Перспективы производства украинских труб для топливно-энергетического комплекса
ТЭК все еще ждет
Григорий Шепель, государственное предприятие «Научно-исследовательский трубный институт им. Я.Е. Осады» (г. Днепропетровск)
Перспективы производства украинских труб для топливно-энергетического комплекса
Важными направлениями государственной политики в сфере обеспечения энергетической безопасности Украины, изложенными в Указе Президента от 27.10.2005 г. № 1868/2005, являются развитие:
• атомно-промышленного комплекса;
• тепловой энергетики;
• нефтегазового комплекса.
Принятая в Украине инновационная модель развития экономики и ожидаемое вступление во Всемирную торговую организацию требуют от трубной отрасли радикального изменения перспективных ориентиров с обращением к инновационным наукоемким технологиям – для адекватного реагирования на требования потребителей и условия конкурентной борьбы.
Одной из составных частей успешного решения этих проблем является использование новых качественных труб для вышеперечисленных отраслей, создание новых ресурсосберегающих технологий их производства.
АТОМНО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
В Украине атомная энергетика, вырабатывает 45-50% от общего количества производства электроэнергии в стране.
К важным направлениям государственной политики в этой сфере относится сохранение и развитие собственной научно-технической и технологической базы, уменьшение энергетической зависимости от импорта, диверсификация источников внешних поставок ядерного топлива, т.е. создание собственного ядерно-топливного цикла, важной составляющей которого является производство циркониевого проката.
Концепция развития атомной энергетики предусматривает повышение безопасности и эффективности действующих АЭС, использования всех возможностей продления проектных сроков их безопасной эксплуатации. Это можно достигнуть за счет повышения выгорания ядерного топлива с 3-х до 4-5-ти лет, т.е. увеличения коэффициента использования мощностей (КИУМ) и управления ресурсом работы всех систем оборудования атомных станций.
Известно, что ядерное топливо для атомных станций до настоящего времени Украина закупает в России (на сумму порядка $300-400 млн.), поэтому Указами Президентов принято решение о создании ядерно-топливного цикла в Украине. Составной частью его является организация производства циркониевого проката.
Институтом разрабатываются технологии изготовления труб-оболочек ТВЭЛ из сплавов циркония на трубных заводах Украины. В настоящее время изготовлены 5 опытных партий труб, которые проходят всестороннее исследование их качественных показателей. Полученные по разработанной институтом технологии трубы в основном соответствуют требованиям стандартов на них. Работы этого направления продолжаются.
Значительные убытки несет атомная отрасль из-за внеплановых остановок энергоблоков вследствие проблем, которые возникают в трубопроводных системах и конденсаторах турбин ($200-250 млн. ежегодно).
В этой связи институт видит свою задачу в правильном выборе материала и организации производства длинномерных труб для трубных систем конденсаторов на предприятиях Украины.
Жесткие условия эксплуатации выдвигают комплекс чрезвычайно высоких требований к трубам для АЭС, которые должны обладать высоким уровнем прочностных и пластических свойств, стойкостью к различным видам коррозии (питтинговой, межкристаллитной, коррозионному растрескиванию под напряжением), сопротивлением ползучести и охрупчиванию. В связи с необходимостью повышения КИУМ, КПД, продления эксплуатации топливных циклов эти требования ужесточаются и работы направлены, прежде всего, на увеличение срока эксплуатации труб. Основной проблемой является правильный выбор материала и технологии его производства.
Для обеспечения требуемого уровня труб первым этапом является получение качественной заготовки, для этого рекомендуем шире использовать возможности отечественной электрометаллургии (газо-кислородное рафинирование, центробежное литье, электронно-лучевая плавка), позволяющие существенно снижать содержание вредных примесей и неметаллических включений, ликвационную неоднородность, скорректировать марочный состав и освоить новые марки.
Важным этапом является повышение стабильности и однородности структуры труб с уменьшением разнозернистости до 1-2-х номеров. Для этого требуется управлять процессом структурообразования на всех стадиях производства от заготовки до готовой трубы.
Следующим не менее важным этапом является улучшение качества поверхности и точности геометрических размеров, что также формируется на всех стадиях.
В комплексе это диктует необходимость пересмотра действующей и создание новой нормативной документации с грифом «для АЭС», в которой будут отражены вышесказанные положения.
Как видно, технологии изготовления труб для АЭС являются высокими и наукоемкими. Поэтому, для повышения конкурентоспособности труб, они должны быть ресурсосберегающими, малоцикличными и экологически чистыми. Для повышения эффективности технологических процессов необходима модернизация и реконструкция действующих производств (особенно в части горячей деформации), а в ряде случаев, как, например, трубы для ТВЭЛ из циркония, длинномерные трубы для замены конденсаторов из коррозионностойкой стали или титана – создание новых современных производств. Эти трубы относятся к элитному дорогостоящему ряду, потребность составляет >250…300 тыс. п.м для циркониевых оболочек ТВЭЛ (0 9,8×0,7 мм), >1000…1200 тыс. п. м для конденсаторов (0 28×0,7 мм).
