О новых разработках и перспективах развития арматурного машиностроения рассказывает генеральный директор Центрального научно-исследовательского проектного института «Современные технологии арматуростроительного комплекса» Сергей Александрович Истомин.

Корр. – Какие конструкторские решения в производстве регулирующей арматуры Вы считаете наиболее современными?

С.И. – Существуют различные типы регулирующей арматуры: регулирующие задвижки (шиберные клапаны), регулирующие клапаны, регулирующие краны, регулирующие дисковые затворы. У каждого из этих типов есть свои достоинства и недостатки. Однако появление современных средств компьютерного моделирования процессов течения рабочей среды позволяет компенсировать эти недостатки путем более точного профилирования проточных частей регулирующей арматуры для обеспечения потребностей заказчиков.

Остановимся на нескольких типах регулирующей арматуры, наиболее часто применяемых в современных трубопроводных системах, – это регулирующие поворотные заслонки, регулирующие шаровые краны и осевые регулирующие клапаны. Достоинства регулирующих дисковых затворов (поворотные заслонки): большая пропускная способность; небольшие габариты и маленький вес; малозначительное гидравлическое сопротивление; простая конструкция и небольшое число деталей; отсутствие мест для накопления грязи; отсутствие необходимости постоянного ухода; простота эксплуатации; легкий и простой монтаж и ремонт.

Недостатки: малая величина коэффициента критического расхода обусловливает небольшой критический перепад давления (следствие – склонность к кавитации); при открытом положении диск заслоняет проход корпуса, за счет чего гидравлические характеристики ухудшаются и очистка трубопроводов с использованием механического устройства становится весьма затруднительной; ограничение в применении по давлению и температуре.

Достоинства регулирующих шаровых кранов: большая пропускная способность; малозначительное гидравлическое сопротивление;

Недостатки: малая величина коэффициента критического расхода обусловливает небольшой критический перепад давления (следствие – склонность к кавитации); небольшой диапазон регулирования.

Регулирующий шаровой кран, разработанный специалистами ООО ЦНИПИ «СТАРК» при помощи современных компьютерных методов расчета, обеспечивает бескавитационный режим работы, низкий уровень шума, вибрации, а также запорную функцию.

Достоинства осевых регулирующих клапанов: коэффициент критического расхода достаточно высок, как следствие обеспечивается большой критический перепад на клапане; может быть изготовлен плотнозапорным и выполнять запорную функцию; возможность использовать исполнительные механизмы меньшей мощности; большая пропускная способность, широкий диапазон регулирования; малая величина эрозии и вибрации.

Недостатки: сложная конструкция; высокая стоимость. На наш взгляд, наиболее перспективные конструкторские решения в регулирующей арматуре – осевые регулирующие клапаны и шаровые регулирующие краны.

Корр. – Неблагоприятные условия при добыче и переработке нефти и газа зачастую требуют использования износо- и коррозионно-стойких сплавов. Расскажите о новых сплавах, которые используются при производстве нефтегазовой арматуры.

С.И. – Вопрос о применении новых сплавов, сталей, материалов для оборудования нефтегазодобычи и нефтегазопереботки – достаточно объемный и многогранный. Это серьезная тема для анализа, изучения тенденций, критериев оценки эффективности, надежности, внедрения материалов в оборудование, а оборудования – в эксплуатацию, получения обратной связи по результатам эксплуатации и т. д. Но тем не менее тезисно можно отметить основные тенденции развития технологий добычи и переработки нефти и газа, которые в конечном счете и определяют требования к материалам, сплавам и сталям:

• интенсификация технологических процессов добычи и транспортировки нефти и газа;
• усложнение условий добычи – увеличение глубины залегания, более сложные климатические условия (Арктика, месторождения на шельфе, повышенная сейсмичность), гидроразрывы пласта и т. д.;
• повышение надежности трубопроводных систем по сроку службы;
• внедрение новых технологий переработки нефти и газа с применением более сложных химических композиций, термических условий.

Эти и другие условия определяют современные требования к оборудованию и материалам.

Работы по материалам ведутся в трех основных направлениях.

