Опубликовано в журнале Химическая техника №11/2016
Комплекс по сжижению гелия, добываемого из природного газа и гелиевые ожижители для реализации международного проекта в области ядерных исследований, ожижители природного газа и водорода, криогенные установки разделения воздуха, турбодетандерные агрегаты и воздушно-холодильные машины, половолоконные газоразделительные мембраны и модули на их основе, системы взрывозащиты топливных баков летательных аппаратов, трубчатые витые теплообменники, блоки очистки и осушки газов, емкостное оборудование для хранения и транспортирования жидких гелия, азота, кислорода, водорода, природного газа, газификаторы для газификации и хранения сжиженных газов, топливные системы для автотракторной техники на СПГ. Все это далеко не полный список направлений работ ОАО «НПО «ГЕЛИЙМАШ». В этом году ведущему предприятию криогенного машиностроения страны исполнилось 85 лет. Об истории его создания, наиболее перспективных разработках и о планах на будущее нам рассказал генеральный директор объединения Вадим Николаевич Удут.
Вадим Николаевич, какие задачи были поставлены при создании предприятия в 1931 г.?
Страна переживала годы индустриализации. К началу тридцатых стало очевидно, что грядет большой передел в Европе и нужно готовиться к тому, что, возможно, будет война. Строился ДнепроГЭС, большие металлургические комбинаты. В 1931 г. нарком тяжелого машиностроения Серго Орджоникидзе подписал Постановление Высшего Совета народного хозяйства СССР о вводе в строй Первого московского автогенного завода. Это наш прародитель, на территории которого мы и находимся сейчас.
Первая продукция нашего предприятия – оборудование для газовой сварки и резки металла. На нашем заводе отрабатывались технологии, которые потом тиражировались другими предприятиями в Воронеже, Омске, Екатеринбурге.
С началом химизации страны перед заводом была поставлена задача создания установок для производства азота и кислорода. В это время инженерный корпус возглавил всемирно известный ученый П.Л. Капица. Он к тому времени вернулся из Англии, где работал в Кембридже, в лабо-ратории Резерфорда. На родине советский физик стал заниматься прикладными задачами. Одна из них – разработка воздухоразделительных установок для производства азота и кислорода. В начале 1940-х гг. Петр Леонидович создал свой знаменитый турбодетандер – основу воздухоразделительных установок (ВРУ).
Машина была настолько эффективной, что сделала целую революцию в криогенной технике. Сейчас подавляющее большинство ВРУ всего мира работают по циклу Капицы.
В 1945 г. П.Л. Капица убедил руководство страны в необходимости создания Всесоюзного научно-исследовательского института кислородного машиностроения (ВНИИКИМАШ), который стал основным институтом по разработке процессов разделения воздуха и производству крупнотоннажных ВРУ. В те времена было мало сведений о поведении жидких азота и кислорода.
Не были известны и свойства материалов, которые необходимо использовать при низких температурах. В состав НИИ входили научно-исследовательские лаборатории, результаты исследований которых легли в основу ряда новых криогенных технологий. В 1978 г. за фундаментальные исследования в области физики низких температур П.Л. Капица получил Нобелевскую премию. ВНИИКИМАШ был переименован в Институт гелиевой техники. Мы стали заниматься более сложными задачами, связанными с проведением исследований и созданием оборудования, работающего при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. Основной упор был сделан на производство жидкого гелия и жидкого водорода для военного и гражданского применения.
В конце 30-х гг. прошлого века наступила эра авиационных полетов на больших высотах. В институт обратилось руководство военно-воздушных сил с просьбой разработать мобильные установки заправки самолетов кислородом, необходимым для дыхания пилотов на больших высотах.
В наши дни вы по-прежнему занимаетесь разработками для военной индустрии?
Да, традиции работы с Министерством обороны продолжаются. Большой объем работ связан с военновоздушными силами. Это касается вопросов заправки самолетов техническими газами. На авиационных базах, в том числе и в Сирии, для таких заправок используется наше оборудование – транспортабельные кислородоазотодобывающие станции ТКДС-100В. Азот широко применяется в пневмосистемах летательных аппаратов.
Кислород необходим для дыхания экипажа при полете на больших высотах, а также для подпитки двигателей.
Сейчас на нашем предприятии ведутся опытно-конструкторские работы по созданию систем взрывозащиты топливных баков новых образцов авиационной техники – таких как истребители пятого поколения Т-50 и самолеты военно-транспортной авиации Ил-112В.
