Центрифуга — это совершенно уникальное изделие
Центрифуги стоят не в чистом поле. Для них нужны здания, коммуникации, вспомогательное оборудование, системы электроснабжения и управления. Проектируем их мы. Для каждого следующего поколения центрифуг нужен новый проект разделительного производства, плюс мы готовим проекты плановой модернизации: когда шестое поколение, например, меняют на девятое, ЦПТИ выполняет много разных проектов, бывает - до двухсот в год.
Но разделительное производство всегда стоит особняком. Не потому, что таких проектов немного (один в два-три года), а потому, что они ни на что не похожи. Потому что центрифуга — это совершенно уникальное изделие. Чтобы центрифуга работала, ее нужно правильно разместить, то есть установить на строительные конструкции. Затем ее нужно обвязать трубами, по которым идет гексафторид урана. Вот представьте: разделительное производство — это километровые цеха. А протяженность технологических коммуникаций — многие десятки километров. Причем все это — вакуумные системы с соответствующими требованиями к герметичности, включающие большое количество запорной арматуры, подкачивающих компрессоров, вакуумных насосов, регуляторов, работающие как единый организм. Могу предположить, что нигде больше в России и даже в мире нет таких протяженных вакуумных коммуникаций, как на наших разделительных заводах.
К электроснабжению для разделительного производства требования тоже индивидуальные. Центрифугу нельзя просто включить в розетку 220 вольт. Чтобы обеспечить электроснабжение, используются специальные преобразователи, созданные исключительно для центрифуг. Они работают на очень высоких частотах, не имеющих прямых аналогов в промышленности. Система электроснабжения обеспечивает работу ГЦ в разных режимах — разгон, номинальная частота, торможение. При проектировании необходимо учитывать массу нюансов, связанных как с собственно частотой, так и с переходными режимами ГЦ, резервированием преобразователей и других элементов системы электроснабжения в случае отказов.
Особые требования также предъявляются к охлаждению ГЦ и микроклимату в корпусе разделительного каскада. Если их не обеспечить, то производительность ГЦ существенно снижается, а большие отклонения могут привести даже к разрушениям ГЦ. Система управления — отдельная история. В каждом корпусе разделительного завода работают сотни тысяч центрифуг, и за каждой из них нужно ежесекундно следить, оперативно менять технологические параметры секций и блоков, управлять в нештатной ситуации, когда на щите диспетчера одновременно «вываливаются» сотни сигналов и время для принятия решения крайне ограничено. Вручную эти операции выполнить невозможно, успеть может только автоматика. И все эти перечисленные особенности необходимо учесть в проекте.
Исторически единственным проектировщиком разделительных производств в СССР и затем в РФ был Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт энергетической техники (ГИ «ВНИПИЭТ»). Именно сотрудники ВНИПИЭТ спроектировали все четыре существующих разделительных завода — УЭХК, ЭХЗ, СХК, АЭХК — и в последующем долгие годы обеспечивали их модернизацию. Проектировщики ВНИПИЭТ предложили и реализовали уникальные на тот момент технические решения, определившие облик разделительных заводов и потенциал для их будущего развития.
Я застал то время, когда ВНИПИЭТ реально вел работы на наших площадках, и был знаком с некоторыми из гуру старой школы. Такие фамилии, как Ю. В. Вербин, В. В. Толстой, А. М. Ленинский, В. П. Алешин, Е. Г. Долженко многое скажут старожилам наших предприятий. ВНИПИЭТ разрабатывал проекты модернизации разделительных производств вплоть до начала 2010‑х годов. При этом институту помогали существовавшие в это время проектно-конструкторские отделы на разделительных заводах — разрабатывали рабочую документацию.
Лет 10–12 назад ситуация кардинально изменилась. ВНИПИЭТ прошел череду реорганизаций и перестал заниматься проектированием разделительных производств. Многие специалисты ушли на пенсию, кого-то уже нет, преемственность не сохранилась; фактически, компетенции утеряны. С другой стороны, параллельно с этим наращивались компетенции в проектных отделах на разделительных заводах, главным образом на УЭХК. В 2011 году эти специалисты перешли в состав вновь образованного ЦПТИ. Поэтому, хотя нашему институту всего 11 лет, некоторые наши сотрудники проектируют разделительные производства уже более 20 лет и, что самое главное, передают свой опыт вновь приходящим проектировщикам.
