Jak STC funguje?

Výzkumné a vývojové centrum Pipe Metallurgical Company ve Skolkovu nahradilo americká a skotská testovací místa

R&D centra (Research & Development), vytvořená high-tech ruskými společnostmi, nejen pomáhají podnikům optimalizovat výrobní procesy, ale také se stávají místem koncentrace inovativního vědeckého myšlení. Vynikajícím příkladem je Vědeckotechnické centrum (STC) ve Skolkovu, které otevřely Pipe Metallurgical Company (TMK) a Sinara Group.

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Na trubky lze působit tlaky až 2 tisíce bar, axiální zatížení až 3 tisíce tun a vzorky lze zahřát na 350 °C

Foto: S laskavým svolením TMK

V nedávno otevřeném Vědeckotechnickém centru Pipe Metalurgical Company v Inovačním centru Skolkovo byl úspěšně uveden do provozu komplex výzkumných zařízení, které se stanou základem pro vývoj high-tech produktů TMK. Investice do vědeckých a technických činností jsou z velké části dány potřebami tuzemského palivového a energetického komplexu, který klade zvýšené nároky na výkonnostní charakteristiky ocelových trubek.

Vznik Vědeckotechnického centra umožnil soustředit vědecký potenciál společnosti a realizovat celou škálu výzkumných a vývojových prací na jednom místě. Zde se studují mikrostrukturní a fázové stavy materiálů, což umožňuje hodnotit vlastnosti výrobků, analyzovat je a optimalizovat výrobní technologie. Samostatnou výhodou STC TMK je jeho unikátní testovací zařízení, které je schopno reprodukovat zatížení na závitových spojích ocelových trubek na ropu a plyn (OCTG), které jsou zcela identické se zatíženími aplikovanými na potrubí během procesu výroby uhlovodíků. .

Nepochybnou prioritou STC a TMK jako celku je digitální transformace: vytváření digitálních dvojčat potrubí a matematických modelů výrobních procesů pomáhá výrazně zvýšit ekonomickou efektivitu vývoje a výroby produktů. Vznik kompetenčního centra pro digitální technologie také umožňuje, aby se vědeckotechnické centrum stalo základem pro výrobu produktů, které jsou lepší než konkurence na domácím i zahraničním trhu.

První v zemi

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Laboratorní a výzkumný komplex je určen pro 400 zaměstnanců, vědců a inženýrů

Foto: S laskavým svolením TMK

Na světě není více než deset center pro výzkum trubek této úrovně. Na stanovení výkonnostních charakteristik high-tech produktů pro palivový a energetický sektor TMK dlouhodobě spolupracuje s výzkumnými centry v USA a Velké Británii. V těchto střediscích společnost obdržela certifikáty potvrzující schopnost potrubních spojů zachovat těsnost a celistvost pod vlivem dané úrovně zatížení.

Zahraniční výzkum však vyžaduje složitou logistiku – to s sebou nese vážnou časovou ztrátu, která výrazně snižuje konkurenční potenciál nových produktů. Po oficiálním otevření Vědeckotechnického centra TMK ve Skolkově byly všechny typy výzkumu závitových spojů OCTG trub převedeny ze zahraničních pracovišť do tuzemských.

Na konci roku 2020 proběhla v STC závěrečná série prvních komplexních bench studií. Celkově trvaly několik měsíců a příprava na ně trvala více než rok. Tyto testy byly navrženy tak, aby potvrdily nejvyšší výkonnostní vlastnosti rychlomontážního závitového spoje potřebného pro výrobu těžko obnovitelných zásob – těžkého, vysoce viskózního oleje.

Instalace kombinovaného zatížení umožňuje reprodukovat zatížení vyskytující se v reálných podmínkách za účelem vyhodnocení v laboratorních podmínkách provozních vlastností tělesa trubky a závitového spoje a určení vhodnosti technického řešení pro použití při zvýšených teplotách, jakož i předcházet možným rizikům spojeným s mimořádnými situacemi.

