Что не так с проектированием и разработкой трубопроводной арматуры в нашей стране? Изначально тема статьи была не совсем такой, какой представлена сейчас. Но, как это всегда бывает, в процессе выяснения ответов на вопросы редакции открываются совершенно другие стороны отрасли арматуростроения и ее отдельных процессов. Таким образом, возник вопрос: «Где мы сворачиваем не туда в развитии промышленной отрасли?». Ответа мы дать не можем, к сожалению, однако предлагаем не забегать так далеко вперед, а вернуться в начало и попытаться разобраться, что вообще сейчас происходит в компаниях и предприятиях, которые занимаются непосредственно созданием и разработкой новых или оптимизированных видов трубопроводной арматуры.
Определение этой продукции знают все, кто читает журнал «Вестник арматуростроителя». Классификации и виды тоже. Области применения и подавно. Так с чего же начинается проектирование трубопроводной арматуры? Исследования и мониторинг рынка, в рамках которых специалисты выясняют сильные и слабые стороны уже существующего изделия, выявляют способы его улучшить (обеспечить более надежную эксплуатацию, повысить качество, оптимизировать способы его монтажа, обслуживания, работы и т. д.) или изготовить новый продукт на замену уже выпущенному, изучают параметры и формируют преимущества и особенности, которые могут дать новой продукции. В условиях работы с заказчиком предприятия, конечно же, следуют техническому заданию. Трубопроводная арматура в качестве важного элемента безопасности трубопроводной системы должна надежно и достаточно долго эксплуатироваться в штатном режиме, поэтому критически важно выполнять разработку с учетом всех предъявляемых к ней требований, а именно: прочность, герметичность, коррозионная стойкость, вид управления, гидравлические характеристики среды и т. д. Проектирование должно проводиться лишь на основе заранее подготовленных, четко определенных и надлежащим образом оформленных технических данных. Основными и первостепенными исходными данными являются [1]:
• назначение арматуры;
• рабочее давление среды;
• агрегатное состояние среды;
• рабочая температура среды;
• диаметр номинальный;
• строительная длина;
• способ присоединения к трубопроводу;
• коррозионные свойства;
• способ управления.
Когда определяются основные данные, специалисты могут приступать к эскизному проектированию. Для разработки технического проекта должны быть известны дополнительные параметры:
• химический состав и плотность среды;
• пропускная способность;
• расходная характеристика;
• продолжительность закрывания и открывания (или время срабатывания клапана);
• параметры источника энергии (вид тока, напряжение, давление и т. д.);
• условия эксплуатации (взрывобезопасное исполнение, климатическое исполнение и др.).
При разработке рабочего проекта должны быть учтены также следующие возможные требования к конструкции:
• ограничения по размерам;
• ограничения по массе;
• сейсмостойкость;
• вибростойкость;
• показатели, характеризующие безопасность;
• показатели надежности.
После этого конструкторы формируют документацию и переходят к 3D-моделированию, в рамках которого проверяют и изучают соответствие арматуры предъявляемым к ней требованиям. В случае успеха начинается этап изготовления опытного образца и его испытаний на прочность, надежность, безопасность. Иногда в своих пресс-релизах заводы и проектные организации даже радуют внедрением определенных инновационных технологий, а также решений и деталей, аналогов которым не существует в мире. Судя по новостям, такое происходит крайне редко, но все же происходит. Как мы уже упомянули в самом начале, для выпуска данной статьи редакция журнала «Вестник арматуростроителя» провела небольшой опрос среди некоторых проектировщиков и конструкторов об их деятельности на данный момент. Эти отечественные предприятия, на наш взгляд, не только успешно справляются с поставленными целями и задачами, но и развивают процесс проектирования, уверенными шагами идут к достижению более высокого уровня деятельности. Так, в Центральном научно-исследовательском проектном институте «Современные технологии арматуростроительного комплекса» (ЦНИПИ «СТАРК») рассказали, что мероприятия по разработке конструкторской документации (рис. 1) на различные виды трубопроводной арматуры продолжаются. В частности, на сегодняшний день специалисты института разрабатывают КД для поставки на Пермскую ТЭЦ-9 быстродействующих редукционно-охладительных установок высокого давления (БРОУ ВД) и низкого давления (БРОУ НД). Также проектируется КД для атомной энергетики – дроссельные устройства и блоки диафрагм.
