Тепло, где кабель
Говоря об оборудовании для судов высоких ледовых классов, начать хочется с кабельных систем обогрева – вот уж без чего трудно ходить по арктическим водам. Ведь в условиях Арктики образование наледи на палубе, ступенях, надстройках, трубах неизбежно, и это случается даже в межсезонье.
Греющий кабель пришел в Россию на рубеже 1990-х как основа быстро вошедших в моду "теплых полов". Позднее его применение расширилось: обогрев кровель, водосточных труб, уличных ступеней при входах в здания. В северных регионах кабель нашел гораздо более широкое применение. Его активно используют не только в быту, но и на промышленных объектах – везде, где требуется поддерживать температуру поверхности чуть выше нуля: в резервуарах и прочих емкостях, трубопроводах, а также на кораблях, судах и объектах портовой инфраструктуры.
Греющий кабель уже давно перестал быть заморской диковинкой, теперь его не только монтируют, но и производят многие российские предприятия, причем некоторые имеют и свои подразделения проектировщиков и монтажников. "До начала санкционной войны примерно половина систем электрообогрева реализовывалась на импортном оборудовании. Сейчас в основном используется продукция отечественного производства", – рассказал руководитель проектного офиса "Промышленный обогрев" (ГК "ССТ") Алексей Семененко.
Компаний-продавцов и компаний-монтажников великое множество, но немногие из них оказывают услуги верфям. Из тех, кому не чужда корабельная тематика, назовем самых заметных. Это компании "Промышленный обогрев" и "ССТэнергомонтаж" (входят в ГК "ССТ"), ПСК "Атлант", Завод "Горэлтех".
Морское исполнение систем кабельного обогрева имеет свою специфику в силу того, что на судах к обледенению приводят не только и не столько осадки (как в случае систем для обогрева кровель), но и морская вода, которая является агрессивной средой. Это заставляет производителей использовать для изготовления кабелей (реже нагревательных панелей, матов) материалы с повышенной коррозийной стойкостью. Еще одна особенность: для судов почти невозможно сразу предложить какой-то готовый продукт. "Для систем обогрева судов, предназначенных для работы в арктических широтах, в ГК "ССТ" разработаны типовые решения на базе нагревательных панелей, нагревательного кабеля, специальных нагревательных матов. Для каждого судна индивидуально подбирается комбинация этих решений", – пояснил Алексей Семененко.
"На суше обледенение – это относительно редкое событие, – говорит генеральный директор ПСК "Атлант" Дмитрий Моржухин. – Опасные обледенения обычно нарастают за несколько дней, что позволяет устранять их (растапливать нагревательным кабелем) при наружных температурах выше –10 °С. При этом мощности нагревательных кабелей достаточно небольшие. Обледенение на судне в морских условиях может нарастать очень быстро (при любых низких температурах эксплуатации судна) и для его устранения могут понадобиться кабели большей мощности".
На судах кабельный обогрев применяется для предотвращения обледенения внешних элементов, таких, как:
– поручни лееров и трапов;
– трубопроводы: топливной системы, сточных и хозяйственно-бытовых вод, осушительные, воздушные и переливные HFO (морозильный трюм), пожарных водяных завес на открытой палубе, перекачки рыбьего жира;
– арматура и бортовые патрубки в районе ватерлинии;
– комингсы люков, трюмные колодцы, воздушные головки, вентиляционные и водонепроницаемые крышки;
– оборудование обмыва иллюминаторов и прочее.
Также системы кабельного обогрева устанавливаются во внутренних помещениях судна и служат для предотвращения замерзания и поддержания температуры различных трубопроводов. Кроме того, не повсеместно, но встречаются те же самые "теплые полы" в жилых помещениях. Они используются и как дополнительный элемент создания комфортного микроклимата, и в виде основного источника тепла. В последнем случае при монтаже греющего кабеля в полу экономится место, которое было бы занято радиатором отопления. Это позволяет увеличить ограниченное пространство судовых помещений.
