«Газовый» рейс «Чайки» начинается с чертежа, а что дальше?

Фото: Shutterstock

Пассажирский теплоход должен пройти под мостами, подойти к причалу и не задеть дно на мелководном участке. Его двигателям требуется запас топлива, а людям — удобный салон. Если вместо дизеля судно использует сжиженный природный газ, к привычным расчётам добавляются криогенные ёмкости, трубопроводы и системы безопасности. Всё это нужно разместить на борту, сохранив пригодность теплохода для выбранного маршрута.

Такую задачу решали создатели «Чайки-СПГ» — первого российского речного пассажирского судна на сжиженном природном газе. Проект разработало Зеленодольское проектно-конструкторское бюро, а построил теплоход Зеленодольский завод имени А. М. Горького. В 2023 году «Чайка» начала возить пассажиров между Петербургом и Петергофом.

Как выбор топлива изменил устройство судна и какие специалисты участвуют в его создании, рассказываем в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

От дизеля к газовому топливу

Речные пассажирские теплоходы десятилетиями строили с дизельными двигателями. Для конструктора это означало хорошо известную схему: запас жидкого топлива находится на борту и по трубопроводам поступает к двигателю. На маршруте всё равно приходилось рассчитывать расход и место следующей заправки, но свойства дизельного топлива и оборудование для работы с ним были знакомы верфям и экипажам. Применение природного газа меняет эту часть проекта. Газ нужно взять с собой в достаточном количестве, безопасно хранить и подготовить к подаче в двигатель.

Использовать природный газ в качестве судового топлива стало возможным благодаря развитию технологий его сжижения и криогенного хранения. При охлаждении примерно до минус 160 °C газ превращается в жидкость и занимает намного меньше места: при обычных условиях из одного объёма СПГ получается около 600 объёмов газа. Так на судно можно поместить запас топлива для рейса. Но низкая температура требует теплоизолированных ёмкостей и оборудования, рассчитанного на работу с криогенной жидкостью. Вместе с топливом на борт приходит новая инженерная задача — управлять его состоянием от заправки до двигателя.

Долгое время технологии обращения со сжиженным газом развивались прежде всего там, где его нужно было перевозить. Для газовозов проектировали специальные ёмкости, трубопроводы и средства контроля. Использование СПГ уже как топлива для двигателей поставило другие вопросы: где расположить сравнительно небольшие ёмкости, как подать газ к силовой установке и что делать при обнаружении утечки. По мере появления таких судов развивались и требования к их устройству и эксплуатации. Международная морская организация закрепила подходы к безопасности судов, использующих газ и другие виды топлива с низкой температурой вспышки, в отдельном кодексе.

Следующий шаг состоял в том, чтобы приспособить технологию к конкретным видам флота. Крупное морское судно и речной пассажирский теплоход располагают разным пространством для топливного оборудования и работают по разным маршрутам. Речному судну важны осадка, высота над водой, возможность подойти к городскому причалу и условия заправки на берегу. Поэтому переход на СПГ нельзя свести к замене одного двигателя другим. Проектировщик должен связать топливную систему с корпусом, пассажирскими помещениями и реальным путём судна.

В России такую связку отрабатывали на «Чайке». В 2019 году Татарстан и «Газпром» договорились о пилотном применении СПГ на речных туристических судах. «Чайку» построили в Зеленодольске и передали заказчику в октябре 2021 года. После подготовки к пассажирской работе теплоход в июле 2023 года вышел на регулярные рейсы из Петербурга в Петергоф. Проект прошёл несколько разных этапов: конструкторы разместили оборудование на судне, завод изготовил его, а эксплуатация показала, как выбранные решения работают на маршруте.

Река задаёт размеры судна

Перед началом проектирования инженеры изучают маршрут. Им нужны сведения о глубинах, высоте мостов, расположении причалов и продолжительности переходов между ними. Осадка показывает, насколько глубоко корпус погружается в воду; сравнив её с глубиной фарватера, можно определить, останется ли необходимый запас под килем. Высота судна над водой важна при проходе под мостами. На эти показатели влияют и конструкция теплохода, и его загрузка пассажирами и топливом.

