Неделя с ТМК. Выпуск №45 (143)
0:00
/
Пять лет назад ТМК открыла в Москве собственный Научно-технический центр (НТЦ). Новое учреждение сразу же стало флагманом корпоративной научной практики, эффективно решая полный цикл задач по разработке, цифровому моделированию и проведению сложных испытаний инновационных материалов, конструкций и технологий. О пути, который прошел НТЦ ТМК за этот срок, о наиболее значимых его достижениях и перспективах – читайте в нашем материале.
Собственный крупный научный центр появился в ТМК еще в 2007 году – именно тогда в состав компании вошел РусНИТИ, Русский (ранее – Российский) научно-исследовательский институт трубной промышленности, основанный в 1958 году как Уральский научно-исследовательский трубный институт (УралНИТИ) и ставший еще в советские времена главным разработчиком технологий в отрасли. Соглашение о стратегическом партнерстве с ним ТМК подписала вскоре после своего создания, в 2003 году, а уже в составе компании на базе института были созданы единая система управления инновациями и корпоративный научно-технический блок, занимавшийся разработкой и внедрением новых продуктов и технологий, а также научным и экономическим анализом в отрасли.
В 2013 году руководством ТМК было принято важнейшее стратегическое решение: дополнить исследовательскую базу РусНИТИ в Челябинске новым, современным Научно-техническим центром в Москве. НТЦ начал работу в 2019 году, и в результате не только ТМК, но и вся страна получила уникальный исследовательский комплекс, позволяющий проводить полный цикл работы с трубной продукцией в соответствии с современными международными стандартами.
От разработки до сертификационных и квалификационных испытаний – спектр работы обширен. Стендовое оборудование позволяет воспроизводить реальные условия эксплуатации трубной продукции с резьбовыми соединениями. Так, один из стендов предназначен для испытания труб диаметром до 762 мм на растяжение и сжатие с усилием 3000 тонн, другой обеспечивает усилие 1800 тонн для труб диаметром до 406 мм, при этом образцы могут находиться под давлением порядка 2000 атмосфер при температуре до 450°C! Есть и возможность испытать трубы под воздействием высоких осевых и изгибных нагрузок.
В лабораториях НТЦ проводятся исследования химических и физических свойств металлов, анализ их структуры: фактически здесь может быть решена почти любая задача, возникающая при разработке новой продукции ТМК. И не только продукции: НТЦ занимается поиском цифровых решений для управления производством, экономической аналитикой, предложениями по коммерческому продвижению изделий компании – здесь учитывают и новые технологические вызовы, и запросы от наших потребителей, в том числе и те запросы, которые еще только могут возникнуть в ближайшем будущем.
Специалистами центра ведутся инновационные разработки по самым перспективным для отрасли направлениям. Часть из них уже внедряется на предприятиях ТМК, часть прорабатывается и тестируется. Сейчас можно выделить четыре наиболее важные области исследований: создание и интеграция цифровых решений, разработка самоходных комплексов и технологии лазерной, гибридной лазерно-дуговой сварки, разработка продуктов для транспортировки и хранения водорода, а также решений по энергоэффективным способам добычи ТРИЗ.
Сегодня в здании центра на площади 16 тысяч квадратных метров функционируют четыре исследовательские лаборатории для изучения физико-химических свойств металла, анализа его состояния и структуры. В центре также расположены лаборатория механических испытаний образцов металла и единственные в России стенды для проведения комплексных испытаний новой продукции – высоконадежных соединений труб для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти и газа.
На этих площадках можно испытывать полноразмерные образцы труб, изготавливать опытные образцы, проверять готовность продукции к сертификационным испытаниям.
Всеобщая цифровизация в ТМК началась еще в 2006 году – именно тогда компания начала использовать собственную корпоративную информационную систему на базе SAP ERP. А в 2019 году был создан Центр развития цифровых компетенций, работающий в теснейшей связи со всеми остальными научно-конструкторскими подразделениями. Его специалисты активно участвуют в разработке и внедрении новых цифровых инструментов и технологий: цифровые двойники, машинное обучение и компьютерное зрение для оптимизации производственных процессов и повышения качества продукции.
Уже создан цифровой двойник для трубопрокатного агрегата с непрерывным станом на Северском трубном заводе, на очереди – создание двойника для всего производства, в котором искусственный интеллект будет контролировать множество процессов и параметров – от точных геометрических размеров труб в процессе их изготовления до работы склада готовой продукции и отгрузки труб покупателям. Центр разрабатывает аналитические инструменты и методы сбора, анализа и интерпретации данных. Из последних достижений – разработка математического аппарата для моделирования изменения энергосиловых и кинематических параметров процесса прокатки в условиях воздействия различных факторов. В результате создана рекомендательная система для корректировки основных технологических параметров процесса раскатки труб.
