«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

Ж У Р Н А Л

НИКЕЛЬ

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

Энергия никеля Никелевый катализатор помогает превратить масла и жиры в возобновляемое дизельное топливо

Использование ТВИ для транспортировки сжиженного природного газа

Энергия «зелёного» водорода, использующего нержавеющую сталь

© МОРЛИ ФОН СТЕРНБЕРГ (© MORLEY VON STERNBERG)

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 27 ПАВИЛЬОН ВХОДА НА ЛИНИЮ ЕЛИЗАВЕТЫ ЛОНДОНСКОГО МЕТРО С ВОКЗАЛА ПАДДИНГТОН В результате самой значительной реконструкции со времени первоначального возведения здания в 1853 г. лондонский вокзал Паддингтон обрел поражающий воображение новый

АКСЕЛЬ ДЕЛЬ ОРТО (AXEL DELL’ORTO)

стеклянный павильон длиной 120 метров, вознёсшийся над землёй на восьмиметровую высоту. Структурная конструкция навеса,

пояса прогонов, состоящие из сваренных

одного из самых крупных произведений

с помощью лазера профилей коробча-

зодчества, когда бы то ни было возведён-

того сечения в специальном исполнении

ных в Лондоне, состоит из рам из краше-

с рёбрами жёсткости, нависающими над

ной углеродистой стали, расположенных

нижним поясом на 25 мм, были сокра-

на расстоянии шести метров друг от

щены на 80 мм с каждого конца, чтобы

друга, и 180 прогонов (горизонтальных опорных планок) из нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603), протянувшихся между балками из углеродистой стали. Кажется, что решётка из отполированной до зеркального блеска нержавеющей стали парит

Отполированные до зеркального блеска прогоны из нержавеющей стали поддер-

обеспечить соединение с балками из углеродистой стали. Прогоны крепятся болтами к балкам из углеродистой стали сквозь ребристые плиты, соединённые с каждым ребром жёсткости с помощью болтов с утопленной головкой. Армиру-

над платформами.

живают 220 уникальных стеклянных

Местонахождение: Павильон входа на линию

выборе прогонов критически важной

Елизаветы лондонского метро с

оказалась возможность использования

железнодорожного вокзала Паддингтон, Лондон

полированной финишной отделки,

Производитель прогонов из нержавеющей

так как она великолепно гармонирует

стали: компания Montanstahl

с отпечатанной на стеклянной крыше

Инженеры-проектировщики: компания Ramboll

инсталляцией «Облака» (A Cloud Index)

Навес обеспечивает проникновение

Архитекторы: компания Weston Williamson +

известного художника Спенсера Финча

естественного освещения на глубину 25

Partners

(Spencer Finch).

метров ниже уровня земли и представ-

Архитектурные запросы обусловили

ляет собой уникальный коллаж облаков,

высокие требования к изготовлению

создающий иллюзию перемены их вида

прогонов — они касались геометриче-

в зависимости от освещения, погодных

ских допусков, поверхностной отделки

условий и времени дня на радость иду-

и качества сварки. Верхние и нижние

щим под ним транзитным пассажирам.

Вес нержавеющей стали: 56 тонн Размеры прогонов: высота 300 мм, ширина 100 мм, толщина 8 мм

«НИКЕЛЬ», т.т. 38, 38, № № 1, 1, 2023 2023 г.г.

22 || «НИКЕЛЬ»,

панелей, каждая весом более тонны. При

ющие пластины из нержавеющей стали толщиной 10 мм приварены к внутренней стороне рёбер жёсткости профилей коробчатого сечения для усиления соединения с балками из углеродистой стали.

КОЛОНКА РЕДАКТОРА: ЭНЕРГИЯ НИКЕЛЯ «Оксфордский словарь английского языка» даёт такое определение понятию «энергия» (в значении «сила»): это «способность или возможность что-то совершить или действовать определённым образом». В этом выпуске журнала «Никель» мы рассматриваем силу (способность, потенциал) уникальных свойств никеля работать в эпицентре технологий, которые критически важны для снижения углеродных эмиссий.

