Алексей Косолапов: Сберечь жизнь русскому солдату – главнейшая задача, которую мы решаем при разработке новых материалов и технологий

Акционерное общество «НПО Стеклопластик имени Н.Н. Трофимова» — крупнейший в России научно-производственный центр в области создания стекловолокнистых материалов и композитов на их основе отмечает в этом году 80-летний юбилей.

История успехов и достижений колоссальна, особенно в научно-техническом направлении. Сегодня мы обсудим с директором Научно-исследовательского комплекса “Композит” Алексеем Федоровичем Косолаповым те технологии и продукцию, которая так важна в нефтегазовой промышленности и других отраслях народного хозяйства, в которых активно используются композиты.

— Алексей Федорович, вы долгие годы занимались и занимаетесь исследованиями необходимыми для топливно-энергетического комплекса. Как ваши разработки повлияли на развитие отрасли?

— Развитие топливно-энергетического комплекса России невозможно без решения проблем, возникающих при эксплуатации дымовых труб. Основной задачей является защита конструкций дымовых труб от коррозионного разрушения материалов, из которых они изготовлены. В настоящее время на объектах топливно-энергетического комплекса России эксплуатируется около 3 500 железобетонных и 15 000 кирпичных дымовых труб высотой от 15 до 370 метров. Самая высокая дымовая труба в России построена в 1985 году на Берёзовской ГРЭС (Шарыпово, Красноярский край), её высота — 370 метров. Большинство эксплуатируемых дымовых труб были построены еще в середине прошлого века, а их расчётный срок службы составляет — 50 лет. Неправильная эксплуатация в течение такого длительного времени привела к разрушениям дымовых труб, что повлекло за собой техногенные катастрофы. Особенно массово этот процесс начал проявляться в конце 90-х и начале 2000-х годов.

Энергетиками перед нами была поставлена задача – выяснить причины и найти пути решения этих проблем. После проведения подробного анализа статистических данных характера разрушений дымовых труб и необходимых научно-исследовательских работ было установлено, что после перехода с традиционных видов топлива для ТЭЦ (угля и мазута) на природный газ изменился температурно-влажностный режим и состав отходящих газов, что привело к потере к разрушению футеровок внутри дымовых труб, потере их герметичности и, как следствие, к интенсивному разрушению конструкций несущих стволов вплоть до их обрушения.

Причины установлены. Но как продлить срок эксплуатации дымовых труб?

Для этой цели были разработаны специальные материалы ГЭК-1 и ПЭК-1, которые наносятся на футеровку дымовых труб и обеспечивают ее газоплотность при разных температурно-влажностных режимах и любых составах отходящих газов. ГЭК-1 и ПЭК-1 – универсальные материалы, они устойчивы в кислых, нейтральных и щелочных средах при температурах эксплуатации от + 400 С до + 9000 С.

Материалы ГЭК-1 и ПЭК-1 успешно применялись на ТЭЦ 25 и ТЭЦ 22 АО «Мосэнерго», ТЭЦ ОАО «ММК» (Магнитогорск), Челябинская ТЭЦ-1 ОАО «Фортум» (г. Челябинск), ТЭЦ ОАО «ЕВРАЗ НТМК» (г. Нижний Тагил), Норильская ТЭЦ-2 ОАО «НТЭК», (г. Талнах), Ириклинская ГРЭС (пос. Энергетик Оренбургской области), Орская ТЭЦ-1 (г. Орск), Норильская ТЭЦ-2 ОАО «НТЭК», (г. Талнах) и др. Материалы ГЭК-1 и ПЭК-1 применяются при ремонте дымовых труб в России и ближнем зарубежье начиная с 2000 года. Это позволило снизить аварийность при эксплуатации и значительно увеличить срок службы дымовых труб.

— Почему создание «гибридных композитов» стало прорывом в промышленности?

— Композитный материал по своей структуре — гибрид. Поэтому термин «гибридный композит» можно рассматривать как тавтологию, например, «масло масляное». Однако, с развитием науки, появились термины «монолитные композиты» и «гибридные композиты».

«Монолитные композиты», как правило, состоят из армирующих материалов одного состава на основе стеклянных, углеродных, арамидных, борных и других видов волокон и одного типа матриц, например, эпоксидных, полиэфирных, фенолоформальдегидных и др. Они, как правило, решали одну или две задачи: например, повышение прочности конструкции, коррозионную стойкость изделия, теплостойкость и другие монозадачи.