(Справка. Для их производства необходимо наличие скоростных длинноходовых прокатных станов типа КРW, термического оборудования с защитной атмосферой или высоким вакуумом (до 10-5 мм рт. ст.), установок вихретокового контроля, ужесточения требований к ультразвуковому контролю, обеспечения металлографическими и коррозионными лабораториями, с чем отечественная трубная промышленность испытывает проблемы).
Нашим институтом разрабатываются мероприятия, позволяющие освоить промышленное производство указанных труб на высоком уровне и в требуемых отечественной атомной энергетикой количествах. Это позволит отказаться от закупок по импорту и в перспективе расширить экспортный потенциал.
Решение проблемы освоения производства циркониевого проката будет содействовать энергетической безопасности страны и позволит ежегодно экономить до $40 млн. Ожидается, что в случае успешной реализации проекта, связанного с заменой конденсаторных труб, срок эксплуатации турбин увеличится до 50-ти лет.
ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА
В условиях возрастающей потребности теплоэнергетики Украины в котельных трубах, необходимых для замены в действующем энергооборудовании (более 90% труб исчерпали свои ресурсы) и строительства
новых энергетических блоков, дефицита котельной трубной заготовки и энергоресурсов весьма актуальной является задача разработки новых энергосберегающих технологий изготовления котельных труб высокой эксплуатационной надежности.
Эта проблема решается Государственным предприятием «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности им. Я.Е. Осады» (ГП «НИТИ»). Специалистами института разработана принципиально новая энергосберегающая технология производства котельных труб способом горячего прессования непосредственно из недеформированной непрерывнолитой заготовки. Использование двух современных прогрессивных технологических процесса: прессования, характеризующегося наиболее благоприятной, в отличие от прокатки, схемой напряженного состояния в очаге деформации, и непрерывной разливки, имеющей ряд преимуществ по сравнению с разливкой в стационарные изложницы (слабое развитие ликвационных процессов, однородность химического состава и свойств, высокая дисперсность неметаллических включений и др.), позволяет исключить из традиционной схемы изготовления труб предварительную деформацию заготовки и получать котельные трубы высокого качества, отвечающие всем требованиям нормативной документации и Правил Котлонадзора.
Однако полигоном для внедрения новой технологии являются, к сожалению, не украинские, а российские трубные заводы. Такая технология внедрена на ОАО «Волжский трубный завод» (Россия). В настоящее время на этом заводе освоено промышленное производство из недеформированных непрерывнолитых заготовок котельных труб, эксплуатируемых в котлах широкого диапазона мощностей.
Перспективным является использование недеформированных непрерывнолитых заготовок для производства котельных труб на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом, где традиционно используют кованую заготовку. Эти агрегаты, наряду с прессовыми установками, позволяют деформировать металл без разрушения с высокими степенями деформации, тем самым компенсировать предварительную деформацию заготовок. В настоящее время ГП «НИТИ» проводит работы по освоению такой технологии на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (Россия).
Перспективность использования непрерывнолитых заготовок очевидна и для предприятий Украины. ГП «НИТИ» начаты исследования по оценке возможности использования недеформированных непрерывнолитых заготовок производства ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» на Никопольском и Днепропетровском трубных заводах. К сожалению, эти работы приостановлены из-за отсутствия финансирования.
В условиях ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод» (Украина) институтом разработаны два новых альтернативных экономичных способа производства котельных труб на трубопрокатной агрегате с пилигримовым станом в зависимости от их назначения из вакуумированного мартеновского слитка, полученного с выполнением комплекса специальных требований:
• для труб, работающих при низких и средних параметрах пара, непосредственно из слитка;
• для труб, эксплуатируемых в условиях критических и сверхкритических параметров пара, из катаной заготовки собственного производства.
Использование таких технологий на ОАО
«НТЗ» позволяет отказаться от закупаемой на стороне дорогостоящей кованой заготовки и значительно (на 40-50%) повысить рентабельность производства котельных труб крупного сортамента.В связи с острой потребностью теплоэнергетики Украины в паропроводных трубах диаметром более 530 мм весьма актуальной является задача разработки технологии изготовления таких труб на украинских предприятиях. Одним из решений этой проблемы является разработка и освоение технологии изготовления котельных центробежнолитых труб из углеродистых и легированных марок сталей в условиях завода «Труболит» (г. Никополь).