Одной из таких многообещающих технологий будущего является технология получения и использования «зелёного» водорода. Особые свойства водорода предъявляют жёсткие требования к материалам, используемым при его производстве, хранении, транспортировке и применении. Мы показываем, как никельсодержащие стали справляются с этими задачами, и раскрываем потенциал никелевых катализаторов, используемый для производства возобновляемого дизельного топлива. Никелевые катализаторы являются неотъемлемой частью технологии производства возобновляемого дизельного топлива с гораздо меньшими выбросами углерода, чем его альтернативы, базирующиеся на нефтяном сырье. Мы также исследуем потенциал никеля для транспортировки сжиженных газов при экстремально низких температурах. Эти газы используются для получения энергии с более низкими показателями углеродной эмиссии. Обширная коллекция технических справочных пособий Института никеля охватывает такие темы, как свойства никельсодержащих материалов, связанные с ними высокоэффективные производственные технологии и их использование почти во всех секторах

Энергия никеля, используемая во

экономики. Эти справочники находятся в открытом доступе. За последние три года

многих секторах экономики, полностью

вся коллекция была существенно переработана и дополнена, чтобы помочь инженерам

раскрывается в технических справочниках,

и разработчикам спецификаций уверенно и успешно использовать силу и потенциал

находящихся в обширном собрании

никеля. Недавно вышло в свет второе издание одного из наших самых популярных

открытой библиотеки Института никеля.

справочников — «Справочник по никелированию» — см. стр. 15.

Читайте наши бесплатные публикации

Институт никеля всецело посвятил себя просвещению, ведь всем хорошо известно, что

на сайте www.nickelinstitute.org

«знание — сила». Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель»

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 3

02 03 04 06 08 11 12 14 15 15 16

Пример из практики № 27 Павильон входа на линию Елизаветы лондонского метро с вокзала Паддингтон Колонка редактора Энергия никеля

НИКЕЛЬ

ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ФАКТЫ

СОДЕРЖАНИЕ

Никель. Занимательные факты Возобновляемое дизельное топливо Никелевый катализатор превращает жир в топливо Никель – использование в ТВИ Транспортировка сжиженного газа Суперсплавы на основе никеля Энергия движка

Покоряя силу моря

Энергия «зелёного» водорода Использование никельсодержащей нержавеющей стали Технические вопросы и ответы Новые публикации Выдержки из Универсальной системы обозначений металлов и сплавов Мерцание сада за стеной Театр Харви при Бруклинской академии музыки

Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org Д-р Хадсон Бейтс (Hudson Bates), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор communications@nickelinstitute.org

RMIT

Авторы статей: Нэнси Бэдду (Nancy Baddoo), Гари Коутс (Gary Coates), Стив Дойч (Steve Deutsch), Урсула ХеррлингТуш (Ursula Herrling-Tusch), Ричард Матесон (Richard Matheson), Франсиско Меза (Francisco Meza), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Бенуа Ван Хеке (Benoît Van Hecke), Одетт Зизолд (Odette Ziezold) Художественное оформление: компания Constructive Communications Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией.

Учитывая настоятельную потребность в высокоэффективном низкозатратном производстве «зелёного» водорода из морской воды, исследователи из Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT), Австралия, разработали новый метод, обладающий большими потенциальными возможностями. Созданное в RMIT устройство использует принципиально новый катализатор, произведённый из листов легированного азотом фосфида никель-молибдена (NiMo3P). В лабораторных условиях этот новый катализатор чрезвычайно эффективно

ISSN 0829-8351

генерирует водород расщеплением морской воды, при этом оказывая сопротивление коррозии

Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group.