При этом для такой цифровой трансформации нужно создавать новые инструменты и их интерфейсы, соединять различные системы в единую среду, обучать сотрудников работе с новейшими технологиями – задач много, но команда успешно отвечает на новые вызовы.
– К моменту открытия Научнотехнического центра ТМК в Москве 23 сентября 2019 года в здании уже была смонтирована первая очередь оборудования, к работе приступили более полутора десятка сотрудников, началось опробование двух дорогостоящих испытательных стендов для резьбовых соединений. Сегодня все площади центра заняты новыми единицами оборудования, функционируют 10 лабораторий, работают центры компетенций, включая центр по цифровым компетенциям, который занимается в том числе изготовлением собственной уникальной техники для внедрения технологии машинного зрения. Пять лет работы НТЦ – это короткий срок, но очень значимый. Самое главное достижение – это становление коллектива, компетентного, работоспособного, поддерживающего друг друга. Мы чувствуем, что наш труд востребован и мы полезны общему делу.
В прошлом году специалисты НТЦ ТМК презентовали технологию гибридной лазернодуговой сварки, не имеющей аналогов в мире. Ее разработку начали на Челябинском трубопрокатном заводе более 20 лет назад, а в прошлом году при помощи данной технологии на этой площадке изготовили сварные трубы класса К70 диаметром 1420 мм, предназначенные для магистральных газопроводов.
Главная особенность лазерной гибридной сварки – узконаправленное воздействие на свариваемые кромки. Воздействие на металл идет строго по шву, он получается глубоким и узким, в результате зона термического воздействия на металл сокращается в 2–3 раза по сравнению с традиционной дуговой сваркой. Снижаются сварочные напряжения и деформации, сохраняется высокая вязкость и пластичность стали вдоль шва, при этом прочность шва почти равна прочности основного металла, а это уменьшает и вероятность аварий на трубопроводах.
Сегодня НТЦ разрабатывает не только стационарные, но и мобильные комплексы для гибридной сварки для их соединения на магистральных трубопроводах. Преимущества те же – высокая прочность и минимальные деформации. К ним можно добавить высокую скорость сварки, возможность ее проведения в труднодоступных местах, простоту и точность сварки труб разного диаметра. На данный момент уже подана заявка на аттестацию технологии сварки, включая испытания в полевых условиях.
Мировая энергетика в последние годы движется к отказу от углеводородных энергоносителей. Одно из направлений такого движения – применение электродвигателей, второе – замена метана или пропана на водородное топливо. Водородная энергетика представляется очень удобной с экологической точки зрения, но для ее развития требуются особые технические решения. И прежде всего – создание специальных трубопроводов и баллонов, способных выдерживать длительный контакт с водородом в широком диапазоне температур и давлений.
Водородное топливо – это высокие давления и сверхнизкие температуры в сочетании с высокой химической активностью: атомы водорода легко поглощаются металлическими изделиями, и при этом сам металл становится намного более хрупким, теряет прочность и пластичность.
А при разгерметизации образуется крайне взрывоопасный гремучий газ. Так что надежность и прочность для материалов баллонов, в которых будет храниться водород, или трубопроводов, по которым он будет перекачиваться, стоят на первом месте. В НТЦ ТМК создано специальное подразделение, которое исследует поведение различных материалов при взаимодействии с водородом в разных условиях. И первый, очень важный результат уже достигнут: для транспортировки газообразного водорода разработана специализированная линейка продукции, получившая название Sputnik H. Кроме того, компания участвует в создании российских государственных стандартов для водородного топлива, охватывающих стальные бесшовные и стальные сварные трубы, а также стальные баллоны для транспортировки и хранения водорода.
Даже если водородная энергетика окончательно победит углеродную, добыча нефти все равно будет продолжаться, ведь это не только горючее, но и ценнейшее химическое сырье. Однако многие доступные месторождения уже исчерпаны, и вплотную встает вопрос об энергоэффективных и экономически выгодных способах добычи трудноизвлекаемых запасов (ТРИЗ) нефти. Одно из перспективных направлений – высокотемпературное термохимическое воздействие на нефтяной пласт: в него закачивается вода со сверхкритическими параметрами – под давлением 400 атмосфер при температуре до 450 °C. В настоящий момент на рынке нет оборудования для реализации данной технологии при температурах свыше 350 °C.
Решением этой задачи занимается команда НТЦ – специалисты разрабатывают комплекс скважинного оборудования для термохимического воздействия на нефтематеринские породы. Первые элементы комплекса уже прошли испытания на стендах в НТЦ. На будущий, 2025 год намечено создание образцов для опытно-промысловых испытаний на реальных скважинах. Если испытания пройдут успешно и будет доказана эффективность этой технологии при добыче ТРИЗ, ТМК займет новую нишу на рынке.
