Энергетика Патона: 5 инновационных разработок академика
За что «Нафтогаз» и «Энергоатом» должны сказать спасибо покойному президенту НАН
Энергетическая отрасль – не только о политических скандалах или громких разоблачениях. Прежде всего, она – о людях, которые обеспечивают надежную работу и развитие в любых условиях, независимо от обстоятельств и отношения к ним тех, кто борется за власть.
Имя академика Бориса Патона среди них занимает особое место. Он более полувека оставался бессменным президентом Национальной Академии Наук Украины и возглавлял Институт электросварки имени Е. Патона НАН Украины. Его разработки были и остаются востребованы как у отечественных специалистов, так и за рубежом. Они позволяют создавать уникальные конструкции энергетического оборудования – турбин, энергетических котлов, корпусов реакторов атомных станций, трубопроводов.
Тысячи километров трубопроводов, по которым нефть и газ транспортируются от месторождений потребителям, энергоблоки АЭС, которые круглосуточно обеспечивают стабильную работу энергосистем разных стран – вот те основные направления, где от качества сварочных технологий зависит и рациональное использование ресурсов, и безопасность условий труда, а значит – и человеческие жизни. Они позволяют снижать вредные выбросы, сохранять экологию, более эффективно расходовать энергоресурсы, а также экономить миллиарды государству и бизнесу.
И хотя административное наследие Бориса Патона как главы НАНУ вызывает противоречивые оценки, значение его научных, технологических, рационализаторских разработок – неоспоримо. В память о нем как об ученом с мировым именем Mind представляет обзор инноваций, увидевших свет под его руководством и сыгравших знаковую роль в развитии энергетической безопасности разных стран.
Как построить надежный реактор:
электронно-лучевая сварка
Эта технология применяется при изготовлении корпусов реакторов АЭС и значительно экономит время. Продолжительность традиционной дуговой сварки кольцевых швов в корпусе атомного реактора составляет сотни часов, тогда как ЭЛС такого шва сокращается до нескольких часов.
Метод ЭЛС обеспечивает высокую производительность сварочного процесса, надежное качество соединений и минимальную деформации стали. Под руководством Патона было также разработано оборудование для электронно-лучевой сварки и программное обеспечение, чтобы эффективно управлять всем производством.
Как предотвратить взрывы на АЭС:
новое покрытие для ТВЭлов
Безопасность атомных реакторов и снижение затрат на их эксплуатацию было среди ключевых направлений, которым Борис Патон уделял особое внимание.
В одной из своих научных публикаций он объяснял, что причиной аварии на атомной станции «Фукусима-1» в Японии стало химическое взаимодействие циркониевых оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭлов) с паром. Пароциркониевая реакция привела к генерации водорода, из-за чего и произошел взрыв.
Разбираясь с этим прецедентом, специалисты под руководством Бориса Патона разработали новый метод изготовления ТВЭлов, который повышает стойкость к коррозии циркониевых оболочек во время работы реактора, а в случае аварии – значительно снижает вероятность возникновения взрыва.
Суть технологии – в том, чтобы использовать особое покрытие на основе карбида кремния и обеспечить высокую прочность его сцепления с основной поверхностью тепловыделяющих элементов.
Как построить надежный газопровод:
многодуговая сварка с управлением химическим составом шва труб
Экономический рост требует большего количества энергоресурсов. Поэтому обеспечение надежной транспортировки углеводородов от места их добычи потребителям – чрезвычайно актуальная задача. В случае с природным газом трубопроводный транспорт по-прежнему остается приоритетным, несмотря на развитие альтернативных способов (таких как танкерная перевозка сжиженного газа или сжатого в специальных емкостях).
Многодуговая технология сварки позволяет улучшать качество соединений на трубопроводах. Это снижает технологические потери при транспортировке природного газа. Кроме того, сам процесс сварки происходит с наименьшими расходами сварочных материалов. Дополнительное ее преимущество – сокращение времени на строительство газопроводов.
Система управления химическим составом и структурой металла шва труб позволяет приспосабливать сварочные технологии к условиям транспортировки углеводородов. Специалисты могут выбирать сплав металла, из которого состоит сварочная проволока, учитывая специфику места, где строится трубопровод, и качество топлива, которое будет транспортироваться по заданному маршруту.
Как прокладывать трубы в суровых условиях:
сварочный комплекс «Север» и пульсирующее оплавление
Специалистами Института им. Патона были разработаны оптимальные сочетания сварочных материалов для строительства и ремонта магистральных газопроводов в Украине и России, в зависимости от климатических зон. Например, с помощью сварочного комплекса «Север» можно прокладывать трубы разного диаметра в суровых условиях Крайнего Севера, обеспечивая надежную сварку.
Инновационным для своего времени стал метод контактной сварки труб, получивший название «пульсирующее оплавление». Он позволяет экономить время на строительство нефте- и газопроводов, повышает их надежность, снижая вероятность разгерметизации.
Такая технология оказалась полезной при строительстве морских газопроводов на большой глубине. Необходимым для этого оборудованием оснащаются трубоукладочные баржи. А разработанные алгоритмы операционного компьютеризированного контроля сварочного процесса позволяют оценивать результат сразу же после окончания сварки.
Автоматическая система выдает в печатном виде документ на каждый стык, в котором указываются реальные значения всех параметров процесса сварки, их отклонения от заданных значений и оценка качества соединений.
Как остановить катастрофу на нефтегазовых промыслах:
модуль для восстановления разрушенных труб
Аварии при разработке месторождений углеводородов приводят к тяжелым экологическим последствиям. Одна из них случилась в 2010 году у побережья американского штата Луизиана в Мексиканском заливе – на буровой платформе Deepwater Horizon, принадлежащей транснациональной корпорации ВР. Тогда из поврежденной скважины на глубине 1500 м произошло неконтролируемое вытекание нефти, а затем и взрыв.
Специалисты Института им. Патона разработали способ соединения разрушенных труб подводных скважин во время вытекания нефти. Они сконструировали особый соединительный модуль, который с помощью специальных грузоподъемных механизмов опускается к поврежденной части трубы.
Технологические устройства удерживают модуль в вертикальном положении и не дают вытекающему потоку нефти отбросить его в сторону. Тогда как сам модуль закрепляется на месте вытекания нефти и предотвращает загрязнение окружающей среды, а нефть направляется в нужном направлении по трубопроводу.