и подавляя образование хлора. В лаборатории при прохождении водорода сквозь топливный

ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПРЕДОСТАВЛЕНЫ: Обложка: Утильные жиры в лабораторном производстве топлива - iStock©Sinhyu стр. 3 iStock©onurdongel, стр. 5 iStock©peterschreiber.media, стр. 6 iStock©Ratchat, стр. 11 iStock©kynny стр.13 iStock©newannyart

4 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

элемент попутно выделяется опреснённая вода. Учёные утверждают, что с помощью этого метода водород можно будет легко производить в большом количестве, что должно быть экономически выгодно для производства в промышленном масштабе. Почему используется морская вода? Да потому, что её больше, чем пресной. К тому же она совершенно бесплатна.

Как быстрее обнаружить вирусы Пандемия COVID-19 побудила группу учёных из Японии на создание диагностического устройства, работающего не на перезаряжаемых аккумуляторных батарейках, а в режиме самоподдержания. Оно не только быстрее обнаруживает вирусы в воздухе, но также передаёт эту информацию по беспроводной связи. Фумио Нарита (Fumio Narita) из Университета Тохоку (Tohoku University) объясняет,

Структурные наноблоки обеспечивают повышенную эффективность

что «устройство использует магнетострикционную легированную пластину, состоящую из железа, кобальта и никеля, и вырабатывает электроэнергию с помощью попеременного намагничивания, вызываемого вибрацией». Исследователи модифицировали железо-кобальт-никелевую пластину толщиной 0,2 мм с цепью выпрямителя / накопителя, которая аккумулировала энергию деформационных колебаний и обеспечивала беспроводную передачу информации. Затем они создали биораспознающий слой, настроив его на распознавание коронавируса человека 229E (HCoV-229E). «Мы надеемся в будущем доработать наше устройство, внеся изменения в биорасMERS, SARS и COVID-19», — сказал Нарита. Учёные из сиднейского отделения Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Австралия, разработали новый метод проектирования мельчайших трёхмерных материалов, которые могли бы повысить эффективность топливных элементов. Учёные продемонстрировали инновационную методику, использующую химический синтез для создания сложных соединений из более простых. Выращивая ветви кристаллического никеля с гексагональной (шестигранной) решёткой в центрах кристаллизации, имеющих кубическую решётку, они создали трёхмерные иерархические структуры размером около

Золотое решение

10-20 нанометров. Авторы исследования,

Одним из самых эффективных мето-

гидрогенизация (наводороживание)

рованы таким образом, чтобы больше атомов

дов решения насущной проблемы

углекислого газа. Учёные из Института

подверглось воздействию реактивной среды,

изменения климата может оказаться

фундаментальных исследований Тата

что может содействовать более эффектив-

(Tata Institute of Fundamental Research Замкнуть углеродный цикл, чтобы остановить изменение климата

(TIFR)) в Мумбаи, Индия, недавно продемонстрировали процесс, использующий солнечную энергию и «зелёный» водород, посредством которого легированное никелем чёрное золото превратило углекислый газ в полезный источник топлива. Исследование

MR. RISHI VERMA AND PROF. VIVEK POLSHETTIWAR

Горячие электроны

подтвердило исключительные каталитические характеристики плазмонного

Плазмонный чёрный золото-никель

проф. Ричард Тилли (Professor Richard Tilley) и д-р Люси Глоуг (Dr Lucy Gloag), отмечают, что «эти новые трехмерные структуры сконструи-

ному катализу в процессе преобразования энергии». Бóльшая площадь поверхности катализатора, используемого в топливном элементе или аккумуляторной батарее, означает, что в процессе конвертирования водорода в электричество реакция будет протекать более эффективно. Использование в реакции меньшего количества материала ведёт к сокращению затрат. Исследование,

чёрного золото-никеля и может вести к

опубликованное в журнале Science Advances

разработке путей экологически чистой

(«Научные достижения»), является новым

гидрогенизации углекислого газа и

шагом по пути к более устойчивому, эколо-

оказать помощь в развитии технологий,

гичному производству энергии и позволяет

способствующих снижению выбросов

отойти от зависимости от ископаемого

парниковых газов.