Крупные компании, занимающиеся кабельным обогревом, всегда имеют проектные отделы, которые производят все расчеты, формируют рабочую документацию, осуществляют технические консультации по оборудованию. Такие предприятия обязательно содержат специальный штат электромонтажников, поскольку обустройство систем кабельного обогрева имеет мало общего с работами по монтажу прочих кабелей и требует дополнительных знаний и навыков. При этом монтаж обычно проводится параллельно протяжке силовых кабелей.
Все такие предприятия осуществляют гарантийное и постгарантийное обслуживание. В зависимости от конструкции кабелей, производители заявляют срок службы систем обогрева от 20 до 30 лет. Но по сути системы устанавливаются на весь жизненный цикл корабля, поскольку работают не беспрерывно, а только в сезон холодов.
Помимо судостроения, системы кабельного обогрева необходимы и широко используются для обустройства портовой и береговой инфраструктуры в районах Крайнего Севера. В основном они служат для обогрева трубопроводов с питьевой водой, пожарных трубопроводов и канализации, поскольку даже простое обеспечение жизнедеятельности в этих районах требует определенных решений.
Глоток свежего воздуха
От отопления перейдем к противоположному – охлаждению. На вопрос, нужны ли кондиционеры морякам-полярникам, отвечаем: не помешают.
Казалось бы, тема кондиционирования воздуха наименее актуальна для судов, которым предстоит бороздить высокие широты. Но, во-первых, морякам в любых широтах нужен комфортный микроклимат в помещениях. Во-вторых, долгим полярным днем, несмотря на относительно низкую температуру за бортом, солнечные лучи через остекление нагревают воздух в помещениях до некомфортной температуры. Особенно это ощутимо в ходовой рубке, где площадь остекления максимальна.
Современные нормы судостроения подразумевают возможность круглогодичного поддержания комфортного микроклимата на судне, что приводит к необходимости применения полноценных систем кондиционирования, даже если они будут задействованы на номинальную мощность лишь эпизодически.
Кроме того, системы кондиционирования обслуживают не только обитаемые, но и технические помещения судна, в которых круглый год возникают избытки тепла от работы оборудования (ГРЩ, ВРК и др.). Как правило, для таких помещений используются обособленные автономные кондиционеры. Общая концепция систем кондиционирования на судне определяется на стадии проектирования.
На вопрос корреспондента об отличиях систем вентиляции и кондиционирования воздуха (СВКВ) для судов, предназначенных для плавания в высоких широтах, от условно "тропических", эксперты единодушно заявляют, что каких-то глобальных отличий нет, "разве что некоторые нюансы". О них и речь. Если рассмотреть подробно эти самые "нюансы", то выяснится, что специфика СВКВ для судов ледового класса ощутимо отличается от специфики этих систем для прочих судов.
Северная опция №1. Преднагрев забортного воздуха
По словам заместителя генерального директора компании "Кондиционер-СПб" Михаила Шабурина, основные особенности эксплуатации любых судов в Заполярье, как ни банально это прозвучит, – низкая температура воздуха и воды за бортом. В связи с этим при проектировании СВКВ таких судов разрабатывается ряд конструктивных дополнений.
В частности, в состав центральных кондиционеров и иных приточных установок помимо стандартного жидкостного воздухонагревателя с теплоносителем от дизельного котла необходимо добавлять секцию электрического преднагрева воздуха до значений не ниже –10... –15 градусов. Ее размещают в едином корпусе вентустановки ближе к борту или обособленно. Цель: избежать локального переохлаждения и разморозки жидкостного воздухонагревателя на тех его участках, которые первыми контактируют с холодным воздухом за бортом.
Данное решение также позволяет значительно уменьшить габариты жидкостного воздухонагревателя, вентиляционной установки в целом и сечение подводимых к ней трубопроводов.
Северная опция №2. Дополнительные увлажнители воздуха
При нагреве забортного воздуха в судовых приточных установках на большую дельту температуры (например, с –40 °С до +20 °С) объем нагреваемого воздуха по закону физики увеличивается приблизительно на 30%. При этом массовая доля водяного пара в воздухе остается прежней. В результате происходит пропорциональное уменьшение относительной влажности воздуха после прохождения через воздухонагреватель, что снижает комфортность пребывания в вентилируемых помещениях судна. Кроме того, "пересушенный" воздух оказывает негативное влияние на некоторое судовое электрооборудование.