Проектирование разделительных заводов также исторически связано с разработкой специальных норм для проектирования. Дело в том, что действующие общестроительные нормы, ГОСТы, требования к ядерно- и радиационно опасным объектам не учитывают специфику и опыт создания и эксплуатации разделительных заводов. Поэтому в дополнение к общим нормам еще в 60‑е годы прошлого века были разработаны специальные требования к проектированию разделительных производств. В них описано, например, на каких строительных конструкциях с какими допусками размещаются ГЦ, как должны быть устроены технологические коммуникации, как организовано электроснабжение разных групп потребителей, какой требуется воздухообмен, по каким алгоритмам работает АСУ ТП; определены даже такие детали, как цвет окраски трубопроводов в корпусе, и многое другое. Автором этих специальных требований, понятно, также был ГИ «ВНИПИЭТ». После того как он перестал заниматься проектированием разделительных производств, эти нормы долго не пересматривались и сильно устарели, поэтому в период с 2015 по 2017 год ЦПТИ - как фактический преемник - переработал старые требования с учетом современного уровня развития разделительных заводов за последние десятилетия. Сейчас это обновленный комплекс стандартов Топливной компании для проектирования разделительных производств.
Таким образом, эстафета проектирования газоцентрифужных заводов целиком перешла от ВНИПИЭТ к ЦПТИ. Сейчас мы единственные в России, кто умеет это делать. В каждом новом поколении единичная мощность центрифуг повышается, меняются габариты, масса, скорость вращения, температура, другие параметры. Как следствие, меняются схемы разделительного каскада, становится больше технологических труб, запорной арматуры — и по количеству, и по диаметру. Нужны более мощные электроснабжение, вентиляция, системы охлаждения. Там, где раньше в корпусе можно было свободно пройти, сегодня иногда даже руку не просунуть.
Постепенно мы подходим к пределу возможности устанавливать новые газовые центрифуги в старых корпусах 1960‑х годов постройки. Во-первых, центрифуги в них уже действительно сложно размещать — плотность технологических коммуникаций близка к предельной. Маневрировать пучками труб и арматурой в ограниченном пространстве становится все сложнее, местами приходится жертвовать эргономикой. Во-вторых, корпуса перестают соответствовать современным строительным нормам, которые ужесточаются с каждым годом. Новые проекты в старых корпусах все сложнее отстаивать при прохождении экспертизы. В связи с этими причинами полагаю, что в ближайшее десятилетие новые поколения газовых центрифуг будут размещать в новых корпусах. А для новых корпусов, конечно, проектировать пространственную организацию гораздо интереснее. Длина трасс сокращается, вспомогательные системы можно расположить намного удобнее, что-то объединить, убрать в подвал или вынести в пристройку. С нуля получается намного изящнее. Мы уже сделали один проект с новым корпусом, но, к сожалению, он пока остался на бумаге. До сих пор размещаться в старых корпусах экономически выгоднее, но, вероятно, на одном из следующих поколений ГЦ выбор будет сделан в пользу нового строительства, и эту задачу нам как проектировщикам будет очень интересно решать.
Последние кульманы мы выбросили больше 10 лет назад, когда организовывался ЦПТИ. На них, конечно, уже давно не работали, просто жалко было расставаться с чем-то старым и привычным в обстановке. В ЦПТИ изначально каждое рабочее место было оснащено графической рабочей станцией с установленным программным пакетом AutoCAD для разработки проектной и конструкторской документации. Производительность относительно кульмана кратно выросла, стала формироваться база данных электронных файлов по объектам, и уже не нужно было каждый раз вычерчивать каждую линию заново, как на кульмане. Появилась возможность совместной работы проектировщиков в едином информационном пространстве на сетевых ресурсах. Появились электронные архивы для хранения документации взамен прежних архивов бумажных чертежей.
Следующий этап начался лет пять назад — мы начали постепенно переходить от двухмерного к трехмерному проектированию. По сути, что такое AutoCAD? Это тот же кульман, но только на компьютере. Раньше рисовали линию карандашом, потом стали мышкой. А теперь начали протягивать электронные объекты. Не линии, а буквально трубы, воздуховоды, кирпичные стены и т. д. Мы используем и готовые библиотеки элементов, и создаем собственные элементы. Благодаря трехмерному проектированию мы выявляем нестыковки элементов из разных разделов проекта уже на ранних стадиях его проработки. Последние три года мы также используем лазерное сканирование. Теперь, приходя на объект, мы не ограничены рулеткой и старыми чертежами (которые, кстати, в большинстве случаев оказываются некомплектными и неактуальными), а просто ставим сканер — лазерный радар на штативе, который с большой точностью определяет координаты всех видимых объектов, собирает облако точек. Далее происходит программная обработка облака точек и создается трехмерная модель, используемая в процессе проектирования. Кроме лазерного сканирования, в последнее время мы также широко применяем панорамное фотографирование — фотоаппарат, который делает снимки, поворачиваясь на 360º. Отсняв объект в нескольких точках, мы создаем набор фототуров, позволяющий проектировщику не выходя на объект посмотреть, например, как и куда провести коммуникации. Эти инструменты существенно экономят время и повышают качество работы.