«Гибридные композиты», формируются из волокон и матриц различной природы и объединяют преимущества разных материалов. Они содержат два или более вида армирующих волокон в одной (моно) или гибридной (комбинированной) матрице. Наиболее распространенные «гибридные композиты» состоят из углеродных и стеклянных волокон, углеродных волокон с арамидными и базальтовыми, а также других видов волокон в сочетании с моно- и гибридными матрицами, например, эпоксидными, полиэфирными, эпоксивинилэфирными, эпоксиуретановыми, уретаноакрилатными и др.

Механизм усиления в «гибридных композитах» основам на синергии свойств разнородных волокон и матриц. При правильно подобранной структуре компонентов композита достигается эффект, когда характеристики гибрида превышают простое усреднение свойств исходных компонентов.

«Гибридные композиты», как правило, решают несколько задач одновременно. Например, интеллектуальные композиты могут использоваться для создания самовосстанавливающихся конструкций, которые восстанавливают свои исходные свойства после повреждений. «Гибридные композиты» на основе волокон из целлюлозы обеспечивают новые возможности в строительстве и производстве мебели. Этот класс композитов широко применяется в аэрокосмической технике, автомобильной промышленности, судостроении и морской технике. Решение многофункциональных задач – основное требование к «гибридным композитам». Это и стало прорывом в промышленности.

— Композиционные материалы на основе волокнистых наполнителей из высокомолекулярного полиэтилена привлекли внимание профессионалов данной отрасли. Насколько получилось внедрить технологии в производство?

— Легкие, высокопрочные, высокомодульные волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) обладают уникальным сочетанием свойств в сравнении с волокнами иной природы: высокие удельные упруго-прочностные показатели; высокая энергоемкость, т.е. способность к поглощению и рассеиванию высокоскоростного динамического удара; устойчивость к истиранию и изгибам, к действию влаги, низких температур и солнечной радиации; химическая и биологическая инертность; хорошая радиопрозрачность.

Это дало возможность создания нового класса легких многофункциональных композитов. НПК «Композит» с 2006 года по настоящее время проводит научно-исследовательские работы по созданию композитов на основе СВМПЭ-волокон отечественного производства, способных длительно работать в разных климатических зонах в условиях статического, динамического и электрофизического режимов нагружения

Наши исследования были направлены на поиск путей устранения основных недостатков СВМПЭ-волокон, затрудняющих создание конкурентоспособных композитов: слабое адгезионное взаимодействие на границе раздела «волокно – матрица»; высокая ползучесть и низкая сопротивляемость сжимающим нагрузкам. В результате были разработаны методы активации поверхности СВМПЭ-волокон, обеспечивающие оптимальное адгезионное взаимодействие компонентов композитов, работающих в условиях как статического, так и динамического (высокоскоростного) нагружения. Нашими сотрудниками Шацкой Т.Е., Беляевой Е.А. Шацкой В.А. были разработаны новые виды конкурентноспособных гибридных связующих с низкой температурой отверждения (до 900С) для получения СВМПЭ-композитов. Свойства этих связующих не уступают мировому уровню. Полученные результаты позволили создать в НПК «Композит» (начальник производства Тихомиров С.А.) производство связующих, а также препреговую технологию промышленного производства легких СВМПЭ-композитов с уникальными свойствами.

— Вы занимаетесь стеклопластиковыми трубами. Мне даже сложно представить полезность такой продукции. Расскажите, где применяются такого вида трубы? Они могут стать заменой прочному советскому чугуну?

— Стеклопластиковые трубы, благодаря стойкости к химическим воздействиям и температуре транспортируемых сред, деформации грунтов и сейсмическим нагрузкам используются при прокладке: магистральных систем коммуникаций; канализационных систем; водопроводов и продуктопроводов; газо- и нефтепроводов и др.

Основными преимуществами стеклопластиковых труб являются: коррозионная стойкость; низкая плотность; низкая шероховатость (гладкость) внутренней поверхности; низкая теплопроводность; самокомпенсации температурных расширений; надежность и долговечность — срок службы более 50 лет.

Специалисты НПО «Стеклопластик» стояли у истоков организации производства стеклопластиковых труб в Советском Союзе. В начале 80-х годов прошлого века в Норвегии была закуплена установка по производству стеклопластиковых труб непрерывным способом «Верок Технолоджи», которая была запущена и освоена специалистами нашего предприятия на Северодонецком производственном объединении «Стеклопластик». На установке выпускались стеклопластиковые трубы диаметром от 400 мм до 2 400 мм.

На Опытном заводе НПО «Стеклопластик» выпускались стеклопластиковые трубы на установках УСП-9 и СНИТ.

