Университетская проблематика в научно-популярных средствах массовой информации

Тяжелая участь промысловых трубопроводов

Начнем с того, что весь процесс добычи нефти состоит из нескольких этапов, за каждый из которых отвечает свой сектор. В первом секторе (он называется Upstream) производится разведка и разработка месторождений, добыча углеводородов. Далее по второму сектору транспорта нефти и нефтепродуктов (Midstream) сырье движется в нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы (то есть в третий сектор -- Downstream).

Первый сектор -- наиболее опасный из всех перечисленных. Добываемое сырьё отличается большим содержанием агрессивных веществ: углекислого газа, сероводорода, значительного количества воды, механических примесей, органических кислот.

Основными артериями месторождений являются так называемые промысловые трубы -- они доставляют углеводородное сырье от места добычи нефти к установкам комплексной подготовки и далее к магистральным трубопроводам. Бесперебойная работа промысла зависит от многих факторов: от материала, технологии сварки, методов по защите металла и воздействия агрессивных сред.

На сегодняшний день в России осваиваются новые, наиболее труднодоступные месторождения в северных регионах страны. Поэтому формируются новые требования к материалам и необходимость разработки технологий добычи для работы в более агрессивных средах.

Получается, помимо того, что условия работы промыслового трубопроводного транспорта изначально были тяжелыми, так еще возрастает агрессивность транспортируемых сред за счет активного воздействия углекислого газа, сероводорода и абразивных частиц. Таким образом, для нефтяных компаний сегодня актуальны вопросы продления срока службы оборудования, обеспечения его надёжности и долговечности.

Любая авария трубопровода, помимо затрат на ремонт и упущенной выгоды из-за простоя оборудования, может нанести еще и серьезный экологический урон окружающей среде. Всё это формирует высокие требования к материалам, из которых изготавливается оборудование, работающее на промысловых участках месторождений. Всё более важным и значимым становится изучение процессов, вызывающих разрушение материала. Понимание позволит подобрать подходящий материал и разработать методы защиты трубопроводов от воздействия негативных факторов.

Проблема кадров

-- Бывает так, что заказчики сами не понимают, почему происходит разрушение материалов, и на первом этапе приходится объяснять все процессы и причины коррозии. Иногда даже мы исправляем их первоначальный запрос и приходим к другим решениям, -- рассказывает инженер НИОЦ «Везерфорд-Политехник» Екатерина Алексеева.

Представители нефтяных компаний обращаются в научно-исследовательском образовательном центре «Везерфорд-Политехник» с различными запросами по вопросам возможности протекания коррозии, подбора материалов, причинам разрушений. Имея большую теоретическую базу и практический опыт в изучении коррозионных процессов, специалисты СПбПУ разъясняют заказчикам, как могут развиваться коррозионные процессы, к чему они могут привести в конкретном случае, а также помогают составить программу испытаний и исследований для того, чтобы убедиться, подходит ли тот или иной материал для конкретных условий эксплуатации.

-- Раньше в Политехе выпускали специалистов по коррозии на базе металлургического факультета. Осуществлялась качественная подготовка инженеров, разбирающихся в коррозионных, коррозионно-эрозионных процессах, возникающих в процессе эксплуатации. А именно эти процессы являются основной причиной выхода из строя оборудования, как следствие, приводящие к авариям, экономическим потерям и экологическим катастрофам, -- делится Алексеева.

Сегодня кафедра коррозии не выпускающая, и в скором времени специалистов станет еще меньше, в то время как спрос на них только растет -- в меняющихся условиях нефтяным компаниям требуются квалифицированные работники в данной сфере.

Екатерина отмечает, что за последние 2-3 года количество запросов на коррозионные исследования значительно выросло. Сейчас со стороны промышленности данному вопросу уделяется большое внимание. Производители, как правило, не хотят просто заменять разрушенное оборудование или трубу, а все же хотят избавиться от подобных проблем в будущем через понимание сути процессов, связанных с коррозией.

Коррозионные испытания

Центр «Везерфорд-Политехник» является центром компетенций политехнического университета по материаловедению в нефтегазовой отрасли. В центре проводятся как стандартные испытания материалов по международным стандартам, так и уникальные исследования, связанные с изучением поведения материала в процессе работы.

Нефтяные компании в исследованиях зачастую хотят максимально приблизиться к условиям эксплуатации для более полного понимания работы материала и, следовательно, для его оценки, сравнения и отбраковки. Так как большинство условий уникальны, стандартных методик не существует, поэтому необходимо разрабатывать новые и создавать стендовое оборудование для воспроизведения разных случаев.