Эти системы позволяют получать азот непосредственно на борту летательных аппаратов, используя технологии разделения воздуха на половолоконных полимерных мембранах. При этом мы не только выпускаем половолоконные мембраны, но и собираем готовые воздухоразделительные аппараты – мембранные модули. Эти работы мы ведем уже в течение 5 лет. Благодаря нашим разработкам удалось существенно снизить массу системы взрывозащиты топливных баков и, соответственно, взлетную массу летательных аппаратов. Данные системы также позволяют увеличить продолжительность полета при выполнении дозаправки самолетов топливом в воздухе. Эта новая технология уникальна – ей нет аналогов на территории всего бывшего СССР.
Надо полагать, контроль со стороны заказчика за производством продукции ведется постоянно?
Разумеется. На нашем предприятии с 1938 г. работает военное представительство Министерства обороны.
Оно на месте осуществляет полный контроль за изготовлением оборудования и разработкой конструкторской документации в интересах Министерства обороны.
Так, сейчас мы занимаемся созданием мобильных азотокислорододобывающих станций СТАД-100, смонтированный на автомобильных шасси КАМАЗ для обслуживания военно-воздушных сил и ракетных войск стратегического назначения.
Сколько человек работает в «ГЕЛИИЙМАШе» сегодня? Кому в основном принадлежат ваши идеи – людям старой, советской закалки или молодое поколение им ни в чем не уступает?
В объединении трудятся около 500 человек высококвалифицированных специалистов. Это и конструкторы, и технологи, и испытатели. Мы стараемся идти в ногу со временем. Сотрудничаем с ведущими вузами Москвы и страны. Студенты-третьекурсники приезжают к нам на стажировку, а потом проходят преддипломную практику. Мы присматриваемся к ним и некоторых приглашаем к себе на работу. Должен сказать, что многие ключевые специалисты нашего предприятия имеют возраст 30–40 лет.
Чем сегодня занимается ваше объединение?
В начале 90-х гг. прошлого века мы полностью пересмотрели выпускаемую с советских времен номенклатуру изделий. Были внедрены новые технологии. Мы начали производить новое для нас оборудование: адсорбционные и мембранные установки разделения воздуха, адсорбционные установки очистки газов, ожижители природного газа, контейнеры-цистерны для транспортировки жидкого гелия и водорода, ожижители гелия большой производительности и многое другое. Сегодня у нас многопрофильное предприятие. Мы используем как технологии двойного назначения, так и те, которые носят исключительно мирный характер, например, связанные с извлечением гелия из природного газа, его очисткой и ожижением. В 1972 г. благодаря этому уникальному химическому элементу предприятие получило свое нынешнее называние «ГЕЛИЙМАШ».
В связи с начавшимся использованием явления сверхпроводимости в электротехнических устройствах резко возрос интерес к производству и эффективному применению жидкого гелия. Встал вопрос о разработке сложных криогенных систем для охлаждения и криостабилизации СП-проводников.
Нами была разработана и смонтирована система криогенного обеспечения криотурбогенератора КТГ-20, который после всесторонних испытаний был принят Государственной комиссией и введен в систему ЛенЭнерго.
Одна из задач, которую решает ваше предприятие, касается энергосбережения. Какие варианты ее решения вы предлагаете?
Одним из перспективных и приоритетных направлений является разработка и реализация новых энергосберегающих технологий, связанных с использованием перепада давлений природного газа (далее ПГ) в системах газораспределения с целью получения электроэнергии на базе разработанных нами турбодетандеров и турбоэлектрогенераторов.
В настоящее время в ОАО «НПО Гелиймаш» ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке, производству и внедрению современных турбодетандерных агрегатов для получения сжиженного природного газа (СПГ), а также по внедрению энергосберегающих технологий на базе высокоэффективных турбодетандерно-генераторных агрегатов, использующих потенциальную энергию перепада давления природного газа при его расширении в газораспределительных сетях с целью выработки электроэнергии.
Хотелось бы отметить успехи предприятия в области разработки и производства центростремительных турбодентандеров для расширения газов с целью получения холода. Одним из последних объектов, запущенных в работу в 2015 г., стал наш турбодетандер производительностью около 1 млрд. нм3 в год. Он установлен на объекте
НХК «Узбекнефтегаз», на плато Сургиль, и предназначен для выделения ШФЛУ из перерабатываемого природного газа. Именно здесь нами впервые был использован активный магнитный подвес ротора турбодетандера.