Поэтому в приточных вентустановках для нормализации влажности монтируются увлажнители воздуха, распыляющие пар или мелкодисперсную водяную взвесь в обособленной секции приточной системы.
Как отметил собеседник "Корабел.ру", система увлажнения – достаточно капризное оборудование, это связано с высокими требованиями к качеству воды и необходимостью регулярного обслуживания. Кроме того, системы испарительного типа еще и потребляют много энергии. Поэтому на судах, находящихся в отстое в зимний период, применение таких систем вряд ли целесообразно. А вот на судах ледового класса, если судовладельцу дорог комфорт экипажа, да и здоровье тоже, без этого не обойтись.
Северная опция №3. Поправки в конструкции чиллера
С наступлением лета в Заполярье бывает достаточно типичная ситуация, когда температура воды за бортом еще минимальна, а солнечные лучи уже вовсю нагревают через остекление предметы в каютах, а те, в свою очередь, отдают тепло воздуху, из-за чего микроклимат становится невыносимым. В связи с этим чиллер (холодильная установка в СВКВ) должен быть способен работать при низких температурах забортной воды (от +2 С° и ниже), охлаждающей его конденсатор. Это обусловливает различия в конструировании чиллера и формировании алгоритмов его работы в сравнении с СВКВ судов, предназначенных для умеренных широт.
Северная опция №4. Гашение вибрации
Касается только ледоколов. В работе они испытывают значительные вибрации, которым прочие суда не подвержены. В этой связи к устойчивости основных агрегатов СВКВ при высокой вибронагруженности предъявляются особые требования. Для того чтобы система вентиляции и кондиционирования не развалилась во время прохождения льда, при конструировании СВКВ учитывается необходимость установки дополнительных амортизаторов основных узлов и наличия демпфирующих соединений как в самом агрегате, так и в местах его подключения к системе трубопроводов и воздуховодов судна.
Северная опция №5. Поправка на температуру за бортом
Производители судового оборудования всегда указывают в документации дельту температуры, в которой его можно использовать. На судах, предназначенных для походов по Северному морскому пути в зимние месяцы, любое оборудование, контактирующее с забортным воздухом, должно иметь запас прочности на случай понижения температуры до экстремальных показателей (–40... –60 С°).
Проектировщики закладывают требования к изделиям в составе СВКВ, исходя из района плавания и ледового класса. Для судов, которым предстоит работать в далеком Заполярье, разумеется, требования самые жесткие. Приходится учитывать следующие моменты:
Для изготовления наружной арматуры и участков вентсети от воздухозаборной решетки до секции нагрева используется исключительно конструкционная морозостойкая сталь.
Воздушная арматура (водогазонепроницаемые крышки, вентиляционные головки, жалюзи, противопожарные клапаны) должна быть снабжена кабельным подогревом.
Электродвигатели в системе принудительной вентиляции (кроме вынесенных из потока воздуха за счет использования ременного привода) обязательно оборудуются устройством антиконденсационного обогрева.
Толщина и класс теплоизоляции холодных участков вентсети рассчитывается в соответствии с техническими требованиями на судно.
Цена вопроса
Вот мы и подошли к самому больному месту в теме оборудования для судов Северного морского пути. Как отчетливо видно из всего вышеизложенного, это оборудование не может стоить столько же или даже быть слегка дороже, чем для судов, ходящих в умеренных широтах. У разных типов судов, как и у разных проектов судов одного типа, свои особенности, определяющие стоимость оборудования СВКВ. Опрошенные нами эксперты в области оборудования вентиляции и кондиционирования отмечают увеличение себестоимости оборудования для судов Северного морского пути на 25% и более при прочих равных условиях. "При этом правильное формирование концепции климатических систем судна с учетом существующих в отрасли современных технических решений позволяет не только значительно снизить стоимость оборудования, но и обеспечить его высокую надежность и энергоэффективность", – подытожил Михаил Шабурин.
