Движение сверхновых: как Научный центр ТМК создает технологии будущего
Контуры будущего лучше всего видно под микроскопом. В лабораториях сегодня создаются сверхматериалы, которые обеспечат выход на новый виток технологической эволюции. Молодая и амбициозная команда Научно-технического центра Трубной Металлургической Компании (НТЦ ТМК) отвечает на вызовы прогресса со смелостью и энтузиазмом. Сотрудники центра занимаются разработкой новых материалов и передовых решений, способных изменить подходы в ключевых отраслях экономики.
Ученые нового поколения
В этом году Научно-технический центр ТМК отметил свое пятилетие. Команда здесь молодая и быстрорастущая. Например, Радмир Мухамеджанов пришел в испытательно-лабораторный комплекс еще студентом, а сейчас оканчивает аспирантуру. «В 2012 году я прочитал книгу „Почему мы не проваливаемся сквозь пол“ Джеймса Гордона. В ней автор описывал дислокационную теорию металлов, то есть как они деформируются. Книга написана настолько просто, что читалась как роман. Тогда я подумал, что было бы здорово изучать структуру и поведение материалов. Так вышло, что именно этим я сейчас и занимаюсь», — вспоминает Мухамеджанов.
НТЦ ТМК ведет научно-исследовательские работы в двух направлениях. Команда центра исследует материалы, используемые современной трубной промышленностью, чтобы затем их оптимизировать и адаптировать под нужды отрасли. Второй, более сложный вектор — это разработка новых материалов и испытание образцов инновационной продукции. В здании центра в Москве находится первый в России комплекс стендов для натурных физических испытаний труб, трубных соединений и других сложных конструкций. Они позволяют воссоздать условия более критичные, чем те, что воздействуют на трубу в реальности: нагрузки до 3 000 тс, давление до 2 000 атмосфер, а термическое воздействие — от –60° C до +450° C. Подобных стендов в мире всего порядка десяти, и два из них располагаются в НТЦ ТМК.
Их появление позволило компании снять зависимость от иностранных испытательных центров и повысить темпы выпуска инновационной продукции, максимально сократив время от научной разработки до внедрения в производство и запуска новинки на рынок. Одно из направлений деятельности центра — создание новых лифтовых теплоизолированных труб (ТЛТ), которые будут способны работать при экстремальных температурных режимах. Их используют для разработки нефтегазовых месторождений в особо сложных условиях.
Дело в том, что традиционные запасы углеводородов, к которым применимы существующие технологии, заканчиваются. Вероятно, их хватит на ближайшие 20–30 лет, прогнозирует Алексей Андреев, заместитель начальника отдела эксплуатационной прочности и надежности НТЦ ТМК. При этом в России содержится большое количество трудноизвлекаемых запасов: только залежи «трудной» нефти занимают около 65 % от всех запасов в стране. Одно из крупнейших месторождений трудноизвлекаемой нефти расположено в Западной Сибири: Баженовская свита занимает площадь порядка 1,2 млн км2. Ее запасы оценивают примерно в 80 млрд баррелей.
На сегодняшний день разработка этого и других подобных месторождений недоступна традиционными методами, поэтому команда НТЦ ТМК исследует новые марки стали и изготавливает резьбовые соединения, которые смогут выдержать сложные условия эксплуатации.
«Сейчас максимальная температура эксплуатации труб составляет 350° C. Нам нужны новые трубы, которые будут выдерживать более высокую температуру — до 450°. Никто в мире не озадачен такими исследованиями. Поэтому нам, так сказать, был брошен вызов, и мы на него откликнулись», — говорит Андреев.
Команда центра уже разработала новый химический состав ТЛТ, модернизировала их конструкцию и успешно испытала резьбовое соединение. На заводах ТМК будет выпущена первая опытная партия. Эффективность продукции должны подтвердить опытно-промысловые испытания.
Курс на экологичность
Добыча трудноизвлекаемых запасов — не единственная задача, над которой трудится команда НТЦ ТМК. Центр также активно занимается разработкой решений для других перспективных направлений. Одним из них стало проектирование труб для водородной энергетики.
Сейчас человечество стоит на пороге новых трансформаций, и эти изменения предполагают активное использование возобновляемых источников энергии, говорит Алексей Худнев, инженер-исследователь лаборатории материалов энергоперехода. «Сейчас в трубопроводах перекачиваются нефть и газ, но в будущем, скорее всего, по этим же трубам будет транспортироваться водород. И мы должны быть к этому готовы», — отмечает он.
У водородной энергетики много преимуществ, но есть и значительные недостатки. Задача технических специалистов заключается в том, чтобы разобраться с этими сложностями. В лаборатории НТЦ ТМК особое внимание уделяется взаимодействию различных материалов с водородом. Как известно, водород — первый элемент в таблице Менделеева, а значит, самый маленький по размеру. Это позволяет ему легко проникать в материалы и способствовать их разрушению. Под влиянием водорода сталь, из которой изготовлены трубы, может терять свою прочность, пластичность и способность сопротивляться появлению трещин. Определив, какой сплав стали наиболее устойчив к воздействию водорода, можно обеспечить его безопасную транспортировку, исключив утечки и другие потенциальные риски.
Разработки исследовательского центра уже заложили основу стандартов на продукцию для водородной энергетики. В будущем они позволят ТМК расширить линейку труб для энергоперехода — Sputnik H и Sputnik C.