Одна из задач, которую мы сейчас решаем, заключается в создании технологии и оборудования для использования давления природного газа магистральных трубопроводов при его редуцировании перед подачей газа на ТЭЦ и на другие коммунальные объекты. Вся территория промышленной части России покрыта магистральными газопроводами, по которым транспортируется природный газ. Давление газа в трубопроводах достаточно высокое (от 35 до 100 атм.), что необходимо для его перекачивания. Перед подачей на ТЭЦ необходимо понизить давление газа до 6…12 атм. Газ приходиться дросселировать, что вызывает его «вредное» охлаждение. Потом газ необходимо подогреть. На это нужна дополнительная энергия. Мы предложили свои решения.
В 2011 г. нами совместно с ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» реализован проект установки ожижения природного газа на газораспределительной станции ГРС-4 в г. Екатеринбурге. На установке газ расширялся в турбодетандере с 35 до 6 атм. За счет образовавшегося при расширении газа холода часть газа ожижалась. Эти разработки оказались более чем кстати, и ими воспользовались на ГРС. Часть природного газа превращали в сжиженный природный газ, который можно транспортировать и применять на удаленных энергетических объектах, а также вывозить для продажи. Наш комплекс производит 3 т СПГ в час. Это яркий пример того, что давление не пропадает, а используется с выгодой.
Останавливаться на достигнутом мы не хотим, и собираемся усовершенствовать эту технологию. Ранее мы использовали схему с детандер-компрессором для получения СПГ. Сейчас будет использоваться детандергенератор. Он даст возможность получить не только сжиженный природный газ, но и электроэнергию. Мы уже апробировали эту технологию вместе с ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и остались довольны результатами.
Где еще используется эта технология?
Мы провели похожую работу для газораспределительной станции в Челябинской области. Производительность установки там в почти 2 раза выше. Рассматривается вопрос о реализации еще 30 проектов в Уральском регионе, где имеет место большое потребление энергии и компримированного природного газа. СПГ – новое чистое топливо, которое может использоваться и в качестве моторного. Дополнительно создается инфраструктура, которая позволит осуществлять дешевые транспортные перевозки. Такая программа уже принята.
По маршруту Набережные Челны – Магнитогорск будут ходить «КАМАЗы» на газовом топливе. Вместо дизельного топлива они будут использовать СПГ, температура кипения которого равна минус 161°С. СПГ в 2–3 раза дешевле бензина и дизельного топлива и также является более экологически чистым топливом.
Одна из проблем, с которой сталкиваются проектные институты и компании – разработчики новых технологий, касается недостатка финансирования. Какой бы замечательной идея не была, для ее реализации нужны инвестиции. Как у вас решается этот вопрос?
В 2008 г. мы долго вели переговоры с ПАО «Газпром» о целесообразности изготовления контейнера-цистерны для перевозки жидкого гелия. Температура кипения жидкого гелия при атмосферном давлении минус 269°С.
У ПАО «Газпром» есть большие планы по переработке природного газа газоконденсатных месторождений (ГКМ) Восточной Сибири, богатых гелием. Транспортировка гелия во всех странах осуществляется преимущественно в жидком виде. Это означает, что потребуются транспортные контейнеры-цистерны для вывоза гелия на международные рынки Европы, Азии, Америки. В 2012 г. такой контейнер-цистерна был создан и прошел все необходимые испытания. На контейнер-цистерну получены все необходимые сертификаты Российского морского регистра судоходства (РМРС). Большую часть денег на эти работы выделил «Газпром». Эффективная система теплоизоляции контейнера-цистерны обеспечивает теплопритоки к сосуду с жидким гелием, не превышающие 6 Вт. Технологиями изготовления таких контейнеров-цистерн обладают только две страны – Россия и США. Головные образцы изделий изготавливаются здесь, в Москве. Здесь же отрабатываются и технологии.
Производственная база у нас достаточно большая и соответствует требованиям времени. За последние 15 лет мы на 70% обновили станочный парк, у нас много четырехи пятикоординатных станков c числовым программным управлением. Каждый год мы занимаемся обновлением своих фондов и программ, на которых работают ученые и конструкторы, осваиваем новые технологические процессы, закупаем новое оборудование.
Что входит в планы вашего объединения на ближайшие годы?
В настоящее время мы ведем крупномасштабную работу по линии корпорации «Роскосмос». Речь идет об использовании жидкого водорода на новых ракетахносителях. Программа по освоению дальнего космоса предполагает вывод массивных объектов на околоземные орбиты, откуда можно будет стартовать дальше.
