ООО "Холодильное дело"
В РОССИИ ХОЛОД ЗА НАС!
 

Главная
Новости
Издания
Публикации
Поиск
Литература
П.О.
Компакт-диск
Подписка
Реклама
Реквизиты
Карта сайта

Copyright © 2001-2017,
ИД «Холодильное дело»

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru

"Николай Васильевич Филин"

Статья из журнала "ХБ" № 5/2003 г.

 

Имя Николая Васильевича хорошо известно среди криогенщиков России и других республик бывшего Советского Союза. Знают его и за рубежом, в том числе в Соединенных Штатах, где он близко знаком со специалистами Национального бюро стандартов в Боулдере (шт. Колорадо). На протяжении ряда лет он был заместителем председателя комиссии А-3 ("Криогенная техника") Международного института холода в Париже. Профессор Филин - один из тех "китов", на которых держалась отечественная криогенная техника. При этом для него характерно весьма выигрышное сочетание различных, если так можно выразиться, начал. Всю свою сознательную жизнь Николай Васильевич жил практически делами, не чураясь самой черновой работы. Это относилось ко всем этапам его деятельности, начиная с НИИХиммаша в г. Загорск Московской области, где он прошел все ступеньки служебной лестницы от инженера до начальника водородного комплекса. Позднее, находясь на высоких административных постах, от заместителя директора по научной работе ВНИИ Криогенмаша до Генерального конструктора по криогенной технике, он находил время и возможность для того, чтобы лично участвовать в испытаниях и исследованиях оборудования, разработанного и изготовленного под его руководством. И здесь мы переходим ко второй стороне его ипостаси - научно-исследовательской. Исследования гидродинамических процессов, возникающих на установившихся и переходных режимах в криогенных системах, вооружили специалистов инженерными приемами прогнозирования неблагоприятных ситуаций (гидравлических ударов, роста гидросопротивления и т.д.). И, наконец, третья сторона триады - педагогическая. Николай Васильевич более 10 лет возглавлял кафедру криогенной техники института повышения квалификации Мниихиммаша, с 1987 по 1993 год возглавлял кафедру "Криогенная техника" в Московском институте химического машиностроения. Взвесив все эти, а также многие другие обстоятельства, редакция журнала решила попросить Николая Васильевича поделиться своими мыслями о судьбах отечественной криогеники, тем более, что для этого имелся прекрасный, на наш взгляд, повод. Дело в том, что в начале года у Николая Васильевича приключился фактически двойной юбилей: 75 лет со дня рождения и 50 лет научно производственной деятельности. К нашей радости, дважды юбиляр от беседы уклоняться не стал. И вот что из этого получилось.

Николай Васильевич, а как вообще Вы попали в криогенику? Кстати, в 1953-м году, когда Вы кончали МАИ, в русском языке и слова-то такого не было - говорили "глубокое охлаждение".

Попал самым естественным образом. Мой курс на факультете "Авиационные двигатели" образовал первый выпуск специалистов по жидкостно-реактивным силовым установкам, для которых жидкий кислород в качестве окислителя был буквально хлебом насущным. Конечно, изучали мы и поршневые двигатели, и турбореактивные, но заниматься пришлось ЖРД. А где жидкий кислород, там и системы его производства, хранения, транспортировки, специальная арматура, приборы и т.д. И впоследствии, когда речь зашла об использовании в качестве топлива жидкого водорода, отрасль, которая тогда называлась "общим машиностроением", располагала уже квалифицированными кадрами криогенного профиля.

Хорошо, но это уже потом. А с чего начинали?

А начинать приходилось, как ни странно, не только с изучения материальной части, но и с тренировки реакции.

В каком смысле?

В простом - психофизиологическом. Дело в том, что в процессе отработки нового ЖРД очень важно не допустить полного разрушения опытного образца; в этом случае можно точнее представить картину развития процесса. Конечно, существовала такая вещь, как осциллограммы ряда быстроизменяющихся параметров, но это далеко не все. Беда в том, что характерное время развития аварийного процесса вполне сопоставимо не только со скоростью принятия решения испытателем, но и с прохождением соответствующих импульсов. Поэтому такое значение приобретает личный опыт человека, который должен "нажать на кнопку", и автоматизм его действий. Цена ошибки при этом необычайно велика, поскольку речь идет о разрушении и двигателя и стенда. Свежий человек может просто не понять, зачем "отрубили" двигатель", который, казалось бы только стал выходить на режим. Оказывается, не сделав этого, нечего было бы анализировать.