В настоящее время наше подразделение проводит испытания стеклопластиковых труб, емкостей, корпусов из стеклопластика насосных станций (КНС) и ливневых очистных сооружений (ЛОС) для АО «Мосводоканал» на соответствие требованиям по химической стойкости этих изделий в агрессивных средах (п.А5 приложения А «Перечня необходимых материалов и документов, представляемых заводом-изготовителем (поставщиком), для проведения испытаний труб (элементов)  из композиционных материалов на химическую стойкость» СТО 03324418 0001-2024 АО «Мосводоканал» от 2024г.)

С этой целью создан Испытательный Центр «Композит» АО НПО «Стеклопластик», аккредитованный в Системе добровольной сертификации испытательных лабораторий (центров) «РОСЭКСПЕРТИЗЫ».

— В вашем ведении производство материалов для полимерных антикоррозионных покрытий, связующих специального назначения, ремонтных комплектов для магистральных газо- и нефтепроводов. С какими предприятиями работаете в кооперации в данном направлении?

— Наша продукция востребована на предприятиях, которые сталкиваются с проблемами коррозии металлических и бетонных инженерных сооружений, и оборудования; разработчиками новых композитных материалов с улучшенными физико-механическими показателями; разработчиками военной техники с новыми тактико-техническими данными; специалистами по организации материально-технического обеспечения войск, в авиа- и судостроении; на предприятиях химической промышленности, энергетики, ЖКХ и др.

Мы тесно работаем с ПОА «Газпром», ПАО «НК «Роснефть»», ПАО «Мосэнерго», АО «Мосводоканал», АО «Союзтеплострой», НИУ МГСУ, Военная академия МТО им. А.В. Хрулева, НИЦ «Курчатовский институт» ЦНИИ КМ «Прометей», ЦНИИСМ, АО «ВНИИСВ», АО ЦВМ «Армоком» и др.

— Важнейшее направление вашей деятельности – это комплекты ГАРС для ремонта газо-нефтепродуктопроводов. Для какого вида ремонтных работ они необходимы и для всех ли климатических поясов подходят?

— Ремкомплекты ГАРС (гибкий анизотропный рулонированный стеклопластик) предназначены для ремонта и восстановления несущей способности несквозных повреждений трубопровода высокого давления (коррозия, механические повреждения, дефекты кольцевых сварных стыков, расслоения, расслоения с выходом на поверхность, вмятины) без остановки перекачки продукта или снижения давления. Возможность ремонта коррозионных повреждений до 80% потери металла от толщины стенки, вмятин до 6% диаметра трубы, дефекты кольцевых сварных швов протяженностью до 30% от длины окружности трубы и глубиной до 50% толщины стенки трубы

Компания «Аргус Лимитед» (США) впервые внедрила ремонт трубопроводов с применением стеклопластика. Был разработан способ ремонта с помощью манжеты «Clock Spring» («часовая пружина»). Суть его заключалась в том, что на дефектный участок газо- нефтепровода устанавливался бандаж из рулонированного стеклопластика путём намотки через клеевой состав.

По заданию АО «Газпром» мы взяли за основу этот метод и разработали ремонтный комплект ГАРС (гибкий анизотропный рулонированный стеклопластик). В состав которого входит лента ГАРС, паста для ремонта дефектов трубопровода, клей для склейки слоев ленты ГАРС и набор вспомогательных материалов и инструментов.

Лента ГАРС изготавливается из квазиоднонаправленной ткани на основе высокомодульных и высокопрочных волокон производства НПК «Терм». Модуль упругости ленты ГАРС близок к стали, из которой изготовлены ремонтируемые трубы. Лента ГАРС изготавливается на специально разработанной установке, позволяющей строго контролировать ее высокие физико-механические показатели и гарантировать стабильные эксплуатационные характеристики.

По сравнению с манжетами «Clock Spring» у наших ремкомплектов ГАРС на 5,5% выше предел прочности при растяжении. Этот показатель повышает надежность трубопровода при использовании муфт ГАРС. На 10,5% выше предел прочности при изгибе. Этот показатель повышает устойчивость трубопровода при работе муфт ГАРС. На 17% выше предел прочности при сжатии. Этот показатель повышает устойчивость трубопровода при работе муфт ГАРС. На 31,5% выше модуль упругости при растяжении в кольцевом направлении. Этот показатель позволяет муфте ГАРС быстрее воспринимать растягивающие нагрузки в стенке трубы, возникающие от действия внутреннего давления, тем самым быстрее разгружать стенку газо- нефтепрвода и надежнее «залечивать» дефекты. Ремкомплекты ГАРС устанавливаются на трубопроводах эксплуатирующихся во всех климатических поясах в любое время года.

