаллизации. Жидкость по этому параметру можно выбрать под условия площадки – так, 40% раствор остается работоспособным примерно до -25 °C, 50% − до -35…-37 °C, а 60% состав выдерживает морозы до -45…-50 °C. При этом рост концентрации напрямую влияет на вязкость теплоносителя: при -30 °C вязкость 50% раствора может быть в три–пять раз выше, чем у воды при +20 °C. Этот параметр обязательно учитывают при расчете насосного оборудования и диаметров труб, иначе система будет работать с избыточным энергопотреблением.

В промышленные теплоносители помимо воды и ЭГ входит пакет присадок – ингибиторы коррозии, антивспениватели и стабилизаторы. Это техническая необходимость: чистый ЭГ агрессивен к металлам и способен вывести из строя оборудование.

Как применяют растворы с ЭГ

На арктических стройплощадках антифризы с ЭГ встраивают в технологические процессы как штатный компонент. Ниже – кейсы, где гликолевые растворы решают конкретную производственную задачу в условиях морозов:

• прогрев бетона в опалубке через циркуляционные петли. На фундаментах под оборудование и опоры трубопроводов используют замкнутые контуры с раствором ЭГ: теплоноситель прокачивают по змеевикам в опалубке, чтобы бетон набрал 50–70% прочности при +10…+25 °C. Это закрывает риск микротрещин из‑за замерзания воды в смеси и соответствует требованиям СП 70.13330.2012 к зимнему бетонированию. В документе задан тепловой режим, а выбор незамерзающего теплоносителя остается за проектом;

• обогрев тепляков и мобильных вахтовых модулей. В локальных котельных стройплощадок применяют закрытые контуры на гликолевом антифризе: это страхует от разморозки при перебоях электроснабжения и ночных провалах температур. Решение типовое для вахтовых поселков на объектах ТЭК – оно рассчитано на длительные перебои с электроэнергией;

• локальный подогрев критичных узлов до ввода в эксплуатацию. На компрессорных станциях и площадках подготовки нефти малые циркуляционные петли с антифризом на основе ЭГ ставят на арматуру, задвижки и шкафы КИПиА: так исключают промерзание узлов, чувствительных к температуре, еще до запуска основной системы;

• защита временных инженерных сетей на эстакадах. Временные трубопроводы отопления и ГВС, проложенные на эстакадах или в лотках, заполняют раствором ЭГ – это предотвращает разрывы из‑за расширения воды при экстремально низких температурах. Такой подход закрывает риски при плановых остановках котельной, в выходные и при авариях;

• работа в мобильных тепловых пунктах с пластинчатыми теплообменниками. В тепловых пунктах стройплощадки жидкости с ЭГ используют как рабочую среду в закрытых контурах: это сохраняет работоспособность системы при кратковременных остановках циркуляции и защищает оборудование;

• подогрев технологических сред в емкостях через рубашки и змеевики. На строящихся объектах подготовки нефти и газа растворы ЭГ подают в рубашки и змеевики емкостей, чтобы поддерживать температуру сырья и реагентов и исключить их застывание.

Эти сценарии отражают реальные практики на северных стройках: каждый из них закрывает конкретный технологический риск. Кроме того, все эти подходы применимы и на других территориях в условиях стабильно холодной зимы.

В нашей стране принята стратегия развития арктических территорий до 2035 года. Она предполагает создание новых и производств, развитие науки, разработку новых месторождений природных ресурсов.

Газовики не замерзнут

Потребителями водно-гликолевых растворов выступают и действующие промысловые объекты нефтегазового комплекса в полярных зонах. Один из оригинальных примеров описан в патенте RU2847683C1: теплоноситель с ЭГ используют для надежного автономного снабжения теплом газового промысла. В этом кейсе гликолевая жидкость находит применение в составе оборудования дожимной компрессорной станции, где раствор ЭГ решает сразу несколько критических задач.

Ключевой узел станции – этиленгликолевый контур воздухонагревательного газового модульного смесительного агрегата. Здесь раствор выступает промежуточным теплоносителем, который стабильно передает тепло и не кристаллизуется при экстремально низких температурах. Это исключает аварийные остановки и поддерживает расчетные параметры теплообменного оборудования даже в периоды пиковых холодов.

Особенность решения – комплексное использование тепловых ресурсов. Вода из тепловой сети, перекачиваемая насосной станцией, одновременно подается в установку подготовки топливного газа, рекуперативный теплообменник шахты выхлопа и в этиленгликолевый контур. Такая схема позволяет перераспределять тепло между узлами, снижая энергозатраты.

Практическое подтверждение эффективности этого проекта получено на одном из объектов «Газпром добыча Ямбург». Эксплуатация показала, что раствор ЭГ в данной конфигурации повышает надежность работы компрессорной станции в арктическом климате. Решение применимо на других северных объектах, включая строительство инфраструктуры нефтегазового комплекса, где стабильность теплоснабжения определяет темпы и безопасность работ. Таким образом, применение теплоносителя с ЭГ в составе такой станции выступает элементом энергоэффективной системы.

На заполярных объектах часто используют специальную легированную сталь и коррозионностойкие сплавы, поэтому для разработчиков теплоносителей с ЭГ важно применять в растворе корректные присадки, чтобы снизить риск деградации узлов.

Перспектива для производителей

С учетом перспектив развития инфраструктуры в арктических районах, востребованность решений по надежному обеспечению теплового режима строящихся или введенных объектов будет повышаться. Представляется, что водно-гликолевые растворы, созданные для работы в экстремально холодных условиях, могут стать важным элементом инженерных систем Крайнего Севера.

Напомним, что мы рассказывали о том, чем еще ЭГ полезен нефтегазовым компаниям в материалах об осушке газа перед транспортировкой и о составе и свойствах буровых растворов.