Для «Чайки-СПГ» разработчики предусмотрели максимальную осадку около 1,2 метра и проектную скорость от 18 км/ч. Судно рассчитано не менее чем на 170 пассажиров. Машинное отделение разместили в корме, рулевую рубку — в носовой части, а для экскурсионных поездок оборудовали салон с отоплением, кондиционированием и аудиогидом. Каждое решение связано с назначением теплохода: пассажирам требуется место и обзор, экипажу — возможность управлять судном, а механизмам и топливной системе — отсеки для установки и обслуживания.

Работу расчётов затем проверяет ежедневная навигация. Капитан Юрий Спасов, рассказывая о рейсах «Чайки» по Невской дельте в навигацию 2025 года, отметил: «Высотный габарит „Чайки“ очень продуман». Теплоход проходил под мостами и работал на участках с разными условиями движения, в том числе на маршруте из центра Петербурга к Лахта Центру. Для экипажа указанная в проекте высота — практический параметр: от неё зависит, какие участки доступны судну. При подготовке каждого рейса капитан также учитывает уровень воды, погоду и действующие условия судоходства.

Фото: «Чайка-СПГ» на воде. Источник: Пресс-служба ООО «Газпром СПГ технологии»

Что находится за газовой заправкой

На главной палубе «Чайки» установлены две криогенные топливные ёмкости. В них СПГ хранится при очень низкой температуре; объём каждой ёмкости составляет 6,7 кубического метра. Газовые двигатели и генераторы расположены ниже, в корпусе судна. Такое размещение задаёт путь топлива: после заправки оно хранится в ёмкостях, проходит через оборудование топливной системы и в подготовленном виде подаётся к двигателям. Конструктор должен заранее предусмотреть место для всех элементов этого пути и возможность их обслуживания.

Перед использованием жидкое топливо переводят в газообразное состояние. За его подачей следят датчики и система управления: они контролируют параметры установки и помогают обнаружить отклонения в работе. В проекте также предусматривают защиту трубопроводов и оборудования. Для судового механика это означает дополнительные операции при подготовке к рейсу и наблюдении за двигателями. Для специалиста по автоматике — необходимость связать датчики, исполнительные устройства и средства отображения данных в работающую систему.

Заправка, которую на флоте называют бункеровкой, тоже требует отдельной подготовки. СПГ доставляют к месту бункеровки, подключают судовую систему к источнику топлива и контролируют процесс передачи в ёмкости. Наличие причала само по себе ещё не означает, что там можно заправить газовое судно: нужны подходящее оборудование и организация работ. Когда «Чайка» переходила из Зеленодольска в Петербург, маршрут почти в 1500 километров потребовал нескольких бункеровок по пути. На таком переходе расположение точек заправки становится столь же важной частью плана, как шлюзы и глубины.

Газовое топливо также меняет подход к оценке работы двигателя. СПГ может уменьшать выбросы некоторых загрязняющих веществ по сравнению с нефтяным топливом, но теплоход с газовым двигателем продолжает производить выбросы. Результат зависит от конструкции установки и режима её работы. Чтобы узнать, какой эффект получен на конкретном судне, специалисты измеряют состав отработавших газов и сопоставляют данные при определённых условиях. При более широкой оценке учитывают также производство топлива и его доставку к месту заправки.

Что показал первый сезон

Регулярные пассажирские рейсы «Чайки» начались 20 июля 2023 года. За три месяца первого сезона на её борту побывали почти восемь тысяч человек. Двигатели отработали 435 моточасов, а расход топлива составил около 33 тонн СПГ. Эти числа позволяют увидеть масштаб эксплуатации: теплоход выполнял рейсы с пассажирами, а специалисты получали данные о работе двигателей и топливной системы. По результатам сезона можно уточнять организацию заправки, обслуживание и подготовку к следующей навигации.

Сами по себе 435 моточасов и 33 тонны топлива не показывают, сколько стоила бы та же работа дизельному теплоходу. Для сравнения потребовались бы суда на одинаковом маршруте, с сопоставимой загрузкой и условиями движения. Расход на реке зависит от скорости, течения, манёвров и времени работы бортовых систем. Поэтому эксплуатационные данные полезны прежде всего вместе с описанием рейсов, во время которых они получены. Такая работа с измерениями нужна и инженерам, которые совершенствуют установку, и организаторам перевозок, планирующим будущие сезоны.