— Углеродные композитные муфты, которыми вы занимаетесь, заслуживают особого внимания. Как проводились первые испытания, сколько и с кем над ними работали?

— Муфты УКМ, как и ремкомплекты ГАРС, были разработаны для ремонта газо-нефтепродуктопроводов в 2022 году. Это аналог ремкомплектов ГАРС. Они состоят из двунаправленной ткани из углеродных волокон, слоя стеклоткани для обеспечения электроизоляции и увеличения прочности на поверхности трубы, высокомодульной пасты, клея и пасты с высокой прочностью на сдвиг. Муфты УКМ выдерживают давление разрыва до 55 МПа, имеет расчетный срок службы более 50 лет.

В отличии от ленты ГАРС, которая изготавливается в заводских условиях, лента из углеткани для муфт УКМ пропитывается и наматывается на место дефекта в полевых условиях. Имея большой научно-практический опыт при разработке ГАРС, структура и технология установки муфт УКМ были разработаны без особых усилий и материальных затрат. Эти муфты разрабатывались для казахской фирмы ТОО «КазТранОйл»

— Вы занимаетесь антикоррозионными материалами и покрытиями. В чем преимущество вашей продукции?

— Основными требованиями Заказчиков к антикоррозионным материалам и покрытиям являются: требования к видам материалов; нормативным документам; технологии нанесения покрытий; контролю качества материалов и покрытий; сроку службы покрытий; стоимости материалов и покрытий.

Разработанные нами материалы и покрытия полностью соответствуют этим требованиям Заказчика. По техническому заданию Заказчика мы подбираем или разрабатываем новые антикоррозионные материалы и покрытия, тем самым решая все его проблемы. Кроме того, мы проводим обучение персонала Заказчика работе с нашими материалами. В этом наше преимущество перед другими поставщиками аналогичной продукции.

Так, например, покрытие АП-1 разработанное по заданию АО «Газпром» предназначено: для антикоррозионной защиты магистральных газо- и нефтепроводов всех диаметров, транспортирующих природный газ, нефть и нефтепродукты и фасонных частей к ним; трубопроводов компрессорных, газораспределительных и насосных станций; промысловых газопроводов; нефтебаз (включая резервуары); подземных хранилищ газа; трубопроводов теплоэлектростанций, соединенных с магистральными трубопроводами; переходов земля–воздух; аварийного запаса; трубопроводов на других аналогичных промышленных площадках подземной, наземной (в насыпи) и надземной прокладки.

Преимуществами покрытия АП-1 являются: возможность ручного нанесения (кистью, валиком, шпателем) при небольших объемах восстановления изоляции, в частности, при выборочных ремонтах и ремонтах выхода трубопровода земля–воздух; возможность формирования комбинированного покрытия на основе  АП-1 и композиционной ленты для наиболее коррозионно-опасных участков; химическая стойкость покрытия в «сырой» нефти, нефтепродуктах, смесях, содержащих сероводород; простота совмещения АП-1 со старой (заводской) ленточной изоляцией; возможность применения для защиты газопроводов надземной прокладки и аварийного запаса; экологичность покрытия, позволяющая применять его как в трассовых, так и в заводских и базовых условиях, для защиты запорной арматуры и фасонных деталей; ремонтопригодность покрытия АП-1. При повреждении покрытия в ходе транспортировки и разгрузки защищенных изделий поврежденное место легко восстанавливается; возможность нанесения на влажную поверхность.

Еще один пример – материалы для покрытия «АКВА_МОНОЛИТ». Покрытие предназначено для нанесения на бетонные, железобетонные и металлические конструкции при новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте в гражданских и промышленных зданиях и сооружениях, а также для объектов гидротехнических сооружений, каналов, коллекторов и канализационных камер, канализационных насосных станций, станций аэрации и очистных сооружений, работающих в условиях сильного воздействия агрессивных факторов в жидкой и газовой среде (газовой коррозии) (рН в диапазоне от 0 до 14). Возможно нанесение на влажные (до 100%) поверхности. Прочность покрытия при растяжении не менее 18 МПа и модуль упругости не менее 2,0 ГПа. Это покрытие широко применяется на объектах АО «Мосводоканал».

— У вас сейчас есть в работе новые перспективные материалы, превосходящие технологии мирового уровня?

— Сегодня все знания, умения и опыт ученых России направлены на скорейшее и успешное завершение СВО. Пока еще роботы не могут полностью заменить человека в бою, хотя это время может наступить уже скоро. Сейчас главный вершитель нашей Победы — это наш русский солдат. Защитить его и сберечь ему жизнь – главнейшая задача, которую мы решаем при разработке новых материалов и технологий. А для того, чтобы все наши бойцы возвращались живыми — эти материалы и технологии должны быть и есть выше мирового уровня.  

