Углеродные наноматериалы и «дружные» металлы: из чего построят энергетику будущего
«Помню, в вузе мы разбирали и затем, угадывая принцип действия, собирали обратно старые насосы, снятые с производства. Рад, что сегодня студенты в дипломных проектах решают реальные наукоемкие задачи энергетики и готовятся к вызовам будущего вместе со специалистами ведущих компаний». О чем еще рассказали участники пятой международной отраслевой конференции «Материалы и технологии в нефтегазовой отрасли» — в репортаже корреспондента «Энергии+».
«Кудрявый» теплообменник
Технополис, Санкт-Петербургский политехнический университет, утро. В просторном светлом холле оживленно. Повсюду люди в деловых костюмах с яркими бейджами: регистрируются, пьют кофе и беседуют. Прислушиваюсь к диалогам увлеченных экспертов: «Как рассчитывали прочность?» — «Нет, это фланцевое соединение!» — «Сколько сплавов испытали?»
Неожиданно в зоне выставки раздается громкий лязг. Оборачиваюсь и замечаю на полу витые, будто кудрявые металлические трубки. Кто-то неосторожно прошел мимо — и экспонат скатился со стола. Подхожу и выясняю, что это теплообменники, разработанные в компании «СТИМ». В закрученной вокруг своей оси трубке жидкость-теплоноситель течет нелинейно: на каждом витке она разворачивается на 360 градусов, как самолет в мертвой петле.
Вихревое движение теплоносителя уменьшает время его контакта со стенками трубок, что снижает выход тепла наружу.
Максим Потылицын
Специалист компании «СТИМ»
— Сохраненное тепло мы рекуперируем, то есть возвращаем в систему. При первичной переработке нефти, например, это на несколько процентов сокращает количество топлива для ее нагрева, — поясняет эксперт.
Углерод, композиты и «двойные» металлы
Лекторий. Длинные ряды кресел спускаются к кафедре с трибуной. Здесь представители нефтегазовой отрасли, науки и производства ищут способы создания лидирующих технологий энергетики. Спикеры обсуждают реальную задачу — повышение коррозионной стойкости труб, используемых для добычи, транспортировки и переработки углеводородов. На этом примере легко проследить, как сегодня строится взаимодействие разных институтов.
Сначала изучают практический опыт специалистов нефтегазовой отрасли: при каких температуре, давлении, в каких средах трубы применяют сейчас и планируют задействовать в дальнейшем. Затем эти условия воссоздают в математических моделях, составленных учеными и студентами. Далее новый материал проходит лабораторные испытания, и лишь потом из него делают прототип, который тестируют в промышленных условиях.
Перспективными сегодня считаются три вида материалов для труб. Первый — металлы с антикоррозионным покрытием. Образец такого покрытия из углеродных наноматериалов представила на конференции «Газпром нефть». Его изготовили с помощью пиролиза метана, применив никелевый катализатор из российского сырья.
Полученный наноматериал может также применяться в антистатических покрытиях и суперконденсаторах.
Борис Аникушин
Эксперт «Газпром нефти»
Следующий перспективный вид материалов для антикоррозионных труб — композиты. По словам Алексея Альхименко, директора научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Передовой инженерной школы Петербургского политеха, композиты более стойкие и на 30% легче металлов, а значит, их проще доставлять в отдаленные районы. Эксперт делится успешными результатами испытаний на месторождениях и добавляет, что теперь нужно научиться эффективно строить, использовать и утилизировать инфраструктуру из композитов.
Наконец, самые многообещающие, по мнению Павла Степанова, директора по развитию технологий и продуктов компании «ОМК», материалы для коррозионностойких труб — биметаллические. Они состоят из двух видов стали — обычной черной и нержавеющей. Сегодня «двойную» сталь протестировали в лаборатории, впереди — исследования изготовленных из нее труб.
Нейросети в помощь
В перерыве между докладами обдумываю слова одного из участников конференции: «Важно и создавать материалы для новой инфраструктуры, и развивать технологии для существующей. Действующие месторождения и заводы перевести на новые материалы трудно — эффективнее совершенствовать процессы, например бесконтактную диагностику магистральных трубопроводов».
Будто в ответ на это Александр Зорин, генеральный директор компании «ОМИКОН Текнолоджис», в своем докладе сообщает, что неразрушающим способом, по измеренным параметрам строения металла (химическим, структурным и деформационным) можно за несколько минут определить его фактические механические свойства (например, прочность или пластичность), а затем с точностью до 99% предсказать оставшийся срок службы трубопровода, чтобы не ремонтировать и не заменять его части раньше времени. Метод основан на анализе больших данных, который выполняет искусственный интеллект. Однако, как оказалось, ИИ не всегда успешно справляется с инженерными задачами.
В нашем деле применение ИИ, обученного на больших данных ограниченно, так как основные технологические решения принимаются на стадии, когда информации мало. Так, решение о покупке месторождения принимается после анализа данных с 5–6 разведочных скважин. Поэтому важно развивать нейросимвольный искусственный интеллект, основанный и на обучении по большому числу данных, и на анализе теорем, законов и других знаний людей.
Марс Хасанов
Директор по науке «Газпром нефти»
Пока искусственный интеллект не умеет анализировать информацию так же хорошо, как человек, и его применение ограничено обучением на больших данных, важно, чтобы эти данные были многократно проверены на практике. Для этого нужно накапливать опыт и продолжать взаимодействие энергетических компаний. Так считает Алексей Боровков, проректор по цифровой трансформации Петербургского политеха. По мнению эксперта, только в этом случае часы расчетов на суперкомпьютерах превратятся в минуты, а идеи быстрее станут реальными технологиями.
На одной площадке встретились наука и бизнес. Этот диалог критически важен: мероприятие становится катализатором для решения актуальных задач, дает старт новым коллаборациям, фильтрует идеи, отсеивая неэффективные, и открывает дорогу перспективным. Мы видим, как формируется ядро нового поколения специалистов — людей, готовых меняться и менять устаревшие подходы, внедрять полезные инициативы, щедро делиться опытом. Наша задача собрать таких людей вместе, дать им пространство для роста и синергии.
Екатерина Алексеева
Представитель оргкомитета конференции и Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Передовой инженерной школы Петербургского политеха
Конференция прошла, но диалог между учеными и экспертами отрасли продолжается — в телеграм-канале, где участники делятся новостями и обсуждают точки соприкосновения для будущих прорывов.