А насколько опасны эти испытания для самих испытателей?

Риск есть, но задача организаторов и участников испытаний сделать его минимальным. И дело, разумеется, не только в личной безопасности исследователей. Чем лучше понимание процессов в штатных и нештатных ситуациях, тем больше шансов на то, что будет определена подлинная причина аварийной ситуации и приняты соответствующие меры. Кстати, если говорить об испытаниях опытных образцов ЖРД, то там все ситуации - нештатные. На то они и опытные.

Раз уж мы заговорили о проблемах безопасности, то насколько вообще опасна работа со сжиженными газами?

Я не буду распространятся о вещах хрестоматийных. На каждом объекте могут рассказать истории (причем реальные) о горящих в атмосфере кислорода металлах, асфальте и спецодежде, о летающих в результате взрывов баллонах от 40 до 400-литровой емкости. И это, разумеется, поучительно, поскольку учит людей понимать, чем грозит недоработанная конструкция или нарушение правил эксплуатации оборудования. Но, вообще говоря, риск существует и при грамотной (на уровне сегодняшних знаний) эксплуатации. Поэтому в свое время мы уделяли такое внимание вопросам безопасности работы с большими количествами водорода. При этом удалось выявить массу важных закономерностей, которым подчиняется горение и взрыв водородсодержащих газовых смесей в замкнутом пространстве и в атмосфере. Эта тема достаточно интересна и сама по себе, но сейчас мне бы хотелось отметить очень существенный для практики вывод: газовая смесь, образующаяся при разливе жидкого водорода на поверхности земли, взрывается специфическим образом: волна обладает малой амплитудой давлений, но большим импульсом. Это приводит к разрушению легких конструкций (окна, двери) на большие расстояния. Это обстоятельство снимает ряд ограничений, в том числе психологических, затрудняющих практическое использование водорода в качестве моторного топлива.

Раз уж зашла об этом речь: как Вам видится эта перспектива?

Водородного топлива? Если честно, то гораздо более ограниченно, чем лет 20 тому назад. Конечно, с точки зрения экологической чистоты водород является непревзойденным горючим, при его сгорании, как известно, образуется только вода. Однако существенным ограничением является энергоемкость процесса получения водорода разложением воды, на это нужно затратить энергии никак не менее того количества, которое может быть реализовано при сжигании водорода. Если же добавить к этому еще и расход энергии на ожижение водорода, поскольку хранить и транспортировать его для последующего использования лучше всего в жидком виде, то энергозатраты удваиваются. Поэтому, как мне представляется, сегодня и в ближайшем будущем целесообразно применять водородное топливо только там, где невозможно применить другие топлива, либо если эффект, полученный от его применения, окупит все затраты. Сюда я отнес бы, например, верхние ступени ракет и гиперзвуковой самолет со скоростью полета свыше шести М (около 2 км/с). Картина могла бы измениться при открытии принципиально новых технологий получения водорода, существенно менее затратных, чем электролиз воды; но пока об их реализации говорить рано.

Жалко конечно; а ведь как хорошо звучали лозунги о водородной энергетике. Ведь предполагалось, что на нее в "свободное время" будут работать многочисленные АЭС… Но бог с ним, с водородом. Что Вы думаете о применении природного газа?

А вот это уже разговор вполне актуальный. Более того, я уверен, что работы в этом направлении необходимо активизировать, если мы не хотим в недалеком будущем столкнуться с дефицитом органического топлива. Переход на широкое применение метана на транспорте позволит более чем вдвое снизить количество вредных выбросов в атмосферу. По теплотворной способности и параметрам горения СПГ превосходит нефтяные топлива. По мировым ценам он примерно в 2,5 раза дешевле авиационного керосина.

Что сдерживает переход на широкое применение СПГ в качестве моторного топлива?