• Первое – повышение качественных характеристик традиционных сталей и сплавов за счет получения более чистых сталей по вредным примесям (сера, фосфор), специальных режимов термических и химико-термических обработок, нанесения защитных покрытий на стали и сплавы.
• Второе – применение известных марок сталей повышенной прочности, жаропрочности, коррозионной стойкости вместо традиционно используемых сталей: применение стали 35ХМЛ вместо стали 20ГМЛ дает увеличение срока службы шиберной задвижки DN65 PN210 для фонтанной арматуры в 1,5 раза и снижение ее массы на 30 %; применение стали 12Х18Н9ТЛ в корпусах арматуры для нефтехимии вместо стали 15Х5М позволяет повысить коррозионную стойкость изделия более чем в 1,5 раза.
• Третье – применение новых материалов и сталей: керамики и металлокерамики, новых наплавочных материалов типа Stellit, Colmonoy, стали типа ЭП-987 (10Х18Н11С5М2ТЮ), которые без наплавки могут успешно заменять традиционные стали затворов с наплавкой (для клиновых задвижек); терморасширенного графита в комбинации с металлом в седлах, кольцах, прокладках арматуры.

Корр. – Техническое обслуживание трубопроводной арматуры (ТПА) составляет б‚ольшую часть затрат на протяжении срока ее эксплуатации. Каковы, на Ваш взгляд, наиболее эффективные способы сокращения таких затрат? Существует ли арматура с минимальными затратами на техническое обслуживание (ТО)? Ведутся ли работы по созданию и внедрению новых видов ТПА с увеличенными сроками ремонтопригодности?

С.И. – Один из наиболее эффективных способов сокращения затрат на проведение технического обслуживания – увеличение срока до первого ремонта (технического обслуживания) и последующих межремонтных периодов, или, иными словами, увеличение ресурса ТПА.

Сокращение затрат на техническое обслуживание ТПА путем увеличения срока эксплуатации ТПА до первого ремонта может быть достигнуто не только за счет создания запаса надежности ТПА при проектировании, но и правильным подбором ТПА для конкретных условий эксплуатации, а впоследствии также правильной стратегии технического обслуживания, ремонта и диагностики ответственной ТПА.
Правильный выбор арматуры должен осуществляться путем комплексной оценки возможностей арматуры выполнять эксплуатационные требования на самом высоком уровне. Интересным опытом внедрения в атомной энергетике является ремонт арматуры по ее фактическому техническому состоянию, определяемому диагностическими средствами. Показатели состояния арматуры, измеренные по соответствующим программам диагностики (крутящий момент, плавность хода, время выполнения операций «открытие – закрытие» и т. д.), позволяют определить необходимость проведения ремонта в определенный регламентом период обслуживания арматуры. На наш взгляд, этот опыт может быть использован на ответственных узлах ТПА, но для этого нужна системно организованная работа заказчика, проектанта трубопроводных систем и установок, производителя арматуры и сервисных служб.

Отвечая на вопрос: «Существует ли ТПА с минимальными затратами на ТО?», отвечу: да, в атомной энергетике – РПК (регулирующий питательный клапан), ГПЗ (главная паровая задвижка).
Работы по созданию и внедрению ТПА с увеличенным сроком эксплуатации и увеличенным межремонтным циклом проводятся сотрудниками ООО ЦНИПИ «СТАРК» вместе со специалистами ООО «Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов», Национального исследовательского университета «Московский энергетический институт», ОАО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения», ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова».

Корр. – Как Вы оцениваете перспективы применения нанотехнологий в арматуростроении?

С.И. – Арматуростроение является одной из отраслей машиностроения. Для него характерны те же тенденции по внедрению нанотехнологий, предполагающие улучшение потребительских качеств: снижение массы; увеличение срока службы за счет повышения эрозионной и коррозионной стойкости проточной части арматуры; снижение коэффициента сопротивления; снижение мощности приводного устройства и т. д.