«Стратегически важным условием разработок и экспериментов в этой сфере является безопасность перехода с одного вида топлива на другой. ТМК вместе с широким кругом заинтересованных организаций разработала три первых технических стандарта продукции, предназначенной для транспортировки и хранения водорода: бесшовных труб, стальных труб и баллонов», — отмечал ранее директор по научной работе ТМК Игорь Пышминцев.
ИИ есть, и он работает
На достигнутом инженеры НТЦ ТМК не останавливаются и ежегодно берутся за новые виды испытаний. «Мы находимся на переднем крае технологий, мы испытываем трубы и резьбовые соединения премиального класса на максимально допустимом уровне нагрузок. И недавно еще добавился новый вид исследований: все то же самое, только еще и при отрицательной температуре. Такая продукция применяется для набирающей популярность технологии закачки и хранения углекислого газа в пластах и подземных хранилищах. Это вопрос повышения экологичности производства, декарбонизации», — говорит Андрей Станиславский.
Помогают в этом уникальные решения, созданные внутри компании на основе искусственного интеллекта. Например, «Цифровой двойник» считается гордостью научного центра и не имеет аналогов в мире. Инструмент создает виртуальную копию физического объекта и моделирует все процессы выпуска продукции. Он непрерывно анализирует факторы, влияющие на производство, и подсказывает технологам наилучший сценарий работы. Это позволяет опробовать технологию в виртуальной среде, а затем применить наиболее эффективный вариант на практике.
«Цифровизация существенно помогает в производстве. Помимо оптимизации процессов, за счет нее у инженера появляется некий помощник, „цифровой друг“. При любой внештатной ситуации у него всегда будет подсказчик. Поэтому сейчас основной акцент мы делаем именно на рекомендательную систему», — говорит Евгений Шкуратов, начальник отдела диджитализации и технологий ИИ в НТЦ ТМК.
Следующий этап — развитие программно-аппаратных комплексов, базирующихся на технологии машинного зрения, для контроля качества поверхности, а также создание системы для контроля геометрических параметров труб. «Можно с полной уверенностью сказать, что искусственный интеллект в промышленном комплексе есть, он работает и приносит результаты», — добавляет Шкуратов.
С каждой по сверхспособности
Инженеры НТЦ ТМК признаются, что считают свою работу чрезвычайно ценной: они не просто ищут идеальные формулы для сплавов, а делают жизнь людей по-настоящему комфортной, обеспечивая их дома теплом и светом. Передовые технологии, в том числе и трубы нового поколения, помогают более эффективно добывать трудноизвлекаемые ресурсы, а это способствует развитию не одной отрасли, а экономики в целом.
«По мере того как человечество развивается, оно стремится к еще большему прогрессу — хочет быстрее ездить, летать, строить высотные здания. Новые потребности требуют поиска новых решений для их удовлетворения. И когда получается на эти вызовы отвечать — это для нас большое удовольствие», — говорит Александр Арсенкин, заведующий лабораторией материаловедения и сварки НТЦ ТМК. Но достичь этого комфорта для всех — процесс небыстрый. Для того чтобы создать трубы, соответствующие вызовам отрасли, требуется тщательная работа с материалом.
«Изделие проходит большой путь, и на каждом этапе мы вносим свой вклад. — отмечает Екатерина Краснова, инженер-исследователь лаборатории. — Мы тщательно подбираем химический состав и условия термической обработки, чтобы добиться нужной структуры. От нас зависит, каким продукт получится на выходе. Можно сказать, что мы помогаем ему обрести суперспособности».
В конечном счете получается сверхматериал, у которого почти нет недостатков, говорит Радмир Мухамеджанов. «Интересно, что можно взять материал, например массивную заготовку или ту же трубу, и увидеть в ее структуре то, что скрыто от глаз. Отрезав образец, мы можем понять, какая технология производства была использована, какие свойства стоит ожидать от материала и как в дальнейшем этими свойствами управлять», — продолжает он.
Обычно в разговорной речи принято говорить «дело — труба», когда надо обозначить безнадежную ситуацию. Но в случае с НТЦ ТМК эта фраза несет обратный, позитивный смысл. «Вот в нашем случае „дело — труба“ в том смысле, что мы делаем нашу жизнь чуточку лучше», — добавляет Арсенкин.
НТЦ ТМК удалось создать уникальную команду, не имеющую аналогов. Здесь работают молодые исследователи, некоторые из которых уже обладают научными степенями. «Весной в компании были защищены две докторские диссертации людьми в возрасте до 40 лет, то есть у нас созданы все условия для научного развития», — с гордостью говорит генеральный директор НТЦ ТМК Игорь Пышминцев. Кроме того, сотрудники могут повышать свою квалификацию и формировать новые компетенции, в том числе управленческие. Ведущую роль в этом процессе играет Корпоративный университет ТМК2U, штаб-квартира которого расположена в НТЦ ТМК. Здесь проходят все основные обучающие курсы и программы для развития профессиональных и гибких навыков. По этой причине текучесть кадров в научном направлении ТМК практически отсутствует.
Сейчас коллектив научно-технического направления компании расширился до 250 специалистов, непосредственно занятых исследованиями и разработками. Все эти люди — ядро инноваций, объединенные в пространстве, где каждый получает свободу для реализации своих идей и воплощения самых смелых решений.