— В настоящее время в РФ существуют как судостроительные предприятия, так передовые предприятия из смежных отраслей, имеющие необходимые компетенции и уже сейчас работающие с крупногабаритными изделиями из полимерных композитных материалов и готовые производить судовые конструкции из ПКМ, одно из требований негорючесть. Оно выполнимо и можно ли, по вашему мнению, между словами «серийность» и «композиты» поставить знак равенства?

— В судостроении в нормативных документах по противопожарной защите кораблей ограничением в применении полимерных композитных материалов для изготовления корпусных конструкций является требование, согласно которому для корпусов судов допускается применение только стали или материалов, эквивалентных ей по огнестойкости. Однако, Международная морская организация по безопасности на море (ИМО) разрешила применять горючие материалы для изготовления корпусных конструкций только высокоскоростных судов, предъявив к ним специальные требования.

ВМФ России применяет полимерные композитные материалы при строительстве кораблей 4-х проектов.

Для внедрения композитов в судостроение нужно решить две задачи: создать трудногорючие связующие для изготовления корпусов кораблей; — создать огнезащитные покрытия, которые наносятся на поверхность судовых конструкций, выполненных из полимерных композитных материалов. Обе эти задачи в настоящее время выполнимы.  

При изготовлении крупногабаритных изделий из композитов, производители часто сталкиваются с большим разбросом свойств получаемых материалов по площади изделия. Я думаю, что при полной цифровизации технологического процесса изготовления таких изделий можно стабилизировать свойства композитов в серийном производстве.

— Расскажите для чего создан Технический комитет 063, чем занимается?

— Технические комитеты (ТК) по стандартизации — это добровольные, равноправные объединения ведущих предприятий и организаций России, исследователей и разработчиков, изготовителей и потребителей продукции, научно-технических и инженерных обществ — членов комитетов.     

ТК содействуют применению межгосударственных стандартов и национальных стандартов в экономике страны и гармонизации национальных стандартов РФ с международными стандартами, а также гармонизации с прогрессивными национальными стандартами зарубежных стран.

Наш Технический комитет 063 был создан на основании Приказа Госстандарта РФ и Минэкономики РФ от 14 декабря 1999 г. № 540/25 «О создании Технического комитета по стандартизации «Стеклопластики, стекловолокна и изделия из них»».

Первым председателем ТК 063 был заместитель генерального директора НПО «Стеклопластик» – Доброскокин Николай Васильевич.

ТК 063 был создан для разработки новых межгосударственных и национальных стандартов РФ, рассмотрения, согласования и подготовки к утверждению проектов стандартов и их изменений и пересмотра, а также подготовки предложений по отмене стандартов и проведения работ в области стандартизации по стеклянным волокнам и стеклопластикам.

В период реализации государственной подпрограммы 14 «Развитие производства композиционных материалов (композитов) и изделий из них» Государственной программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» в 2013-2016 гг. АО «НПО Стеклопластик» совместно с Объединением юридических лиц «Союз производителей композитов» и другими заинтересованными организациями отрасли производства композитных материалов в рамках деятельности ТК 063 «Стеклопластики, стекловолокна и изделия из них», ТК 497 «Композиты, конструкции и изделия из них», ТК 465 «Строительство» были разработаны проекты более 120 межгосударственных и национальных стандартов и более 10 сводов правил в сфере строительства.

ТК 063 ежегодно подает предложения по разработке межгосударственных и национальных стандартов и изменений к ним в рамках ПНС (программа национальной стандартизации) и МПС (межгосударственная программа стандартизации). При этом наш ТК 063 идет «в ногу со временем», а именно: работа в ПНС и МПС осуществляется на базе цифровых площадок ФГИС «Береста» (информационная система Росстандарта) и АИС МГС (автоматизированная информационная система межгосударственной стандартизации), организацию которой и осуществление посредством взаимодействия с Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандартом) и ФГБУ «Институт стандартизации» выполняет вот уже более 15 лет ответственный секретарь ТК 063 Жебровская Елена Владимировна, заместитель директора по сертификации и лицензированию.

В настоящее время в состав ТК 063 входят 15 ведущих организаций России, за Техническим комитетом закреплены 53 стандарта.

фото из архива АО «НПО Стеклопластик им. Трофимова Н.Н.»

Оригинал интервью опубликован на сайте www.rusnewsday.ru