Впрочем, по словам технического директора компании "Айско" Алексея Елистратова, при определенных условиях климатическое оборудование судна может, наоборот, обойтись значительно дешевле. "Если судно предназначено только для того, чтобы обеспечить проводку караванов через северные моря, то его системы не нужно изготавливать из материалов особенно высокой коророзийностойкости, – поясняет он. – Потому что в высоких широтах соленость воды в разы ниже, чем в тропиках, она менее агрессивна. А вот если район плавания неограничен, то да. Придется учитывать не только низкие температуры при эксплуатации, но и соленые воды тропических широт".
Все флаги в гости к нам
На вопрос о том, как отечественные производители СВКВ конкурируют с иностранными, собеседник "Корабел.ру" ответил: почти никак. Отечественное производство основных агрегатов для кондиционирования воздуха в шальные 90-е свернулось и до сих пор толком не развернулось. Правительство принимает меры по импортозамещению, но в том, что касается кондиционирования, до больших успехов еще далеко. Все это затрудняет процесс получения сертификатов СТ-1 (подтверждение страны происхождения изделия) российскими компаниями, без которого не выполняются положения постановления №719. А Минпромторг тем временем требует устанавливать на суда российское оборудование.
"Пока с грехом пополам справляемся. Комплектующие импортные, но проектируем, собираем оборудование мы. Но как в свете последних событий будет дальше, пока никто не знает", – сказал Алексей Елистратов.
Что касается вентиляционной части СВКВ, то ситуация представляется более оптимистичной. Как рассказал в интервью "Корабел.ру" исполнительный директор Московского механического завода специального оборудования Николай Сапрыкин, до недавнего времени самым сильным иностранным конкурентом россиян был украинский завод "Экватор". Это был основной поставщик подобных изделий во времена СССР и он унаследовал рынок на постсоветском пространстве. Однако по политическим причинам российская часть этого рынка в последние годы им была утрачена, в результате чего спрос на отечественные комплектующие вентиляционного оборудования естественным образом возрос и без усилий Минпромторга.
Еще один заметный игрок на рынке вентиляции и кондиционирования – компания "ВЕЗА". Ведущий специалист компании Александр Федотов в беседе с "Корабел.ру" заявил: "Все эти проблемы нам известны, со всеми этими вопросами мы сталкиваемся уже больше двадцати лет и знаем, что и как нужно делать: просто обратитесь и скажите, что вам нужно. Родите наше предложение своим спросом". Он привел ряд примеров разработок компании для высоких широт, в том числе рассказал о вентиляторах: "Мы выпускаем вентиляторы ДУ для температуры –70 градусов. Сегодня у нас практически, любой вид оборудования имеет морозостойкое исполнение. Для Каменномысского моря, напомню, мы проектируем вентиляторы в морском исполнении с УХЛ1. Все клапаны могут производиться в наружном исполнении с защитой от примерзания. Есть отдельно разработанное антиобледенительное устройство РУЗА-М, которое используется в широтах выше некуда".
Умножить на два
Судам высоких ледовых классов требуется не только климатическое оборудование, отличное от прочих, но отчасти и ходовое. Так, винто-рулевые колонки (ВРК), устанавливаемые на суда классов Arc1 – Arc4, совершенно не подходят для судов Arc5 и выше. ВРК арктического судна даже внешне отличаются. Как объяснил генеральный директор компании "Шоттель" Сергей Честный, привычная поворотная насадка (как бы труба вокруг винта, усиливающая гидропоток) у них отсутствует. Иначе бы там застревали и перемалывались лопастями куски льда, что привело бы к очень быстрому износу. Но даже без насадки винты разрушаются от контактирования со льдом. Пригодные для плавания в теплых морях винты во льдах быстро превратятся в решето. Поэтому в качестве материала для отливок уже нельзя применять чугун, а для винтов – бронзовый сплав. Здесь не обойтись без хорошей стали.
"Если вкратце, то с увеличением ледового класса мы вводим дополнительные коэффициенты при расчете валов, муфт, зубчатых передач. Соответственно, увеличиваем запасы прочности, – говорит начальник конструкторского бюро "Судовые движительные комплексы" Артем Положий. – И принимаем, что в ледовых условиях имеют место сильные вибрации. Поэтому применяем специальный крепеж, устойчивый к вибрации. И в целом придерживаемся принципа, что с увеличением ледового класса винто-рулевая колонка должна не только быть надежной, но и выглядеть надежно".