Základem zkušebního programu byla metodika stanovená v mezinárodním regulačním dokumentu ISO/PAS 12835:2013(E) „Certifikace spojení pažnic pro studny stimulované tepelnými metodami“. Hlavním prvkem zkušebního programu byla tepelná cyklická expozice vzorku se současnou aplikací vnitřního tlaku. Vědeckotechnické centrum tak simuluje zatížení, kterým jsou vystaveny závitové spoje pažnicových trubek v mezilehlých a produkčních pažnicových řetězcích vrtů stimulovaných tepelnými metodami. Při tomto způsobu extrakce pomocí parogravitační drenáže se teploty pohybují od 180°C do 350°C.

V laboratorních podmínkách Vědeckotechnického centra TMK probíhal celý cyklus studií závitových spojů:

• izotermická expozice vzorku při teplotě 290 °C po dobu 120 hodin; tato teplota napomáhá ke změně konzistence závitové směsi ve spoji a ke snížení napětí v materiálu trubky;
• tepelné cyklické zatížení při teplotách od 40°C do 290°C a vnitřním tlaku nad 70 barů;
• dodatečné axiální tlakové zatížení jako důsledek tepelné roztažnosti tělesa trubky během tuhé fixace vzorku ve zkušební instalaci.

Výzkum potvrdil těsnost závitového spoje ve všech fázích testování, což nám umožnilo dojít k závěru, že spoj je vhodný pro takto obtížné provozní podmínky.

Inovativní produkty – koncepce a realizace

Společnost Pipe Metallurgical Company plánuje v průběhu roku 2021 doplnit Vědeckotechnické centrum o technologickou linku a vytvořit tak jeden unikátní experimentální komplex, jehož účelem je vyrábět trubky s prémiovými závitovými spoji a také provádět výzkum závitových spojů s cílem určit jejich výkonnostní charakteristiky.

Centrum bude vybaveno sadou pomocných zařízení, která umožní testování technologie výroby nových typů závitových spojů a výrobu vzorků pro plnohodnotné testování s přesností přesnosti.

Ve Vědeckotechnickém centru vznikne také prostor pro šroubování trubek. Pro simulaci procesu montáže závitových spojů ve svislé poloze budou použity hydraulické hasáky s vysokým kroutícím momentem – to umožní znovu vytvořit sestavu olejových a plynových potrubí v laboratorních podmínkách. Toto zařízení rovněž umožní opakovaným šroubováním a vyšroubováním potrubních spojů zjistit životnost závitových spojů ještě dříve, než se na povrchu závitových prvků objeví vady. Realizace plánu na vybavení Vědeckotechnického centra by měla výrazně snížit náklady na výrobu prototypů a výrazně urychlit výzkumný proces.

Cesta k dokonalosti prostřednictvím kovové mikrostruktury

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Hlavním kritériem je úplná těsnost potrubního spojení

Foto: S laskavým svolením TMK

Vývoj zásob nekonvenčních uhlovodíků na šelfu představuje pro STC TMK vážné výzvy při vytváření ocelových výrobků se zvýšenými požadavky na samotné materiály, povlaky, výkonnostní charakteristiky a výrobní technologie. V tomto ohledu STC vyvíjí nové materiály se zvýšenou pevností a spolehlivostí s jedinečným souborem vlastností.

Pro tento účel jsou v centru vytvořeny laboratoře, ve kterých se pomocí speciálního vybavení připravují výzkumné objekty a studuje se strukturní stav materiálů. Po pečlivé přípravě jsou kovové vzorky podrobeny podrobnému zkoumání na optických mikroskopech s až 1000násobným zvětšením za účelem posouzení disperze struktury, určení velikosti strukturních složek a odhalení nedokonalostí: mikropóry, praskliny, kovové inkluze.

Zvláštní pozornost je věnována studiu tvrdosti materiálů před plnohodnotným testováním. Jemné studie ke studiu strukturního stavu materiálů se provádějí pomocí speciálních mikroskopických metod při několikasettisícovém zvětšení pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu. To umožňuje detailně zjistit chemické složení materiálu a nekovových vměstků, které z velké části působí jako koncentrátory napětí a způsobují vznik mikrotrhlin, které se stávají zdrojem následné destrukce materiálu.