Для достижения этих целей требуется уменьшать коэффициенты трения в подвижных соединениях и повышать их износостойкость, повышать эрозионную стойкость проточной части и узлов затвора. Вот мы и подошли к нанотехнологиям, а именно к нанесению нанотехнологичных покрытий (одно из наиболее перспективных направлений), которые позволяют с различной степенью успешности достичь требуемого результата.

Модификация поверхностных слоев изделий и формирование ионно-плазменных покрытий со структурой нанокомпозитов (PVD-покрытия) экономически более целесообразны, чем модификация всего объема материала детали. Сегодня уже ни для кого не секрет, что уменьшение среднего размера зерен примерно до 10 нм и менее приводит к существенному изменению ряда физических свойств материалов: термических (понижается температура плавления), кинетических (резко возрастает коэффициент диффузии, падает теплопроводность), механических (увеличивается предел текучести и износостойкость, появляется эффект сверхпластичности при высокой температуре) и др. Это связано с тем, что размер зерен в нанокомпозитах становится меньше соответствующей характеристической длины (толщины стенки доменов, критического радиуса дислокационной петли и т. д.).

Определенными ограничениями (которые необходимо преодолевать) по применению нанотехнологичных покрытий наряду со стоимостью внедрения являются технологическая непроработанность нанесения покрытий на сложнопрофилированные поверхности, например внутренняя ходовая резьба, а также технология контроля качества покрытия, однозначно гарантирующая качество детали. Серьезным тормозом является отсутствие сравнительных экспериментально полученных характеристик деталей арматуры без покрытий и деталей с покрытием. Именно с этой целью специалисты ООО ЦНИПИ «СТАРК» выполняют работу, поставленную АО «Усть-Каменогорский арматурный завод» по исследованию, анализу покрытий, проведению сравнительных испытаний в различных условиях эксплуатации и внедрению этих технологий для шиберных задвижек и шаровых кранов с увеличенным сроком службы.

Корр. – Что, по Вашему мнению, следует изменить в области арматуростроения для вывода этой отрасли российской промышленности на лидирующие позиции на международном рынке?

С.И. – Ответ на этот вопрос хотелось бы разделить на две части:

1. что нужно сделать, чтобы избавиться от импортозависимости в арматуре?
2. что нужно сделать, чтобы повысить экспортный потенциал арматуростроения на международном рынке?

Чтобы ответить на первую часть вопроса, необходимо следующее:

• разработать детальные программы импортозамещения арматуры по основным отраслям применения: Газпром, Транснефть, Роснефть, Сургутнефтегаз, НОВАТЭК, ЛУКОЙЛ на основе актуальных технических требований заказчиков;
• предоставить возможности для опытной эксплуатации импортозамещающих образцов;
• на базе НПАА (научно-промышленная ассоциация арматуростроителей) совместно с профильными институтами (ООО ЦНИПИ «СТАРК», ОАО «МосЦКБА») создать базу данных материалов и заготовок, используемых при производстве арматуры для сложных условий эксплуатации;
• провести ряд сравнительных испытаний арматуры отечественного и импортного производства.

Чтобы ответить на вторую часть вопроса, следует:

• арматурным предприятиям осознать, что экспортный потенциал предприятия определяет его уровень не только на внешнем рынке, но также и на внутреннем. Исходя из этого представляется необходимым и целесообразным разработать программы развития и повышения экспортного потенциала арматурных заводов. Это сложная и многокомпонентная задача;
• на базе НПАА совместно с профильными институтами создать базу данных по европейским и американским стандартам;
• разработать методологическую программу освоения основных мировых стандартов по профилю нефте- и газодобычи и их переработке;
• заинтересованным арматурным заводам разработать программы взаимодействия с основными зарубежными заказчиками и проектантами нефтегазодобывающих и нефтегазоперерабатывающих производств на основе прохождения соответствующей аттестации и вхождения в реестр потенциальных поставщиков оборудования в третьи страны;
• ориентированным арматурным заводам создать у себя условия, обеспечивающие выполнение европейских (PED) и американских (ASME Boiler and Pressure Vessel Code) норм безопасности.

Материал подготовлен: Е. Г. Остроумовой (ООО «Газоил пресс»)
Журнал «Газовая промышленность» (сентябрь/711/2014)