Арктическая ВРК – еще один пример того, что строительство судна высокого ледового класса стоит недешево. По словам Артема Положего, стоимость ВРК растет пропорционально увеличению ледового класса. Обратите внимание на таблицу требований к увеличению диаметра валов:
Или вот такое требование. С увеличением диаметра вала увеличивается его вес, размер подшипников, корпуса – все это влияет на стоимость.
Операция "винтаризация"
Арктическое применение накладывает свои требования на значительную часть оборудования, размещенного в открытом исполнении. Прежде всего это касается всех силовых механизмов, т.к. при низких температурах испытывающий нагрузки металл становится более хрупким. На прошедшей минувшей осенью выставке "НЕВА–2023" корреспондент "Корабел.ру" обошел все стенды, где предлагались подъемные механизмы, тросы, цепи, дельные вещи с вопросом: "Что-то в вашей номенклатуре изготовлено специально для применения в условиях высоких широт?" Оказалось, что строго ориентированных на Арктику компаний немного. Хотя были такие, которые отвечали отрицательно, но добавляли: если поступит такой запрос, то сделаем и с поправкой на арктическое применение. Дельные вещи особенно богато оказались представлены у компании "Лентранс". Она поставляет настолько широкий спектр дельных вещей (вьюшек, люков, закрытий и прочего), что перечисление их заняло бы слишком много места.
Интересным было общение с сотрудниками Всеволожского кранового завода. Не так давно ВКЗ анонсировал очередную новинку – электроталь. На вопрос, будет ли она работать при –30 градусах, нам ответили: "Нет, она для внутреннего использования, но если вам нужно для открытого, то изменим конструкцию специально для вас". Резонно возник вопрос: а приходилось ли вам ранее приспосабливать свое подъемное оборудование под арктическое применение? Как выяснилось, ВКЗ является автором и изготовителем мостовых кранов грузоподъемностью 20 тонн для машинных отделений легендарных атомных ледоколов серии 22220. Выдвижные электрические устройства погрузки-выгрузки для отделения вспомогательной энергетической установки также поставляются серийно на данные ледоколы.
Помимо этого, взрывозащищенные грузоподъемные краны ВКЗ установлены и эксплуатируются на морской ледостойкой нефтяной платформе."Наше конструкторское бюро непрерывно ведет разработки по адаптации оборудования к работе в арктических условиях и присвоению класса винтеризации, – заверили нас. – Чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования в арктических широтах, еще на этапе проектирования закладываются специальные судовые стали, масла, ЛКМ, прочие материалы, не изменяющие свои свойства при экстремально низких температурах. Не обходится и без уникальных комплектующих, разработанных нашими специалистами".
Большое внимание к запросам судостроителей, занятых постройкой судов для Северного морского пути, уделяет компания "Кронштадт". Под собственным брендом они поставляют люковые закрытия, снегоплавильные установки, швартовые кранцы, рымы подъема/спуска грузов прочее – все с классом винтаризации. "Про крановое оборудование и раму подъема и спуска грузов добавлю. Мы предлагаем его с интеллектуальным комплексом промывки рабочих узлов маслом автоматически регулируемой температуры, что обеспечивает возможность безотказного функционирования системы в диапазоне температур от +30 до –50 градусов", – рассказал генеральный директор компании "Кронштадт" Андрей Зарафьянц.
Недавно эта же компания анонсировала линейку якорно-швартового оборудования (ЯШО), тоже для северных морей. Правда, подробности в "Кронштадте" пока раскрывать не торопятся.
Когда строился головной атомоход пр. 22220 "Арктика", ЯШО для него нашли в Хорватии. Поставку осуществила компания Adria Winch Group. Хорватам так понравились российские верфи, что впоследствии они открыли "дочку" – "Адриа Винч Зеленодольск", частично локализовав производство. На вопрос, доступна ли продукция компании российским судостроителям после того, как европейские компании покинули Россию, президент Adria Winch Group Миливой Перузович ответил: "Ни в коем случае не уходим! Мы несем ответственность перед верфями и не прервем сотрудничество ни при каких обстоятельствах". Он также рассказал, что его производство изготавливает ЯШО и прочее палубное оборудование, пригодное для эксплуатации при температуре наружного воздуха –40 градусов, а в некоторых проектах –50 градусов. "Кроме того, мы испытывам оборудование на безотказную работу в условиях повышенной вибрации. Потому что на холоде при вибрации металл может разрушаться. И в регистровых сертификатах у нас всегда указано, что изделие предназначено для эксплуатации при низких температурах", – пояснил Перузович.