Маршруты теплохода менялись по мере развития его эксплуатации. Перед навигацией 2024 года судно готовили к работе на новых направлениях Невы, а в 2025-м оно ходило к причалу у Лахта Центра. Новый маршрут требует заново проверить подходы к остановкам, посадку пассажиров, длительность переходов и запас топлива до следующей бункеровки. Перед сезоном специалисты осматривают механизмы и средства безопасности, а экипаж знакомится с особенностями движения. Даже построенное судно продолжает требовать инженерной работы, когда меняются условия его применения.

От чертежа к готовому корпусу

После завершения проекта завод получает документацию для изготовления судна. Детали корпуса раскраивают, из них собирают секции, затем устанавливают механизмы, трубопроводы, кабели и пассажирское оборудование. Точность нужна с самого начала: если изготовленная деталь не соответствует чертежу, при сборке она может не совпасть с соседней. Оператор станка с числовым программным управлением Денис Грачев объяснял один из этапов своей работы так: мастер выдаёт задачу, после чего по чертежу создают программу для станка. Оператору приходится понимать и цифровую часть процесса, и то, какой должна получиться металлическая деталь.

Когда корпус собран, работа переходит к установке и проверке судовых систем. Газовая установка объединяет оборудование разных специалистов: ёмкости и трубопроводы, двигатели, генераторы, датчики, автоматику. Их нужно не только закрепить на судне, но и согласовать между собой. Затем проверяют работу механизмов и средств безопасности, а на воде — ход и манёвры теплохода. Для пассажирского судна также важно убедиться, что люди смогут безопасно подниматься на борт и сходить на причал.

Главный строитель Зеленодольского завода Илья Ларионов рассказывал и о том, как готовое судно покидает закрытый эллинг. Для этого используют док-камеру: её заполняют водой, после чего корпус можно вывести на плаву. Между обработкой первого металлического листа и выходом судна на воду лежит работа множества участков завода. Сборщик отвечает за положение деталей корпуса, сварщик — за соединения, электромонтажник — за установку кабелей и оборудования. Задача строителя судна — согласовать последовательность этих работ, чтобы готовые системы можно было проверить и обслуживать.

Фото: «Чайка-СПГ» в Санкт-Петербурге. Источник: Пресс-служба ООО «Газпром»

Кто нужен речному флоту

Над газовым теплоходом работают специалисты с разной подготовкой. Конструктор рассчитывает корпус, осадку и размещение оборудования; технолог переводит проект в порядок изготовления. Оператор станка с ЧПУ делает детали по чертежам, сборщик и сварщик соединяют конструкции. Судовые электрики, механики и специалисты по автоматике устанавливают и настраивают системы. После передачи судна в эксплуатацию к этой работе присоединяются экипаж и береговые службы, отвечающие в том числе за заправку.

Начать знакомство с производством можно в колледже. В Зеленодольске действует судостроительный колледж с подготовкой по профильным направлениям. Зеленодольский механический колледж объявлял набор на 2026/27 учебный год, в том числе на технологию машиностроения и мехатронику. Такие программы дают основу для работы со станками, производственными процессами и автоматикой. Профессию затем можно осваивать дальше на верфи, наблюдая, как отдельная операция влияет на сборку всего судна.

Тем, кому ближе расчёты и проектирование, подойдут инженерные направления по кораблестроению. Зеленодольское проектно-конструкторское бюро сотрудничает в подготовке специалистов с Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом, Нижегородским государственным техническим университетом имени Р. Е. Алексеева и КНИТУ-КАИ. Студенты университетов и колледжей могут проходить в бюро производственную и преддипломную практику. Там учебные знания применяют к чертежам, расчётам и документации для настоящих судов.

Работа на заводе тоже может сочетаться с дальнейшим обучением. Достройщик Зеленодольского завода Артур Ахтямов учится в казанском филиале Волжского государственного университета водного транспорта и планирует стать мастером. Новичкам он советует прежде всего освоить чтение чертежей: «Остальному научат на месте». За каждым таким чертежом стоит конкретная задача — изготовить деталь нужного размера, разместить оборудование или обеспечить доступ к нему. На «Чайке» эти задачи сошлись в судне, которое проходит под мостами, принимает пассажиров у причала и выходит в рейс с запасом топлива, рассчитанным для его маршрута.