Сейчас с Байконура на международную космическую станцию мы в основном запускаем объекты массой 2,5…3 т. Для полетов на Луну, Венеру и Марс нужны аппараты массой 30…50 т, для дальнего космоса еще тяжелее. Для этого нужна соответствующая ракета-носитель. Самая перспективная криогенная пара топлива для таких звездолетов – жидкий водород и жидкий кислород.
Производство таких аппаратов серии «Ангара» уже началось. Для этих ракет-носителей, которым нужен жидкий водород в качестве топлива, мы создаем материальную базу. В первую очередь, это ожижители водорода – установки, на которых газообразный газ – водород – превращается в криогенную жидкость температурой минус 253°С.
Описанный выше ожижитель для «Роскосмоса» мы уже начали изготавливать. Его производительность 1,5 т жидкого водорода в час.
Еще один проект – производство контейнеров-цистерн для перевозки жидкого водорода автомобильным, морским и железнодорожным транспортом. В рамках этой программы мы создаем контейнер-цистерну, подобный контейнеру-цистерне для перевозки жидкого гелия.
Но водород – газ специфичный, он взрывоопасный и требует особых мер безопасности. Кроме того, для перевозки водорода железнодорожным транспортом контейнер должен выдерживать динамический удар 4g.
Последние пять лет мы плотно сотрудничаем с Объединенным институтом ядерных исследований в Дубне.
Там сейчас создается большой ускорительный комплекс «Ника». Для этого объекта в июне этого года мы запустили ожижитель гелия производительностью 1100 л/ч.
Сейчас для этой системы мы делаем дополнительные сателлитные охладители жидкого азота. Они вступят в строй в 2017–2019 гг. С помощью ускорителя «Ника» физики Дубны хотят исследовать свойства сверхплотной ядерной материи, существовавшей на начальных стадиях развития Вселенной.
Помните, какую сенсацию в мире вызвал запуск андронного коллайдера в Швейцарии? Первая заправка этой системы, ее захолаживание осуществлялись с использованием жидкого гелия, который был произведен в Оренбурге на установках нашей компании. Из 12 контейнеровцистерн с жидким гелием, заправленных в ускоритель, восемь были доставлены из России.
А есть еще какие-либо более «приземленные» проекты, кроме изучения вопросов зарождения Вселенной и формирования элементов таблицы Менделеева?
Конечно. Одна из важных задач нашей страны – обеспечение продовольственной безопасности. Если говорить о мясе, то тут многое зависит от селекции, размножения животных и их здоровья. Во всем мире применяется технология искусственного осеменения, использующая достаточно дорогое семя животных ценных пород. Для длительного хранения в жидком азоте спермы ценных пород быков и других домашних животных мы производим сосуды Дьюара с очень малыми теплопритоками. Не исключено, что вскоре эти сосуды пригодятся и для хранения стволовых клеток.
Жидкий гелий нужен не только для сверхпроводящих ускорителей и других чудес науки. Тысячи литров жидкого гелия необходимы для обеспечения работы магниторезонансных томографов (МРТ), дающих сверхточное послойное изображение объекта – будь то позвоночник или мозг человека. В 1992 г. в столице не было ни одного МРТ, охлаждаемых жидким гелием. Сегодня их уже полсотни.
В числе наших последних разработок есть и те, что имеют отношение к химическому комплексу. Я говорю о работах, связанных с производством полых волокон.
Это мембранные технологии, которые дают нам возможность производить сверхдешевый азот, столь необходимый для химической промышленности. Эти же мембраны позволяют разделять газы, что важно для нефтехимии, для процессов пиролиза жидких и газообразных углеводородов.
Для химической промышленности мы разработали теплообменное и турбодетандерное оборудование, связанное с низкими температурами. Низкие температуры дают возможность разделять компоненты газовых и жидких смесей и получать сверхчистые продукты. Они всегда с большой добавленной стоимостью. Чистота нужна для полупроводниковой техники, ЧИПов. Сверхчистые газы позволяют производить качественное электронное оборудование.
Вашему объединению уже не один десяток лет, но идей и планов у его сотрудников хоть отбавляй. Вы относитесь к числу тех редких предприятий, которые, не сетуя на экономический кризис, продолжают жить и работать, причем довольно успешно. Как вам это удается?
Возникший кризис для нас не повод умирать, мы пересматриваем взгляды на то, что выпускаем и находим новые направления деятельности. Новые испытания открывают двери для новых возможностей. Дорогу осилит идущий!
Вадим Николаевич, мы искренне поздравляем ваш коллектив с прошедшим юбилеем и желаем успеха в реализации всех проектов!