Держать в тепле
Особенно уязвима для низких температур гидравлика. Как рассказали нам сотрудники компании "Пневмакс", конструкторы стараются по возможности разместить всю аппаратуру в обычном помещении, а наружу вывести трубы и исполнительные механизмы. "Часто решение связано именно с архитектурой системы, когда мы убираем все в безопасное и теплое помещение. Даже специальная аппаратура не выдерживает арктического холода. Либо нужно использовать оборонные технологии, а это уже совсем другая тема", – говорит генеральный директор "Пневмакс" Александр Гоголев.
Он также добавил, что компания имеет линейку гидравлических компонентов для работы при температуре –40 градусов, а ряд элементов работоспособен и до –60.
"Прячет" от холода аппаратуру и компания "Морские системы и решения". Например, там предлагают такой продукт из области гидравлики, как "Арктический привод" – специально разработанный съемный переносной привод для обычных односопловых (одно- и многоуровневых) программируемых моечных машинок. Такое решение стало возможным для машинок, использующих полнопроточные турбины, благодаря применению магнитной трансмиссии.
Таким образом, больше нет необходимости постоянно располагать приводы машинок на открытой палубе. Переносные приводы хранятся в закрытом обогреваемом помещении и устанавливаются на моечные машинки непосредственно перед началом мойки. Такой подход обеспечивает быструю подготовку моечных машинок к работе при любой температуре окружающей среды.
Лед как наждак
Арктические решения предлагают и некоторые производители лакокрасочных материалов. Примечательно, что те из них, кто имеют линейку таких продуктов, на "НЕВЕ 2023" украшали свои рекламные буклеты яркими фотографиями таранящих лед атомоходов, демонстрируя тем самым, что шагают в ногу со временем.
"В высоких широтах наиболее серьезным нагрузкам подвергается подводная часть судна. При таких температурах даже некоторые металлы становятся хрупкими, – говорит руководитель направления судовых систем завода "Эмлак" Владимир Федотов. – У нас есть сертифицированное РМРС покрытие, предназначенное для Arc 4 и выше". На просьбу дать комментарий по "цене вопроса" он ответил: "Эксплуатация в экстремальных режимах требует от покрытия стойкости к низким температурам, устойчивости к истиранию. Это, конечно, приводит к применению более технологичных ЛКМ и технологий нанесения, что ведет к удорожанию как самих материалов, так и стоимости их нанесения. Увеличение стоимости окраски может достигать 30-40%".
О комплексном решении для судов, включая арктические, рассказали и в компании "Литум". "Комплексное решение подразумевает, что все позиции строящегося судна могут быть окрашены материалами Litum, – написали в ответе на наш запрос представители компании. – Все ЛКМ пригодны для эксплуатации при температуре –50 градусов. Для судов классов Arc6, Arc7 и Arc8 Litum предлагает ледостойкое покрытие "Литум Экстрим", не содержащее растворителя и допускающее нанесение традиционными установками БВР".
Интересный продукт предлагает компания Prime Top: эпоксидное покрытие Fortis zone 954 помимо прочих свойств может наносится при отрицательных температурах, что важно в случае ремонта судна в северных портах.
Работает над решением арктических задач и компания "Пигмент", открывшая в прошлом году новый завод, ориентированный преимущественно на покрытия для гражданских заказчиков:
"Не видим проблем для применения в тяжелых условиях (–40, –50 градусов) современных материалов нашей новой линейки Nautique. По продукту Nautique Arctic у нас завершается проверка и готовим выпуск". По поводу разницы в стоимости ЛКМ в сравнении с материалами для теплых морей ответ был тот же: на 30% дороже.
Статья впервые опубликована в журнале WWW.KORABEL.RU 2023 №4/ Подписаться на журнал!