В периоды до и после пандемии институт не ощутил особой разницы в области выполнения заказов, но сообщил, что существует определенная задержка в реализации запланированных проектов, то есть по ряду проектов модернизации действующих и строительства новых объектов были перенесены сроки тендеров, были задержки в предоставлении и согласовании документации от проектных организаций. В настоящий момент в работе ООО ЦНИПИ «СТАРК» находится документация, предназначенная для тепловой и атомной энергетики, но и от других отраслей организация не отвернулась – продолжает участвовать в конкурсах (самостоятельно и совместно с партнерами) на поставку оборудования, в том числе трубопроводной арматуры для нефтехимических производств, переработки нефти. Так как «СТАРК» не является заводом-изготовителем серийной арматуры, внимание института сосредоточено на трубопроводной арматуре и других элементах трубопроводов, которые являются несерийной продукцией и носят индивидуальный характер, имеют специфические требования. Например, в прошлом году «СТАРК» выполнял доработку серийных задвижек до требований заказчика – полной защиты арматуры от абразивной пыли, находящейся в окружающей среде, и обеспечения длительной их эксплуатации – и успешно справился с поставленной задачей.
На вопрос о применении новых решений и технологий в процессе проектирования в «СТАРК» ответили, что работа проходит в стандартном формате. Конструирование осуществляется в достаточно распространенной программе в России – SolidWorks (рис. 2, 3). Это программный комплекс системы автоматизированного проектирования (САПР), который обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения. Расчеты на прочность выполняются в Ansys – программе, которая базируется на методе конечных элементов и предназначается для автоматизированного инженерного анализа. Этот комплекс задает перечень расчетных средств, которые учитывают разнообразные конструктивные нелинейности, помогают решить общий случай контактной задачи для поверхностей, могут допустить образование конечных деформаций и углов поворота, а также позволяют осуществить анализ влияния электромагнитных полей и решить задачу гидроаэродинамики и многое другое [2]. Важным и решающим моментом, на который следует обратить внимание, является последовательность выполняемых действий и процедур и обязательность их исполнения. Для обеспечения работоспособности трубопроводной арматуры обязательно выполнение расчетов на прочность, гидравлических расчетов, проведения испытаний (в полном объеме), контроля при изготовлении, строгого исполнения процедур, устанавливаемых, например, ГОСТ Р 15.301-2016, и т. д. Игнорирование каких-то процедур или этапов при выполнении постановки на производство арматуры или ее конструировании приведет к неисполнению ТЗ заказчика и, как следствие, выпуску неработоспособного или потенциально опасного изделия.
Процесс проектирования новых видов арматуры в компании «Пензтяжпромарматура» происходит постоянно. В период пандемии все инженеры были переведены на удаленную работу. На сегодняшний момент каждый имеет у себя домашний компьютер, что позволило провести процесс перехода максимально оперативно. Благодаря тому что для каждого сотрудника был полностью подключен доступ к рабочему месту, инженеры смогли выполнять тот же самый объем работы непосредственно из дома. Так, никаких сбоев в работе конструкторского отдела во время пандемии не было, снижение производительности на ПТПА в это время не почувствовали. Направлений разработок на предприятии несколько. В первую очередь это собственное освоение криогенной арматуры (в частности, кранов шаровых). Речь идет о линейке арматуры, которая работает при экстремально низких температурах рабочей среды от -196 °С. На сегодняшний момент специалисты производят опытный образец. В марте текущего года ожидается реализация испытаний продукции в криокамере.
Параллельно ведется расширение линеек новой техники.
Например, были спроектированы высокотемпературные краны больших диаметров – это диапазон от 600 до 1200 мм. Сейчас на эти краны уже взят заказ для крупного проекта «Арктик СПГ-2». В конце декабря прошлого года прошла презентация скребкового крана ПТ39140 диаметром 500 мм на давление 2,5 МПа (рис. 4, 5). Сейчас данное изделие проходит подопытную эксплуатацию на одном из объектов ПАО «Газпром». В арабском подразделении ПТПА продолжается работа над подводной и добычной арматурой.