-- В развитых странах давно существует такая практика, и уровень развития лабораторных исследований, моделирующих реальные условия эксплуатации довольно высок. В этом направлении двигается и наша лаборатория, разрабатывая испытательные установки, которые помогают нефтяным компаниям сделать правильный выбор в отношении того или иного материала, -- говорит Екатерина Алексеева.

Так, например, в рамках сотрудничества с Национальным исследовательским технологическим университетом «МИСиС» и ПАО «Северсталь» в рамках проекта по созданию новой марки стали «Северкор» для промысловых трубопроводов в НИОЦ «Везерфорд-Политехник» были разработаны испытательный стенд и методика для оценки коррозионно-эрозионного износа, который является одним из часто возникающих случаев на промысловых трубопроводах.

Самая распространенная проблема -- это так называемая «ручейковая» коррозия -- локальные поражения в нижней трубы, образующиеся по механизму коррозионно-эрозионного износа вследствие воздействия твёрдых частиц в потоке агрессивной жидкости на поверхность металла.

Разработанный в центре стенд позволяет проводить нестандартные испытания для экспресс-оценки металлов и покрытий к коррозионно-эрозионной стойкости в различных средах, с возможностью создания случаев чисто коррозионных потерь или чисто эрозионного износа, а также моделировать коррозионно-эрозионный случай. Использование экспериментальных методов моделирования процессов коррозии поможет разработать подходы для оценки новой коррозионностойкой стали для трубопромысловых условий.

По словам сотрудников центра «Везерфорд-Политехник», этот стенд -- первый шаг к созданию крупной многофункциональной установки. В планах специалистов сделать систему замкнутой, с возможностью испытаний с газонасыщением и в деаэрированных средах.

Данное оборудование абсолютно уникально и уже применялось для испытаний сплавов на предмет коррозии. Все марки стали ведут себя по-разному при различных условиях и имеют стойкость к тем или иным разрушениям. Обобщенный опыт центра «Верефорд-Политехник» по изучению стойкости различных материалов к коррозионному растрескиванию в сероводороде представил инженер проектов центра Никита Шапошников на отраслевой конференции «Промысловые трубопроводы», состоявшейся в Москве 20-22 апреля.

-- Коррозионное растрескивание в сероводороде -- это наиболее опасный вид локального разрушения. Оно происходит при одновременном воздействии механических напряжений и агрессивных сред. Наиболее часто именно по механизму растрескивания происходит разрушение металла оборудования у нефтяников, -- делится Никита Шапошников, -- и мы решили предложить подходы к выбору материала для определенных условий эксплуатации. Для этого было рассмотрено более тридцати марок стали по различным критериям: уровню прочности, легирования и коррозионной стойкости, далее был составлен обзор материалов.

Стоит отметить, что исследования в области коррозии актуальна не только для специалистов, задействованных в нефтяной промышленности. Центр «Везерфорд-Политехник» также решает задачи для различных отраслей, в том числе для ЖКХ, металлургии, судостроения, ЖД и т.д.

Татьяна Иванова

Информационно-аналитический центр

Текст 4

Создана технология получения пористого материала

В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великогозапатентовали новую технологию, позволяющую получать нетонущий материал благодаря уникальной форме алюминиевого сплава.

Эффект пористости достигается при помощи переплавления алюминиевого материала и добавления вспенивающего газа. Преимущество пористого материала по сравнению со сплошным заключается в возможности увеличивать жесткость при использовании в конструкциях, увеличении звуко- и теплоизолирующих свойств.

«При достижении высокой пористости материала плотность его можно снизить до уровня плотности воды и даже ниже. Это означает, что материал не будет тонуть. Использование подобных материалов в судостроении обеспечит непотопляемость даже в случае пробоев в корпусе», - отметил заместитель заведующего Лабораторией легких материалов и конструкций СПбПУ Олег Панченко.

Во многих случаях для эксплуатации конструкций бывает достаточно несущей способности тонких материалов (1 мм и менее). Но материал такой толщины иногда имеет чисто геометрические ограничения (толщина слишком маленькая для манипуляций) или же соединить его без деформации бывает невозможно. В случае пористого материала за счет пор можно увеличить толщину, сохранить вес и увеличить жесткость конструкции.

Похожая технология была применена в Японии, однако ее особенность в том, что на выходе получается пористость по всему материалу. Уникальность же разработки СПбПУ в том, что можно получать как однородный, так и неоднородный по пористости материал: где-то по необходимости пористый, в каких-то местах с утолщениями, а каких-то со сплошной структурой. Это позволит производить двухслойные сэндвичи, у которых пористой будет только одна сторона, или создавать области на материале с повышенной плотностью для механического (болты/ шпильки) или сварного соединения.

Патент на изобретение: №2619422 «Способ получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава». Дата государственной регистрации: 15 мая 2017 г.