топлива ещё дальше.

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 5

UNSW SYDNEY

познающий слой, и проверить, может ли оно выявить и другие вирусы, такие как

ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО МНОГООБЕЩАЮЩИЙ НИКЕЛЕВЫЙ КАТАЛИЗАТОР ПРЕВРАЩАЕТ ЖИРЫ В ТОПЛИВО Согласно данным Международного энергетического агентства (International Energy Agency), ожидается, что в ближайшие несколько лет резко вырастет спрос на возобновляемые виды топлива. Стив Дойч (Steve Deutsch) из компании The Catalyst Group объясняет роль никелевых катализаторов и потенциал возобновляемых видов топлива. Рост использования «зелёного» дизельного топлива в целях борьбы с изменением климата и истощением ископаемого топлива создаёт потребность в более глубоком исследовании экономически эффективных катализаторов, таких как алюмоникелевые, которые играют ключевую роль в этом процессе.

Возобновляемое дизельное топливо (ВДТ) производится путём гидроочистки растительных масел, утильных жиров и смазочных материалов с помощью процесса, очень схожего с процессами, используемыми для производства дизеля на традиционных нефтеперерабатывающих заводах.

6 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

На сегодняшний день подавляющая часть видов возобновляемого топлива относится либо к этанолу (в США вырабатываемому на основе кукурузы, а в Бразилии — на основе сахара), либо к биодизельному топливу, производимому путём переэтерификации растительных масел. Недостатком как этанола, так и биодизеля является ограниченная смешиваемость, что сужает возможности использования этих видов топлива, а также их более низкая энергоёмкость по сравнению с бензином и дизелем нефтяного происхождения. Возобновляемое дизельное топливо (ВДТ) производится путём гидроочистки растительных масел, утильных жиров и смазочных материалов с помощью процесса, очень схожего с процессами, используемыми для производства дизельного топлива на традиционных нефтеперерабатывающих заводах. Близкий химический родственник возобновляемого дизельного топлива, экологически чистое авиационное топливо (ЭАТ), можно произвести с помощью различных процессов, в том числе путём гидроочистки растительных масел, если масляное сырьё имеет приблизительно однородный химический состав. Возобновляемое дизельное топливо соответствует всем традиционным техническим требованиям к дизельному топливу, поэтому его, в отличие от биодизельного топлива, можно использовать без применения блендинга (смешивания).

Пониженная интенсивность выбросов углекислого газа В производстве возобновляемого дизельного топлива используются различные масла — чаще всего из семян рапса и соевых бобов и пальмовое масло; также могут использоваться говяжий и отбросный жиры. Поскольку использование источников питания для целей производства топлива нежелательно, рассматриваются также нетрадиционные масла, такие как рыжиковое масло и масло ятрофы. Интенсивность выбросов углекислого газа варьируется в зависимости от исходного продукта и методов экстрагирования, но считается, что интенсивность выбросов возобновляемого дизельного топлива составляет всего 30% от интенсивности выбросов дизельного топлива нефтяного происхождения. Хотя основным побудительным мотивом использования возобновляемого дизельного топлива является снижение выбросов углекислого газа, существуют и другие преимущества. Содержание серы в составе возобновляемого дизельного топлива, как правило, составляет всего около 1 ч./млн по сравнению с 10-15 ч./ млн в обычном топливе (в зависимости от региональных стандартов на топливо), так что его можно использовать для снижения доли серы в топливе нефтяного происхождения путём их смешивания. Цетановое число возобновляемого дизельного топлива колеблется в пределах 70-90 в сравнении с минимальным цетановым числом 40 в США и 49 в Европе. Топливо с более высоким цетановым числом горит чище, что облегчает регенерацию золоуловительных фильтров и делает необходимость их замены более редкой, а это, в свою очередь, экономит топливо и снижает эксплуатационные расходы.