В связи с техническим перевооружением теплоэнергетики, направленным на повышение параметров энергетических установок, новыми требованиями по ресурсу, надежности и маневренности энергооборудования, актуальным является освоение трубными и металлургическими заводами технологии производства котельных трубных заготовок и труб из новых перспективных материалов таких, как хромистые стали (типа Т91, Е911), широко используемые за рубежом. В настоящее время также российскими производителями энергетического оборудования взят курс на использование хромистой стали мартенситного класса (ДИ82-Ш), разработанной ЦНИИТМаш, взамен традиционных хромомолибденованадиевых сталей перлитного класса (12Х1МФ и 15Х1М1Ф).
Украина же сильно отстает в этом направлении. ГП «НИТИ» совместно с Институтом электросварки им. Е.О. Патона начало исследования по разработке хромистой стали нового поколения и технологии изготовления из нее трубной заготовки и труб с учетом зарубежного опыта, в т.ч. российского. Однако из-за отсутствия финансирования эти исследования прекращены.
С учетом опыта зарубежного котлостроения для повышения надежности работы энергооборудования специалистами ГП «НИТИ» разработана технология производства новых видов труб, таких как трубы с внутренним винтовым оребрением, использование которых позволяет повысить ресурс эксплуатации котельного оборудования в 2-2,5 раза. Технология изготовления труб с внутренним винтовым оребрением способом горячего прессования опробована на ОАО «Волжский трубный завод». Промышленные образцы труб установлены на Северодвинской ТЭЦ (Россия).
Экспериментальные образцы котельных труб с внутренним винтовым оребрением получены способом холодного волочения и на ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод» (Украина).
НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОМПЛЕКС
Трубопроводные системы Украины, включающие около 36 тыс. км газопроводов и 9 тыс. км нефте- и нефтепродуктопроводов служат основой энергообеспечения страны и базой транспортного транзитного коридора, связывающего европейские страны с нефтегазодобывающими странами СНГ.
Трубопроводы, входящие в эти системы, сооружались, в основном, в 1970-90-х гг. и значительная их часть физически и морально устарела. Достаточно сказать, что более 30% трубопроводов эксплуатируются свыше 25 лет и половина из них – 35-50 лет, а, как известно, после 20-25 лет эксплуатации резко возрастает аварийность трубопроводов, чреватая техногенными катастрофами с тяжелыми экологическими и экономическими последствиями. Это ставит задачу обеспечения надежности систем трубопроводного транспорта в ряд первоочередных государственных задач.
Отличительной особенностью трубопроводных систем Украины является то, что они проложены в густонаселенной местности и в этом смысле условия их строительства и эксплуатации приближаются к европейским. Именно поэтому требования к трубам украинских трубопроводов должны полностью соответствовать международным стандартам, таким как ISO 3183, части 2 и 3, а в особых случаях стандарту DNV OS-F101 (морские трубопроводы).
Одним из направлений энерго- и ресурсосбережения является разработка энергосберегающих технологий производства труб нефтегазового сортамента повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности и широкое внедрение их на предприятиях нефтегазового комплекса Украины с целью повышения рентабельности нефте- и газодобычи.
На нефтяных и газовых месторождениях Украины до настоящего времени используют трубы с низкой коррозионной стойкостью, которые быстро (в течение 1-2 лет) выходят из строя вследствие высокой агрессивности нефтепромысловых сред, содержащих углекислый газ, углекислоту, хлориды и сероводород, что приводит к миллионным убыткам. В ряде случаев трубы нефтяного сортамента повышенной коррозионной стойкости, не всегда высокого качества, закупают по импорту.
Изучение этого вопроса ГП «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности» позволили разработать энергосберегающие технологии производства отечественных конкурентоспособных труб нефтегазового сортамента нового поколения повышенной коррозийной стойкости и эксплуатационной надежности, которые могут быть использованы как для нефтегазового комплекса Украины (предприятий НАК «Нефтегаз Украины», ОАО «Укрнефть» и других), так и для экспорта в нефтегазодобывающие страны ближнего и дальнего зарубежья. Это:
• технология производства нефтегазопроводных труб из новой экономичной низколегированной стали 06Х1-У повышенной коррозийной стойкости и эксплуатационной надежности, которые обладают в 8-10 раз более высокой стойкостью в агрессивных нефтепромысловых средах по сравнению с трубами, промышленно используемыми в настоящее время. Указанная энергосберегающая технология разработана нами на ЗАО «Никопольский завод стальных труб «ЮТиСТ», защищена патентом Украины, является приоритетом ГП «НИТИ» и ЗАО «ЮТиСТ»;
• технология производства диффузионно оцинкованных насосно-компрессорных труб (НКТ) с защитным покрытием нового поколения из коррозионностойкого и износостойкого железоцинкового сплава на внутренней, наружной поверхностях и на резьбовых участках труб и муфт, что обеспечивает высокую герметичность резьбовых соединений и в 3-5 раз более высокую коррозийную стойкость и износостойкость по сравнению с трубами без покрытий.