Практика показала, что использовать природный газ в теплом виде, закачивая его в баллоны высокого давления, малоэффективно. Баллоны получаются либо массивными (если изготавливать их из стали), либо дорогими (если изготавливать их из композитов и других высокопрочных материалов). Кроме того, требуются мощные компрессорные станции и вообще повсеместное освоение технологии высокого давления в условиях массового использования. Кстати, замечу: сегодня созданные еще в СССР автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (около двухсот) используются лишь на 13% от их установленной мощности. Так что для широкого применения природного газа в качестве моторного топлива необходимо создание новой топливной системы транспортных средств (автомобилей) с криогенными баками, а также инфраструктуры ожижения природного газа, его хранения, транспортировки, заправки транспортных средств.

А что, собственно, в этой задаче необычного? Ожижение метана с температурой кипения/конденсации 112К ничуть не сложнее, чем азота и кислорода. Перевозка - тоже.

Да, конечно; более того, уже давно освоена, причем в промышленных масштабах, работа с такими криоагентами, как жидкий водород и гелий. Есть только одно "но": масштабы. Перевод транспорта на СПГ потребует производства и эксплуатации сотен тысяч, если не миллионов, криогенных баков. При таких масштабах остро станет вопрос о максимальном удешевлении этой техники. Возможно, придется ограничить применение высоколегированных сталей и теплоизоляции. Нужно будет дополнительно исследовать динамические процессы в криогенных баках и трубопроводах, где на переходных режимах могут развиваться нагрузки, на порядок превышающие те, что наблюдаются на высококипящих продуктах. Необходимо найти новые решения, обеспечивающие безопасность заправочных станций, работающих в условиях плотной застройки мегаполиса, исключающие образование взрывоопасных смесей, особенно в замкнутых объемах.

Особое внимание должно быть уделено сокращению потерь жидкого продукта на всех этапах обращения с ним. Обратите внимание на следующее. При разработке ожижительных установок идет борьба за каждый процент повышения коэффициента ожижения. Вместе с тем при работе с криогенными жидкостями потери достигают десятков процентов. Показано, что полезное использование жидкого кислорода в ракетно-космической технике не превышает 50%! Отсюда вытекает острота проблемы потерь жидкого криопродукта - в первую очередь за счет совершенствования технологии работы с ним и снижения теплоемкости оборудования. Короче говоря, здесь есть к чему приложить мозги и руки; об этом я не устаю говорить своим студентам.

Какие еще направления прикладной криогеники Вы бы видели как актуальные?

Думаю, что, несмотря на определенный спад и застой в промышленности необходимо развивать количественно и качественно производство продуктов разделения воздуха. Здесь я бы отметил перспективность применения аргона для производства качественных сталей и азота - для шоковой заморозки продуктов питания и пищевого сырья. Причем, как мне представляется, эти направления не требуют невероятно больших капиталовложений в инфраструктуру, поскольку возможности созданной еще в советское время сети воздухоразделительных установок используются далеко не полностью. Одна из задач СМИ, в том числе Вашего журнала, состоит в том, чтобы помогать производителям и потенциальным потребителям криопродуктов находить друг друга. Кроме того, пусть не сегодня, но завтра, придется продолжить начатые некогда работы по техническому использованию сверхпроводимости. Никуда не деться от медицинских ее приложений, ускорительной техники, необходимой для понимания основ мироздания и т.д. Даже "тепловые" сверхпроводники для своего функционирования требуют азотного охлаждения.

Не могу удержаться и не задать еще один вопрос, в значительной степени личного свойства. Ваши работы и заслуги как организатора большого научно-промышленного направления довольно широко известны. Вместе с тем в народе ходят разные легенды о Вашем личном участии, скажем так, в разрешении ряда проблемных ситуаций. Поэтому, если можно, "в пределах, разрешенных для публикации", расскажите, пожалуйста, что там было с потерей вакуума на сферической водородной цистерне.