1

2

3

4

5

СТАНЦИЯ ЗАПРАВКИ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ТОПЛИВО

РАСТИТЕЛЬНОЕ МАСЛО ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Возобновляемое дизельное топливо про-

ность процессов насыщения двойных

изводится следующим образом: сначала

связей и удаления кислорода. Насыщен-

проводится предварительная очистка

ные никелем цеолиты (минеральная часть

масла от возможно присутствующих в нём

почвы) и другие молекулярные фильтры

металлических загрязнителей и кислот,

также используются на этапе изомери-

возникающих в результате прогоркания.

зации, приходя на смену более дорогим

жиры и смазочные материалы

Затем масло отправляется на установку

катализаторам на основе платины и

поступают на очистительный завод.

гидроочистки (подобную нефтяной), где

палладия.

происходит расщепление триглицеридов

Динамический рост

очистки нежелательные загрязнения

По данным Международного агентства

выводятся.

и удаление кислорода. Здесь также имеет место гидрирование ненасыщенных связей и расщепление крупных молекул на более мелкие. И, наконец, гидроочищенное масло изомеризуется для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива и доведения его до заданных технических характеристик (Рис. 1). Основными продуктами данного процесса являются возобновляемое дизельное топливо и пропан, при этом более тяжёлые фракции становятся экологически чистым авиационным топливом (ЭАТ), а более лёгкие фракции преобразуются в возобновляемый дизель (Рис. 2).

Никелевые катализаторы

по энергетике (МЭА), в 2021 г. ежедневное производство возобновляемого дизельного топлива во всём мире составляло всего 170 тыс. баррелей, но ожидается, что к 2027 г. оно увеличится и составит от 420 тыс. до 600 тыс. баррелей в день.

Рис. 1 Графическая схема процесса производства возобновляемого дизельного топлива 1. Растительные масла, утильные

2. В процессе предварительной

3. Гидрокрекинг и деоксигенизация являются процессами, подобными тем, что используются на заводах по очистке ископаемого топлива.

4. Изомеризация — последний

Подобным же образом в 2021 г. производ-

этап получения дизельного топлива

ство экологичного авиационного топлива

соответствующего качества.

составляло только 2500 баррелей в день, но ожидается, что к 2027 г. оно возрастёт до 1-2% мирового спроса, что эквивалентно 75 тыс. — 150 тыс. баррелей в день. Государственные структуры сделали

5. Возобновляемое дизельное топливо — это высококачественное передовое биотопливо, годящееся для всех дизельных двигателей.

обязательным использование возобновляемого топлива, поэтому по мере роста

Катализаторы, используемые для

спроса на возобновляемое топливо будет

гидроочистки растительного масла, — это

увеличиваться и спрос на никелевые

нанесённые на оксид алюминия никель

катализаторы, которые являются неотъ-

(Ni) или никель-молибден (NiMo). Никель

емлемой частью технологий производства

обеспечивает хорошую функциональ-

возобновляемого топлива. Рис. 2 Химические реакции в процессе гидроочистки растительных масел для производства возобновляемого

Растительное масло Никелевый катализатор + водород Жирные кислоты + пропан (триглицерид) Насыщение и крекинг Никелевый катализатор Гидрокрекинг и деоксигенизация

Возобновляемое Никелевый катализатор дизельное топливо Более лёгкие углеводороды + экологически чистое + угарный газ Изомеризация авиационное топливо (ЭАТ) + вода

дизельного топлива. Примечание: Институт никеля не индоссирует какие бы то ни было прогнозы или заявления о перспективах развития, включая, помимо прочего, прогнозы о перспективах развития конкретных разработок. Если читатель пожелает использовать эту информацию или сослаться на информацию, полученную от третьих лиц и находящуюся в широком доступе, ему необходимо процитировать оригинальный источник информации, а не Институт никеля.