Для проектирования применяют российский программный продукт T-flex, который является не только программой для создания 3D-моделей, но и хранилищем и архивом всей конструкторской документации на предприятии. «У нас есть целый штат инженеров-конструкторов, набор различных программных средств для проверки разработанной конструкторской документации. Программные продукты позволяют методом расчета конечных элементов оценить, как изделие выполняет свое функциональное назначение. Расчеты дают возможность подтвердить прочностные характеристики, проверить зазоры от теплового расширения металла и сейсмическую прочность деталей. Например, при проектировании кранов шаровых с уплотнением «металл-металл» производится имитация и моделирование контактной задачи, что позволяет нам быть уверенными в работоспособности нашей арматуры», – сообщили редакции журнала представители завода. Для регулирующей арматуры моделируются параметры расходных характеристик, определяется гидравлическое сопротивление при различных положениях регулирующего органа. В зависимости от угла поворота определяется возможность и степень риска возникновения эффекта кавитации. С помощью расчетов в процессе освоения новых изделий при валидации происходит подтверждение принятых конструктивных решений, что позволяет ПТПА сократить риски, время и средства при производстве опытных образцов.
«Изделия, которые мы сейчас разрабатываем, очень мало представлены на российском рынке. При поиске технической информации мы часто сталкиваемся с различными сложностями. Из-за того что мы развиваемся в новых направлениях, не специфичных для нас до этого, приходится применять новые виды уплотнений, материалов, конструктивных решений, технологий обработки и сборки деталей. Приходится напрямую выстраивать взаимодействие с инжиниринговым службами компаний-поставщиков, устанавливать контакты с инженерами, которые непосредственно разрабатывают различные элементы, с целью четкого определения условий эксплуатации и формирования правильного технического задания для производственной службы. В итоге происходит совместная проработка технических вопросов между поставщиками определенных узлов и элементов и непосредственно инженерами, которые проектируют на нашем предприятии новые виды арматуры», – говорят в АО «Пензтяжпромарматура». Так, в 2020 году на заводе полностью обновлена и внедрена программа по развитию инженеров-конструкторов, в ходе которой ведущий специалист разрабатывает новые проекты и проводит дальнейшее обучение внутри службы для того, чтобы дополнить знания всех инженеров и расширить возможности компании в области проектирования. В процессе отработки новых направлений ведущие специалисты создают по проекту не только конструкторскую документацию, но и закрепляют все правила по проектированию для того, чтобы впоследствии другие инженеры по этим методикам и правилам смогли самостоятельно выполнять расширение линейки данного направления. Помимо этого, на ПТПА действует программа по входу специалистов в должность. При приеме на работу нового сотрудника ему выделяется наставник и формируется обучение. Дальше на уровне главного конструктора еженедельно подводятся итоги, что позволяет молодому специалисту быстро адаптироваться на заводе, узнать основные направления работы, разобраться в принципах взаимодействия с другими подразделениями, освоить азы по выпускаемой и разрабатываемой арматуре (рис. 6). Сегодня в отделе выделены направления по видам изделий, что дает возможность увеличить качество при проектировании и сократить сроки по разработке конструкторской документации. Это обеспечивается за счет того, что по каждому направлению создаются базовые правила по проектированию видов арматуры и тем самым исключаются возможные несоответствия в конструкторской документации.