Laboratoř STC je dále vybavena transmisním elektronovým mikroskopem, který dokáže posoudit stav jednotlivých komponent mikrostruktury. Zařízení pracuje se vzorky, které jsou tenké „fólie“ o tloušťce asi 100 nanometrů. To je nezbytné, aby elektronový paprsek mohl proniknout do vzorku a v důsledku toho získat obraz jednotlivých strukturních prvků. Všechna data získaná při studiu materiálů ve Vědeckotechnickém centru mají pomoci optimalizovat výrobu oceli a upravit technologii zpracování trubek za účelem zlepšení kvality výrobků.

Nejdůležitější vlastností trubkové oceli je schopnost materiálu odolávat určitým vnějším vlivům. Pro stanovení mechanických vlastností a životnosti trubek provozuje Vědeckotechnické centrum sadu zařízení, která umožňuje posoudit schopnost materiálů odolávat destrukci při záporných, pokojových a zvýšených teplotách. Hlavní mechanické vlastnosti materiálu se zjišťují pomocí speciálních tahových zkušebních strojů – na základě výsledků těchto zkoušek je možné určit budoucí provozní podmínky trubek vyrobených z konkrétní oceli.

Pro materiál je také důležitá rázová houževnatost – tato charakteristika určuje tendenci materiálu ke křehkému lomu. V laboratoři STC se ke studiu viskozity materiálu používá kyvadlový beranidlo, s jehož pomocí se určuje destrukční energie výzkumného vzorku za účelem stanovení provozních podmínek materiálu.

Personál pro hutnictví budoucnosti

V budově STC se nachází také sídlo podnikové univerzity TMK2U, která zahájila svou činnost v listopadu 2017. TMK2U je výkonný nástroj pro vytváření a rozvoj personální rezervy, výměnu osvědčených postupů (zejména s mnoha zahraničními výzkumnými centry) a předávání znalostí přímo specialistům pracujícím ve výrobě. Vzhledem k tomu, že podniková univerzita byla od samého počátku své činnosti navržena pro online výuku, pandemie COVID-19 nijak neovlivnila její efektivitu a nezpůsobila jí žádné velké potíže. K dnešnímu dni TMK2U nabízí více než 100 elektronických kurzů, které již proškolily více než 100 tisíc lidí. Pomocí elektronické vzdělávací platformy SOTA2U se na univerzitě zlepšují nejen manažeři, inženýři a technologové, ale také zástupci dělnických profesí.

TMK se aktivně podílí na státním programu „2021: Rok vědy a techniky“, jehož cílem je popularizovat úspěchy tuzemské vědy a techniky a vědeckotechnických aktivit. Členem koordinační rady programu byl zvolen Dmitrij Pumpjanskij, předseda představenstva TMK a prezident skupiny Sinara. TMK, říká Pumpjanskij, připravuje speciální vzdělávací akce pro mladé obyvatele Skolkova (studenti středních škol, studenti Skoltech): exkurze, dny otevřených dveří atd. Kromě toho, pokračuje, společnost již řadu let úzce spolupracuje s Uralskou federální univerzitou při pořádání olympiády „Jsem profesionál“ v oborech vědy o kovech a stavebnictví. „Jako vystudovaný metalurg mě nesmírně potěšilo, když jsem zjistil, jak je tato specialita mezi studenty oblíbená,“ říká Pumpyansky „A my se jim snažíme pomoci podívat se na svou budoucnost novým způsobem a využít příležitosti vybrat si cestu vědecký výzkum pro sebe“.

Kromě nezávislého vývoje technologií a interakce s výzkumnými centry přitahuje TMK inovace prostřednictvím účasti v akceleračních programech. V březnu se tak společnost stala partnerem programu Moskevské inovační agentury „Moskva Accelerator“. V rámci nového programu akceleračního programu PipeIndustryTech vybere TMK high-tech projekty pro implementaci ve svých podnicích v oblastech, jako jsou nové technologie a řešení pro potrubní průmysl, digitalizace průmyslu, včetně zavádění digitálních dvojčat a organizace „inteligentní výroby“ a také ekologie.

• Časopis “Kommersant Science” č. 9 ze dne 14.04.2021. října 22, strana XNUMX