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 7

НИКЕЛЬ — РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ СЖИЖЕННОГО ГАЗА С ПОМОЩЬЮ ТВИ Трубопровод с вакуумной изоляцией (ТВИ) позволяет транспортировать сжиженные газы при температурах много ниже O° C, что облегчит переход к возобновляемой энергетике.

ТВИ и никель

альтернативным источником энергии

Изменение климата заставляет нас

с более низкими эмиссиями, чем нефть.

стремиться к снижению выбросов

Однако производство, транспортировка

углекислого газа. Хорошую альтернативу

и использование этих альтернативных

качестве топлива. На макете «из трубы —

представляют собой те виды топлива,

носителей энергии требуют их сжижения.

на корабль» этот процесс начинается

которые не являются источником выбро-

Получение СПГ происходит при очень низ-

с наземного терминала, где хранится

сов двуокиси углерода, такие как водород

ких температурах. Необходимо принять

готовый к загрузке в нужный момент

и аммиак. Сжиженный природный газ

меры, чтобы охлаждённые и сжиженные

СПГ. Затем СПГ передаётся на судно по

(СПГ), используемый для производства

газы оставались в жидком состоянии на

трубопроводу с вакуумной изоляцией.

электричества или тепла, показал себя

протяжении всего времени их хранения и

КОМПАНИЯ CRYOSPAIN

Загрузка СПГ — это процесс поставки сжиженного газа на судно для использования в

8 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

КОМПАНИЯ SCHWANNER GMBH

поставки. Для этого необходимо изолиро-

позволяют охлаждающему оборудованию

вать сжиженные газы от внешней среды.

работать в широком спектре температур.

Именно здесь и приходит на помощь

ТВИ могут использоваться для транспор-

никель. Никельсодержащие нержавеющие

тировки жидкого водорода, аргона, азота,

стали обладают многими привлекатель-

кислорода, гелия и СПГ. У ТВИ существует

ными свойствами. Они ковки и устойчивы

множество преимуществ (в отличие от

даже при низких температурах, что

традиционной изоляции, использующей,

делает идеальным их использование в

например, пеноматериал). Во-первых,

сетях трубопроводов для транспорти-

высокая эффективность охлаждения,

ровки сжиженных газов.

которая удерживает эксплуатационные

Как работает вакуумная изоляция?

расходы на уровне более низком, чем уро-

Представьте себе макет типа «труба в трубе», где по внутренней трубе подаётся сжиженный газ. Вакуумная прослойка между двумя трубами предотвращает какую бы то ни было потерю тепла в связи с отсутствием теплопроводности, так как воздух (являющийся проводником тепла) выкачан из пространства между внутренней и внешней трубами. Но речь идёт не о макете, а о промышленном применении. Здесь никельсодержащие нержавеющие стали используются в обеих трубах — внешней и внутренней, а также в дистанционирующих устройствах, клапанах и компенсаторных сильфонах, которые

вень расходов при традиционных методах изоляции. Во-вторых, линии с вакуумной изоляцией занимают меньше места,

Трубопровод с вакуумной изоляцией производится из двух концентрических труб, в основном исполненных в нержавеющей стали: внутренняя или технологическая труба, по которой транспортируется сжиженный газ, и внешняя труба или кожух, которая поддерживает в системе вакуум. Трубы разделены друг от друга радиальными опорами, сделанными из материалов с очень низкой теплопроводностью. ТВИ с системой труб из нержавеющей стали с двойными стенками может быть предварительно собран в заводских условиях, что позволяет сэкономить время и деньги.