Для освоения промышленного производства диффузионно оцинкнованных НКТ необходима организация промышленного специализированного производства на ЗАО «Никопольский завод бесшовных труб «Нико-Тьюб». Государственный трубный институт готов принять научно-технологическое участие в осуществлении этого проекта. Указанные разработки и трубы по комплексу характеристик и свойств не имеют аналогов в Украине, отвечают лучшим мировым образцам и являются конкурентоспособными на отечественном и мировом рынках. Их общегосударственная значимость обусловлена направленностью на энерго- и ресурсосбережение, на увеличение выпуска на трубных заводах Украины энергосберегающей конкурентоспособной продукции и создание новых рабочих мест, на повышение эффективности добычи и использования нефти и газа за счет значительного повышения срока безаварийной эксплуатации труб, сокращения ремонтов и простоев оборудования, на уменьшение загрязнения окружающей среды, а также на экономическую независимость Украины от импортных поставок труб нефтегазового сортамента.
Данные разработки и высококачественные трубы могут быть реализованы также в других областях промышленности и народного хозяйства: в машиностроении, коммунальном хозяйстве, судостроении, агропромышленном комплексе, что будет способствовать повышению эффективности производства в этих отраслях за счет значительного повышения долговечности оборудования.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Зарубежные страны, в том числе Россия, ежегодно инвестируют сотни миллионов долларов в развитие производства труб нефтегазового сортамента повышенной коррозионной стойкости, поскольку доказана быстрая окупаемость и высокая экономическая эффективность капиталовложений в эту отрасль. Полное отсутствие государственной поддержки и государственного финансирования в Украине разработок технологий производства новых видов этой востребованной на внутреннем и мировом рынках продукции может привести к безвозвратной потере позиций Украины в этой важной, в том числе ориентированной на импорт, отрасли промышленности.
Развитие добычи нефти и газа на материковой части и шельфе Украины, освоение новых месторождений выдвигает перед трубной промышленностью задачу существенного повышения качественных характеристик металла труб (прочности, вязкости, коррозионной стойкости). Это может быть обеспечено за счет широкого использования технологий термического и термомеханического упрочнения, разработанных нашим институтом.
Понимая, что конкурентность продукции в ближайшей перспективе зависит от степени реализации процессов термической обработки, российские трубные заводы (Таганрогский, Выксунский, Волжский и др.) широко инвестируют строительство и реконструкцию термических отделений, активно привлекая к этой работе ГП «НИТИ» (в Китае за последние годы построено два термоотдела для обработки указанных труб в объеме по 600 тыс. тонн каждый).
К сожалению, владельцы украинских трубных заводов не реагируют на предложения института о целесообразности реконструкции термоотделов, производстве упрочненных видов труб нефтяного сортамента. Результатом такого отношения уже в ближайшее время может выявиться потеря конкурентоспособности Украины в этом виде труб.
Таким образом, обозначился комплекс проблем отечественных производителей труб для ТЭК, таких как:
• создание новых ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих повышенную эксплуатационную надежность труб;
• освоение новых видов труб и материалов, способствующих увеличению ресурса эксплуатации оборудования в 2-2,5 раза;
• модернизация и реконструкция производства;
• пересмотр действующей и создание новой нормативной базы.
В соответствии с международными стандартами материалы и технологические процессы производства труб для ТЭК на каждом заводе-поставщике должны пройти квалификационные испытания, а контроль качества, включая приемку продукции, должен осуществляться независимым компетентным органом. Таким органом по аналогии с европейским и американским опытом может быть независимый Экспертно-технический комитет по материалам трубопроводных систем с основными задачами: экспертиза и согласование нормативной документации на трубы и соединительные детали трубопроводов, проведение квалификационных испытаний и сертификация технологии и материалов и, при необходимости, приема продукции. Деятельность такого комитета позволит проводить планомерную работу по повышению надежности трубопроводных систем Украины и исключит возможность поставки и применения для строительства и ремонтно-восстановительных работ трубной продукции сомнительного качества.
В связи с тем, что подавляющую часть материалов трубопроводных систем составляют трубы и трубные изделия, указанный экспертно-технический комитет целесообразно создать на базе Государственного научно-исследовательского института трубной промышленности им. Я.Е. Осады (ГП «НИТИ» в составе представителей ГП «НИТИ», Института электросварки им. Е.О. Патона НАНУ, Харьковского физико-технического института и других специализированных предприятий топливно-энергетического комплекса Украины. Деятельность экспертно-технического комитета может осуществляться на хозрасчетной основе по договорам с предприятиями, осуществляющими управление строительством и эксплуатацией трубопроводных систем Украины.