Одна из задач, которую мы сейчас решаем в рамках трехмерного проектирования, — переход на российское ПО. Отечественные решения в трехмерном проектировании уже есть, но их надо доводить до приемлемого состояния. Несколько программ мы уже тестируем. Еще одна задача — доработка существующих программ под наши нужды. Ею у нас занимается отдел методологии сопровождения проектирования и конструирования, где работают настоящие цифровики. Например, они занимаются встраиванием в модель атрибутивной информации, чтобы в программе можно было, выбрав задвижку или компрессор, увидеть, кто изготовитель, сколько деталь весит, прочитать руководство по эксплуатации. Это уже не просто цифровая модель, а атрибутивная. У нас есть решения, которые позволяют автоматически вводить такие данные. Также мы разработали портал фототуров — решение с использованием дополненной реальности на базе очков HoloLens.
Все наши разработки объединены в систему цифрового сопровождения жизненного цикла объекта Landmark. Считаю, что система удалась: она победила в номинации «Отечественная программная разработка в области информационного моделирования» во всероссийском конкурсе с международным участием «ТИМ-лидеры 2021/2022».
Выпускник вуза проектировщиком сразу же не станет. Он должен набраться опыта — изучить нормы, правила, ГОСТы, что-то сделать на практике. Начать проектировать самостоятельно человек сможет года через три, а то и через пять. Сначала он работает в команде под руководством более опытного сотрудника, потом задачи усложняются, потом начинается самостоятельная работа. В этом смысле с советских времен ничего не поменялось, я сам так нарабатывал инженерный опыт. Это нормальный путь роста. Сейчас выпускники нечасто идут в проектные институты, поэтому мы стараемся (опять же, как в советское время) брать студентов на практику: курируем дипломную работу и таким образом привлекаем их к себе. Но дефицит, к сожалению, пока все еще есть. Тех, кто к нам пришел, мы учим прежде всего нормам безопасности — промышленной, ядерной и радиационной, пожарной. Раз в пять лет каждый проектировщик проходит аттестацию по всем видам безопасности. Кроме того, ЦПТИ как член СРО «Союзатомпроект» регулярно проводит обучение специалистов в аттестованных организациях в соответствии со специализацией. Наш отдел методологии сопровождения проектирования и конструирования проводит внутреннее обучение проектировщиков трехмерному проектированию. Кроме того, в институте организованы периодические семинары по обмену опытом между проектировщиками разных филиалов, а также презентации изготовителей оборудования и материалов. Например, совсем недавно прошел семинар по использованию углеродного волокна в строительных конструкциях.
Я тоже учусь, как и все, прохожу аттестацию по всем нормам безопасности, сдаю экзамены. Более того, как технический директор и председатель комиссии в ЦПТИ все аттестации сначала я должен пройти сам, потом у других принимать. У меня экзамены принимают Ростехнадзор и Госкорпорация. Например, у меня есть удостоверение об аттестации, подписанное лично директором по капитальным вложениям, государственному строительному надзору и государственной экспертизе Росатома Геннадием Станиславовичем Сахаровым.
Хотелось бы, чтобы не проектировщик перебирал возможные решения, а программа сама в рамках заданных ограничений предложила один или несколько оптимальных вариантов расстановки оборудования и прокладки трасс: где поставить какую-то единицу оборудования, где положить трубу, где кабель. Подобное уже давно используется в разработке электронных печатных плат: в режиме автотрассировки программа самостоятельно генерирует решения, и разработчик решает, выбрать ему что-то из предложенного или доработать собственный вариант. Такой инструмент был бы весьма полезен, например, при трассировке технологических трубопроводов разделительного каскада, сократил бы время проектирования и количество рутинной работы.
Вероятно, в будущем разделительное производство станет полностью безлюдным. По сути, минимум на 90% это реализовано уже сейчас: в помещениях разделительного каскада, например, персонал практически не бывает, - только для технического обслуживания и ремонта оборудования. Ручные операции, по большому счету, сохранились только на участках с КИУ (конденсационно-испарительными установками), где происходит периодическое подключение емкостей с сырьем, готовым продуктом и отвалом. Но КИУ — не лучшее место для нахождения человека с точки зрения вредных факторов. Да и сами по себе операции подключения, отключения, перемещения емкостей не требуют высокой квалификации и гораздо менее сложны, чем, например, автоматическое управление автомобилем в городе, которое сейчас становится реальностью. При сегодняшнем уровне развития техники такие операции достаточно легко автоматизируются, и у наших конструкторов уже сейчас есть ряд идей.