Ответом на вопрос о том, чего не хватает предприятиям для успешных проектов в этой области, в ПТПА назвали нехватку тех специалистов, что выходят из вузов. По мнению представителей компании, это является глобальной проблемой для всего рынка труда в арматуростроительной отрасли, решать которую заводам приходится самостоятельно. Так, в 2021 году в АО «Пензтяжпромарматура» была запущена программа «Инженер 2025». «Мы собрали команду инициативных конструкторов и начали формировать образ инженера будущего. В итоге выделили основные параметры, которыми он должен владеть, включая знания, навыки, личностные характеристики, и выстроили идеальный образ. Дальше ответили на вопрос, что теперь нам необходимо сделать для того, чтобы сформировать этот идеал непосредственно в человеке. В ходе обсуждения мы сравнили «Инженера 2025» с шахматистом, который в процессе проектирования, разрабатывая определенный проект, будто играет партию в шахматы, а его задачей на этот момент является победа в игре. Это значит спроектировать такое изделие, которое будет полностью работоспособно, пройдет все испытания с первого раза. Мы предполагаем, что инженер-конструктор – это не просто отдельный человек, который отвечает за разработку чертежей, а человек, который понимает все принципы работы, включая особенности механической обработки и технологий изготовления арматуры. Это человек, который понимает специфику поставки заготовок и комплектующих. Он уже на этапе проектирования, зная способы получения заготовок, закладывает в проект такую конфигурацию изделия, которая будет максимально приближена к возможностям поставщиков заготовок. Конечным результатом деятельности любого инженера на нашем предприятии является валидированное изделие, запущенное в серийное производство. После того как молодые и перспективные сотрудники нарисовали идеальный образ инженера будущего, к процессу подключились руководители, которые провели оценку каждого работника и присвоили ему определенный квалификационный уровень. Затем, исходя из идеального образа и полученного уровня, стало понятно, в каком направлении необходимо развиваться каждому конструктору. На 2021 год была составлена программа обучения индивидуально для каждого сотрудника», – рассказали в компании.
Деятельность Пензенского конструкторско-технологического бюро арматуростроения, несмотря на непростую обстановку, сложившуюся в мире в прошлом году в связи с пандемией коронавируса, и небольшой простой в апреле, продолжалась практически в обычном режиме. Безусловно, были перестроены многие бизнес-процессы, до сих пор действует масочный режим, контроль здоровья персонала, дистанционный формат работы некоторых сотрудников, но в целом 2020 год прошел для предприятия без серьезных потрясений. Даже удалось увеличить объемы производства по сравнению с показателями 2019 года. Так, ПКТБА проектирует (рис. 7) оборудование для сборки/разборки трубопроводной арматуры; механической обработки уплотнительных поверхностей трубопроводной арматуры, включая лезвийную обработку, шлифование и притирку уплотнительных поверхностей арматуры; для пневматических и гидравлических испытаний изделий. Разрабатываются варочно-наплавочное оборудование как для восстановления уплотнительных поверхностей арматуры, так и для ремонта другого оборудования, сварки любых изделий в рамках производства продукции; комплексы для технического освидетельствования газовых баллонов; комплексы для испытания устьевого и противовыбросового оборудования; бронеограждения; системы компьютерные измерительно-регистрирующие; станции оборотного водоснабжения; установки компрессорные высокого давления и прочее.
Проектирование продукции в основном осуществляется в САПР Компас-3D v18.1. Для разработки печатных плат применяется САПР Altium Designer, имитационное моделирование выполняется в САПР SolidWorks Professional. Процесс проектирования продукции начинается с выяснения потребностей заказчика, их анализа и последующего формирования, и согласования технического задания. Этим занимаются сотрудники специальной службы из состава конструкторского отдела. Они же сопровождают проект от начала и до приемки оборудования заказчиком. При разработке оборудования данное техническое задание вместе с внутренними и внешними НТД является обязательным для выполнения. Помимо этого, широко используются проверенные технические решения и комплектующие. Ответственные детали, узлы и даже целые изделия в обязательном порядке проверяются на соответствие исходных требований в специализированных программных продуктах на этапе 3D-моделирования. После разработки комплекта документации в соответствии с ЕСКД она проходит этапы проверки, контроля, согласования и утверждения и только после этого выдается в производство. Финансирование НИОКР выполняется исключительно за счет собственных средств компании, проектирование продукции по договору реализуется частично за счет собственных средств, частично за счет авансовых средств, полученных от клиента после заключения договора на поставку. «Большинство проблем на этапе проектирования продукции у ПКТБА возникает в результате изменения исходных требований со стороны клиента, часть этих изменений требует значительной доработки проекта. Основные сложности связаны с необходимостью дополнительных затрат времени на корректировку документации. Для решения данных и прочих задач применяются дополнительные ресурсы в рамках текущих процессов предприятия. В 2021 году важными факторами успеха остаются надежность оборудования, минимизация времени его обслуживания, бесперебойный цикл работы производства, поддержание необходимого уровня безопасности и сокращение издержек. Так, ПКТБА планирует развиваться в направлении пневматических и гидравлических испытаний, осваивать новые направления, реализовывать новые нестандартные проекты, улучшать внутренние технологические процессы и сокращать сроки выпуска продукции», – отметили в компании.