Татьяна Иванова

Информационно-аналитический центр

Текст 5

Российские ученые создали непотопляемый алюминий

СПбПУ

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали технологию, позволяющую создавать пористые алюминиевые конструкции. В отличие от похожих разработок, они научились создавать пористость только в необходимых частях конструкции, а плотность такого материала может быть ниже, чем у воды. Кратко об этом сообщает пресс-релиз университета, полное описание доступно в патенте на технологию.

Во многих областях машиностроения используются не монолитные, а композитные конструкции и материалы. К примеру, корпус самолета должен быть прочным, но в то же время защищать салон от шума и охлаждения. Некоторые исследователи пытаются создать технологии, которые позволят объединять в одном материале области с совершенно разными свойствами.

По такому пути решили пойти и исследователи из СПбПУ. Разработанная ими технология устроена следующим образом. Исследователи помещали металлическую пластину под электродуговым аппаратом. Также рядом находилось сопло для подачи газа. Электрическая дуга перемещалась над поверхностью металла и расплавляла его. Параллельно с этим в расплав подавался газ. По мере удаления дуги металл застывал и в нем образовывались поры. Размер и плотность пор можно регулировать за счет изменения характеристик дуги и давления газа.

Пример структуры материала

СПбПУ

Поделиться

В отличие от похожих технологий, которые позволяют создавать пористый металл, ученые научились создавать пористость локально, то есть только в тех частях конструкции, где это требуется. У такого подхода есть множество потенциальных применений. К примеру, таким образом можно создавать тепло- и звукоизолирующие листы металла с порами внутри и сплошным слоем снаружи, который можно прикреплять к другим конструкциям с помощью сварки или болтов.

Поскольку плотность материала можно сделать очень низкой, создатели предложили применять его в судостроении для создания очень легких судов, которые не будут мгновенно тонуть даже в случае пробоя корпуса.

Многие ученые также занимаются созданием новых пористых материалов, зачастую гораздо более необычных. К примеру, в 2015 году исследователи смогли создать пористую жидкость, которая представляет собой раствор «молекул-клеток» в «большом» растворителе. Американские физики собирались создать аэрогель на основе графена с меньшей плотностью, чем у воздуха. Но после тестов на 3D-печатных моделях и компьютерного моделирования они выяснили, что это невозможно.

Текст 6

В СПбПУ создали новую технологию лечения варикозной болезни

Специалисты Центра перспективных исследований Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с индустриальным партнером ООО «Компания Нео» разработали технологию облитерации (устранения пораженного варикозом сосуда из кровообращения) фокусированным ультразвуком высокой интенсивности для лечения варикозной болезни вен нижних конечностей. Экспериментальный макет аппарата был разработан в рамках федеральной целевой программы Минобрнауки России и представлен в начале 2017 года.Специалисты Центра перспективных исследований Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с индустриальным партнером ООО «Компания Нео» разработали технологию облитерации (устранения пораженного варикозом сосуда из кровообращения) фокусированным ультразвуком высокой интенсивности для лечения варикозной болезни вен нижних конечностей. Экспериментальный макет аппарата был разработан в рамках федеральной целевой программы Минобрнауки России и представлен в начале 2017 года.

Метод, разработанный в СПбПУ, заключается в том, что нижняя конечность пациента помещается в емкость с жидкостью, проводящей ультразвук. Врач обозначает (маркирует) участки на экране прибора, которые необходимо подвергнуть облучению. Программа определяет необходимое количество областей (спотов), при необходимости придавливает облучаемый участок сосуда для остановки кровотока (для чего применяется механическая придавливающая деталь типа компрессионной манжеты), и прибор начинает процедуру облучения под контролем врача.

Преимущество данной методики заключается в том, что оно проводится без повреждения кожных покровов, а, следовательно, может выполняться не в условиях операционной. Более того, это первая методика, совмещающая в себе как диагностику, так и лечение: ультразвук диагностирует заболевания, а также воздействует на кровеносные сосуды с целью их облитерации.

Разработанный подход выгодно отличается от общепринятых методов лечения варикозной болезни нижних конечностей - хирургического, с применением лазера, который чреват осложнениями, и лечения под контролем МРТ, что сильно удорожает процедуру, делая ее менее доступной.

«На данный момент собран лабораторный стенд, на котором был проведен ряд опытов, доказавших действенность разработанной технологии», - говорит заведующий лабораторией «Медицинская ультразвуковая аппаратура» Александр Беркович. Результаты исследования будут опубликованы в журнале «Патологическая физиология и экспериментальная терапия».

В планах исследователей - создание автоматизированного диагностического ультразвукового аппарата. Предполагается, что он будет состоять из двух или нескольких диагностических модулей, действующих одновременно и создающих единую картину венозной сети нижней конечности, что значительно ускорит процедуру.

Размещено на Allbest.ru