Энергетика
alt image

Олег Копаев, руководитель команды компьютерного моделирования компании «Северсталь», рассказал сообществу «Вместе» об одном из наиболее интересных реализованных за прошедший год проектов: прочнейшие трубы из марки стали X100 ещё не используются при строительстве газопроводов в России, а «Северсталь» уже испытывает их на способность сопротивляться распространению трещины в аварийной ситуации.

Олег Копаев

Руководитель команды компьютерного моделирования компании «Северсталь»

Уже более пяти лет мы используем численное моделирование в качестве метода решения различных инженерных задач, в числе которых:

  1. определение параметров технологических процессов, которые не могут быть измерены в ходе натурных испытаний;
  2. оценка эффективности оборудования и технологий, планируемых к использованию;
  3. продвижение новых и уникальных продуктов клиентам;
  4. определение требований к механическим характеристикам перспективных материалов в технологиях будущего.

Проект может занимать от часа до нескольких месяцев. В работе мы используем программное обеспечение SIMULIA Abaqus, Ansys CFD, Autoform, расчётные станции Dell и Lenovo, самые новые из них имеют 64 ядра и 256 Гб оперативной памяти. Востребован оптический 3D-сканер. Для определения физико-механических свойств материалов мы используем собственные лаборатории и лаборатории наших партнёров, активно делимся данными о материалах с клиентами.

За предыдущий год мы реализовали 36 проектов для подразделений и клиентов «Северстали».

36

проектов

реализовано для подразделений и клиентов «Северстали» в 2020 г.

Неотъемлемая часть процесса принятия решений

Проверка различных гипотез — одно из наиболее востребованных направлений нашей работы. Вокруг всегда много «прорывных» идей: «наши конкуренты достигли…», «на конференции представлена технология будущего…», «новый технологический стартап…», некоторые из них выглядят экономически очень привлекательными. Существуют различные способы проверить, какие из этих идей могут быть применены в нашей компании и дадут целевую прибыль, а какие — нет.

Конечно, можно рискнуть, потратить деньги и проверить идею в рамках опытно-промышленной эксплуатации, а можно организовать НИОКР с внешним партнёром и надеяться на удачу при выборе исполнителя.

Практический опыт показывает: наиболее эффективна самостоятельная проработка подобных инициатив силами профильных подразделений компании. Тогда численное моделирование становится неотъемлемой частью процесса принятия решений, который позволяет при относительно небольших временных и финансовых затратах проверить работоспособность идеи.

Данный подход был использован нами в проекте по оценке потребительских свойств труб большого диаметра марки Х100, производство которых осваивает «Северсталь».

Сократить масштаб ущерба

Создаваемый новый вид продукции позволяет снизить толщину стенки магистрального газопровода и диаметр при одновременном повышении рабочего давления, а также обеспечить:

· снижение металлоёмкости сооружаемых газопроводов до 9%;

· увеличение расстояния между компрессорными станциями в 1,2 раза;

· снижение расхода материалов при сварочно-монтажных работах до 12%;

· снижение расхода на эксплуатацию построенных газопроводов до 4%.

Одно из основных требований к такой продукции со стороны компаний, эксплуатирующих магистральные газопроводы, — способность трубы сопротивляться распространению трещины в случае аварийной ситуации. Цели: сокращение протяжённости повреждённого участка, сокращения срока ремонта.

Сейчас для оценки трещиностойкости труб проводят масштабные полигонные испытания: на полигоне собирается участок трубопровода, в нём создаётся высокое давление, в центральной части тестового участка трубопровода производится подрыв кумулятивного заряда, определяется длина образовавшейся трещины в каждом направлении.

до

9

%

позволяет снизить металлоёмкость новый вид продукции

Схема тестового участка

Высокоточный инструмент

Результаты испытаний всегда были плохо предсказуемыми, так как отсутствует однозначная зависимость между лабораторными свойствами металла трубы и успешностью прохождения полигонных испытаний. Чтобы выяснить, подходит ли выбранная марка стали, нам нужно произвести выплавку (минимум 350 тонн стали), прокатать листы, изготовить из них трубы, доставить на полигон. Суммарные затраты на проведение одного такого эксперимента могут достигать 40 млн руб.

Задача для моделирования: создать инструмент, который на основании лабораторных испытаний стального листа позволит с высокой точностью определить результат полигонных испытаний, снизить риски неудовлетворительных результатов при реальных испытаниях, сократить сроки и затраты.

до

40

млн руб.

— суммарные затраты на проведение полигонных испытаний

Результаты виртуальных испытаний

В зависимости от механических свойств трубы трещина может распространяться линейно или закольцовываться.

Мы создали такой инструмент и уже проводим виртуальные испытания наших самых прочных труб из марки стали X100 для магистральных газопроводов. «Северсталь» первой из российских производителей труб большого диаметра вышла на завершающую стадию освоения производства ТБД из стали Х100. Работа проводится в рамках Технологической дорожной карты, подписанной ПАО «Северсталь» и ПАО «Газпром».

Олег Копаев

Руководитель команды компьютерного моделирования компании «Северсталь»


Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы иметь возможность оставлять комментарии.

Вам может быть интересно