А было вот что. В ходе работ по созданию системы заправки водородом ракетно-космической системы "Энергия-Буран" был потерян вакуум в теплоизоляционной рубашке сферической емкости для хранения жидкого водорода объемом 1400 кубометров. Чтобы цистерну можно было заправлять криопродуктом, течь должна была быть оперативно найдена и устранена. Сравнительно быстро установили, что течет внутренняя оболочка. А вот где конкретно? Встал вопрос об осмотре этой оболочки со стороны теплоизоляционного пространства. Пришлось открыть люк в верхней части сферы и по дрожащей лестнице, приваренной в метровом зазоре между внешней и внутренней оболочками, спуститься на предмет ревизии. Течь удалось обнаружить, она находилась в нижней полусфере и была связана с расслоением в листе метала, специально созданного для этих изделий. Спасибо монтажникам, они этот кусок листа быстро вырезали и заменили; сварку сдали "с первого применения".

Честно скажите - страшно было спускаться? Все-таки высота приличная - с 6 - этажный дом. А ниже "экватора" - и вовсе, как говорят альпинисты, отрицательная крутизна.

Конечно, не по себе было. А что прикажете делать?

И еще вопрос Николай Васильевич. Что Вы делали в Чернобыле? В официальной характеристике это названо "непосредственным участием в практическом и весьма эффективном применении криогенных технологий в ликвидации аварийной ситуации".

Там все было очень серьезно, серьезнее, чем хотелось бы. Вы помните, что в результате аварии на ЧАЭС обломки тепловыделяющих стержней сгрудились в центре бывшей активной зоны реактора. Туда же были сброшены те куски графита и делящихся материалов, что при взрыве попали на крышу блока. Не берусь сказать, возникла ли там критическая масса; но измерения показывали, что температура монотонно возрастала. Помните съемки с вертолета, где все это похоже на кратер вулкана? Даже если нагрев был связан, как некоторые считали, с горением графита, процесс ничего хорошего не сулил. Расплавленная радиоактивная масса могла прожечь бетонное основание и уйти в грунт. Забеспокоилась Европа: а вдруг кроме атмосферного заражения произойдет еще и загрязнение подземных водоносных горизонтов? И, между прочим, верхние водоносные слои уже стали заметно загрязняться. Кто-то из горячих голов предлагал даже, чтобы остановить процесс, вышибить клин клином, сбросив на 4-ый блок бомбу. Страшно даже представить, что стало бы с Восточной и Центральной Европой. Тогда было принято решение: проложить под землей трубы и подать под здание жидкий азот, проморозив грунт, чтобы в нем образовалась водонепроницаемая линза. Нужного количества и размера труб из аустенитной нержавейки не было, но решили, что если трубы будут из углеродистой ("черной") стали и треснут при охлаждении, то образовавшиеся трещины будут способствовать равномерному распределению хладоносителя. Удалось оперативно доставить из-за Урала необходимое буровое оборудование, пробурить горизонтальные скважины, подать по ним жидкий азот, который кстати, не менее оперативно доставили с Байконура по железной дороге. Параллельно на площадке был установлен газификатор, и была организована подача газообразного азота в то, что сохранилось от системы охлаждения реактора. В итоге удалось переломить ситуацию. Утечки в грунт прекратились, а температура стала понижаться, что, собственно, и требовалось. Никогда не забуду, как обнимал меня плачущий от радости председатель Госснаба Украины Павел Иванович Мостовой. Может быть, я и сам в тот момент плакал, хотя чрезмерно чувствительным себя не считаю. Кстати, справедливости ради, необходимо сказать об огромной роли, которую сыграл Павел Иванович в ликвидации последствий аварии. Именно ему приходилось принимать ряд ключевых решений и организовывать техническое обеспечение претворения их в жизнь.

Николай Васильевич, с Вами очень интересно общаться, и, видимо, мы все равно сегодня не исчерпает кладовых Вашей памяти. Посему позвольте Вас поблагодарить за беседу и зарезервировать возможность ее продолжения.

С удовольствием. Думаю, нам действительно есть, о чем поговорить.

Большого Вам здоровья.

Спасибо. А Вам - успехов.

###

 

С Н.В. Филиным беседовал И.Л. Зотов

 

«КРИОГЕН-ЭКСПО. Промышленные газы 2017»

Кондиционеры, тепловые насосы, системы вентиляции