Инженер-конструктор – об авторских методиках, которые обеспечивают стабильную работу ЖКХ и крупнейшего в мире флота ледоколов.
Российская энергетика переживает непростые времена, среди причин которых – трудности ввоза в Россию оборудования и технологий. Энергетическое благополучие страны сейчас зависит от переориентации на отечественные разработки, а ее успех напрямую связан с научными исследованиями. Технологические инновации, цель которых – создание нового высокоэффективного оборудования и модернизация существующих мощностей, – залог энергетической независимости России, считает инженер Артём Зверев. Специалист в области теплоэнергетики, ученый, изобретатель, он разрабатывает авторские методики, которые помогают осуществлять проекты для электростанций, ледоколов, мусоросжигательных заводов. В интервью Артём Зверев рассказал о том, что дает модернизация, почему инженеру необходимо владеть новейшими технологиями и как работают паротурбинные установки самых крупных в мире ледоколов.
* Артём Зверев – специалист в области теплоэнергетики, электростанций, паротурбинных установок. Инженер-конструктор Уральского турбинного завода. Научный сотрудник лаборатории теплообменных аппаратов Уральского энергетического института. Инженер кафедры «Турбины и двигатели» Уральского федерального университета, где, помимо научной деятельности, преподает студентам компьютерное моделирование. Автор нескольких методик, помогающих повысить надежность и тепловую эффективность оборудования. Участник и победитель российских и международных научных конференций и конкурсов, автор статей в отраслевых журналах. Член Общества инженеров-нефтяников (Society of Petroleum Engineers).
Артём, моральный и физический износ фондов называют одной из главных проблем теплоэнергетики в России. Как специалист по теплообменным аппаратам вы решаете именно эту проблему – занимаетесь модернизацией оборудования, на вашем счету более десяти проектов на электростанциях в самых разных регионах страны. Насколько возможно повысить эффективность уже не нового оборудования?
Как правило, мы берем в проект аппараты, которые в процессе эксплуатации уже утратили более 40% тепловой эффективности по сравнению со своим изначальным состоянием. После модернизации аппарат не просто становится столь же эффективным, как когда был новым, но и получает прирост порядка 3% из-за использования профилированных теплообменных трубок. Благодаря нашему вмешательству срок службы такого аппарата увеличивается на 10 лет по сравнению со стандартным сроком. Так мы решаем свою ключевую задачу – чтобы оборудование оставалось надежным на протяжении долгих лет. Электростанции, на которых мы провели проекты модернизации, расположены по всей стране: в Татарстане, Свердловской, Саратовской, Московской областях, Башкортостане, Краснодарском крае, на Сахалине, в ЯНАО и Приморье. Все это крупные и значимые объекты, ведь электростанции играют важную роль в обеспечении электро- и теплоснабжением городов и регионов.
В проектах по модернизации теплообменных аппаратов на тепловых электростанциях используется ваш авторский метод профилирования труб в трубных пучках, который помогает повысить надежность и тепловую эффективность оборудования. Расскажите, что он собой представляет.
Стандартные трубные пучки аппаратов – эта система предназначена для охлаждения, нагрева, конденсации жидких и газообразных веществ, – изготовлены из латуни и со временем изнашиваются и выходят из строя. Мы предложили изготавливать их из нержавеющей стали, что в разы повышает их прочность. Но сталь имеет более низкую теплопроводность, что снижает эффективность теплообмена. Для повышения эффективности я предложил метод профилирования трубок. В лаборатории теплообменных аппаратов Уральского федерального университета, с которым я сотрудничаю, мы разработали специальный станок для изменения профильного сечения трубы. Самой оптимальной формой, по моим расчетам, оказалась витая накатка трубы. Тем самым увеличивается площадь теплообмена и, как следствие, эффективность всего аппарата, которому мы также придаем большую прочность. Благодаря моему методу уже модернизировано огромное количество разных аппаратов на тепловых электростанциях: сетевые подогреватели, маслоохладители, сальниковые подогреватели и другие.
Вы также создали и внедрили авторский метод «3D-проектирования, создания моделей и расчет их на прочность без реальных опытов», который используется для ежегодной модернизации примерно 50 аппаратов, причем не только в России, но и в зарубежных странах. Как он работает?