Разработка новых типов этой продукции – сложная научно-техническая задача, для выполнения которой требуются не только безупречные инженерные навыки, но и наличие в распоряжении конструктора развитой научно-исследовательской, технологической и инженерной инфраструктуры. Речь идет, в частности, о проектировании арматуры, используемой в тяжелых и экстремальных условиях эксплуатации (высокие давления, температуры, динамические нагрузки и т. д.). Отказы арматуры, которая задействована на опасных производственных объектах, могут привести к значительным экономическим и экологическим затратам. Могут нести угрозу здоровью и жизни людей. В связи с этим к трубопроводной арматуре предъявляются особые требования по надежности и промышленной безопасности, что в разы усложняет задачу создать надежную и качественную продукцию. Особенно в России. Кроме того, в ЦНИПИ «СТАРК» также отметили, что нашей отрасли не хватает вовлеченности в международные технологические проекты, наблюдается неумение работать в среде иностранных стандартов. Некоторые предприятия начали предпринимать попытки получить международные сертификаты (API, PED и т. д.), но для арматуростроения это не становится трендом. Представитель «СТАРК» подчеркнул, что именно по этой причине на нашем рынке растет доля иностранной арматуры как арматуры, выбранной лицензиаром проекта при строительстве нового или модернизации действующего технологического объекта.
В одной из статей о НИОКР на арматурных заводах мы уже упоминали тот факт [3], что арматурщики предпочитают работать строго по поставленному перед ними техническому заданию, а что касается инноваций, это дается им в разы сложнее. Где-то изучают опыт зарубежных коллег, где-то смело участвуют в обучающих отечественных программах, ставят свои собственные цели. Отношения у нас в стране с развитием не только арматуростроительной отрасли, но и в целом промышленных направлений находятся в статусе «все сложно». В условиях незаканчивающейся пандемии – тем более. На мировой рынок проектирования и производства трубопроводной арматуры выйти все еще сложно. Даже сама цель выхода на мировой рынок – не сказать, что является «трендом» среди арматуростроителей, как отметили в ЦНИПИ «СТАРК». Хотелось бы, чтобы наши арматурщики не отчаивались, когда что-то не выходит так, как было задумано, не боялись взяться за это снова, сделать лучше, сделать по-другому. Несмотря на экономическую, политическую ситуации, социальные условия, какие-либо другие трудности, всегда можно воспользоваться мерами государственной поддержки, всегда можно найти выход и новые возможности. Вышеупомянутые предприятия (ПТПА, ПКТБА, СТАРК) и другие лидеры рынка делают все возможное для своего развития, и у них это получается. Получилось у них, почему не получится у вас?
Литература
1. Исходные данные для разработки конструкций арматуры [Электронный ресурс] Арматурный завод «Адмирал». URL: https://admiralzavod.ru/ishodnye-dannye-dljarazrabotki-konstrukcij-armatury/ (дата обращения: 09.03.2021).
2. Мансурова, А. Р. Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании [Электронный ресурс] Научный журнал «Молодой ученый». URL: https://moluch.ru/archive/225/52800/ (дата обращения: 09.03.2021).
3. Медиагруппа ARMTORG. Реализация НИОКР дается арматурщикам сложнее, чем раньше [Электронный ресурс] Журнал «Вестник арматуростроителя» № 6 (62) 2020. URL: https://armavest.ru/publication/razrabotki/ mediagruppa-armtorg-realizatsiya-niok-datsyaarmaturshchikam-slozhne-chem-ranshe/ (дата обращения: 09.03.2021).