Трехмерное проектирование позволяет значительно упростить работу современного машиностроительного производства: так детали создаются быстрее, а самое главное, есть возможность оперативно менять параметры и просчитывать модель на прочность. Но не каждый инженер владеет программными комплексами, а тем более умеет создавать сложные сборки из множества деталей, – это трудоемкий процесс, требующий усидчивости и конструкторской находчивости. Например, я разработал модель теплообменного аппарата, которая позволяет получить целое семейство таких аппаратов с разными параметрами. Меняем в программе исходные данные: температуру теплоносителей, их давление, состав и так далее, а компьютер сам пересчитывает и строит похожий аппарат, но других параметров и размеров. Это значительно экономит время конструктору, который в противном случае должен был бы с нуля начинать строить модель вручную, как многие все еще делают. Такие теплообменные аппараты очень популярны среди заказчиков, причем все больше клиентов приходит из зарубежья: Монголии, Ирана, Беларуси, Казахстана.
Наверное, один из самых необычных проектов, которыми вы занимались как инженер, – разработка и создание паротурбинных установок для флота самых больших ледоколов в мире. Вы проектировали для них масляные и водяные насосы, трубопроводы, арматуру, датчики. Что это за ледоколы?
Это атомные ледоколы проекта 22220 типа «Арктика» – серия российских универсальных двухосадочных атомных ледоколов мощностью 60 МВт с ядерной силовой установкой. Их главные задачи – обслуживание Северного морского пути и проведение экспедиций в Арктику. На Балтийском заводе уже построено три таких ледокола: «Сибирь», «Урал» и «Арктика» – головное судно и самый большой ледокол в мире. Еще три на стадии строительства.
В чем заключается специфика паротурбинных установок для ледоколов?
Ключевые особенности – это компактность и маневренность, а также высокие прочностные характеристики. Турбина ледокола способна набирать максимальную мощность и сбрасывать ее до нуля более 60 раз в час, при этом работает без вибраций на любых режимах. Она также способна выдержать перегрузки до 6G. А межремонтный период агрегата составляет 20 лет – это в четыре раза больше, чем у аналогов, применяемых в традиционной энергетике. Все это благодаря новым инженерным решениям и сплавам, компьютерному моделированию и высокоточным расчетам. Моя работа, как вы верно заметили, заключалась в проектировании обвязки всего агрегата различными сопутствующими компонентами: это масляные и водяные насосы, трубопроводы, арматура, датчики. Для всего этого необходимо было подобрать свое место, сохранив компактность агрегата и удобство обслуживания, а также просчитать на прочность крепления.
Ваши разработки принесли вам награды нескольких российских и международных конкурсов и научных конференций. Расскажите, какой проект обеспечил вам победу во “Всероссийском инженерном конкурсе 2022” – ежегодном интеллектуальном соревновании, организатором которого выступает Министерство науки и высшего образования Российской Федерации.
Моя работа была посвящена модернизации теплообменных аппаратов с использованием профилирования теплообменных трубок, а конкретно сальникового подогревателя ПС-115 для турбины К-300-240. Я представил основные проблемы существующих подогревателей такого типа, наш способ модернизации и его преимущества, а также успешные результаты применения данного аппарата после модернизации.
Вы член глобальной организации Общество инженеров-нефтяников, объединяющей специалистов нефтяной и газовой промышленности. Что привело вас в эту новую для вас сферу?
Я получил приглашение в ассоциацию от одного из ее участников, с которым познакомился на научной конференции: для вступления требуется ведение активной научной деятельности. Для меня это очень важно, поскольку я хочу развивать в своих исследованиях нефтегазовое направление. Мероприятия и контакты в нефтегазовой отрасли помогают мне повысить квалификацию в этой сфере.
Чем вы занимаетесь прямо сейчас?
Работаю над проектированием двух модернизированных подогревателей сетевой воды для Владивостокской ТЭЦ-2 – это крупнейшая электростанция Владивостока. Продолжаю заниматься научными исследованиями в поисках новых высокоэффективных способов модернизации существующего энергетического оборудования и агрегатов с использованием компьютерных технологий. А еще преподаю в Уральском федеральном университете. Работаю со студентами как со своими коллегами, общаясь на равных и пытаясь преподнести информацию максимально простым языком и с реальными примерами из собственной жизни и работы. Это несложно, учитывая то, с какими важными проектами в области машиностроения мне ежедневно приходится работать.