чем трубопровод с обычной изоляцией. Система двойных стенок с вакуумной прослойкой предлагает такую высокую степень теплоизоляции, что она может сравниться только с применением множества слоёв пеноматериала, что сильно увеличивает внешний диаметр системы. К тому же, если правила безопасности диктуют необходимость применения системы с двойной защитной оболочкой, то именно это как раз и обеспечивает внешняя труба. Если бы во внутренней трубе случились протечки, то наличие двойной защитной оболочки уменьшило

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 9

ТВИ могут использоваться для транспортировки жидкого водорода, аргона, азота, кислорода, гелия и СПГ

бы риск. Трубопровод с изоляцией из

наземного хранения на морские суда

пеноматериалов не предоставляет такой

(пакетная перегрузка) или автоцистерны

возможности обеспечить безопасность, а

(стандартные контейнеры, принятые

требует использования бетонной траншеи

Международной организацией по

безопасности, что увеличивает затраты.

стандартизации ISO) для последующего

ТВИ с системой труб из нержавеющей

использования СПГ при производстве

стали с двойными стенками может быть

электричества или в промышленности.

предварительно собран в заводских

Как в инфраструктуре загрузки СПГ, так и

условиях. Использование традиционной

в инфраструктуре его перегрузки, трубо-

изоляции требует сборки трубопровода в

провод с вакуумной изоляцией соединяет

местах прокладки и особой осторожности

источник СПГ с местом его назначения.

в обращении с изоляционным слоем во

Эта технология также позволяет прово-

избежание его повреждения. Это объяс-

дить регазификацию сжиженного газа во

няет в два раза бóльшую скорость про-

время его передачи благодаря высокой

кладки ТВИ по сравнению с прокладкой

эффективности изоляции.

трубопровода с традиционной изоляцией. И, наконец, срок службы изоляции из пеноматериала составляет всего лишь

Никель делает использование ТВИ возможным. Таков холодный расчёт!

десять лет, тогда как ожидается, что трубопровод с вакуумной изоляцией из нержавеющей стали должен прослужить, по крайней мере, лет двадцать.

ТВИ — существенная часть систем загрузки и перегрузки СПГ Речь идёт о процессе доставки СПГ (с берега, с наливного судна или из автоцистерн) на судно для использования в качестве топлива или передаче СПГ из

Термос из нержавеющей стали с вакуум-герметизированными двойными стенками Использование никельсодержащей нержавеющей стали для вакуумной изоляции не ограничено только промышленным назначением. В походных термосах для питьевой воды фактически применяется тот же самый принцип. Вакуум-герметизированные стенок необязательно означает наличие вакуумной герметизации). Термос из нержавеющей стали, герметизированный при помощи вакуума, имеет двойные стенки с промежутком между ними, который в отсутствие в нём каких бы то ни было молекул не передаёт тепло. Промежуток шириной всего 1 мм может изолировать продукты или питьё в вашем контейнере с едой.

Внутренняя труба: нержавеющая сталь марки 304 Вакуумный промежуток Внешняя стенка: нержавеющая сталь марки 304

10 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

БУТЫЛКА ДЛЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ С ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫМИ ДВОЙНЫМИ СТЕНКАМИ КОМПАНИИ ARSLO

бутылки тоже имеют двойные стенки (при этом, наличие двойных

СУПЕРСПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ЭНЕРГИЯ ДВИЖКА Термин «суперсплав» был впервые использован в сороковых годах прошлого века для описания группы сплавов, разработанных для высокотемпературного оборудования, такого, например, как турбонагнетатели и авиамоторы. Суперсплавы — это металлические материалы, которые могут выдерживать экстремальные температуры, поскольку обладают микроструктурной стабильностью, сопротивляемостью к высокотемпературному оксидированию и, что самое важное, сопротивляемостью к ползучести при высоких температурах (удлинение при высоких температурах). Эти сплавы нашли самое широкое применение во многих деталях, используемых в высокотемпературных условиях, таких как выхлопные клапаны автомобилей, конструктивные детали топок, оборудование для высокотемпературной обработки, компоненты атомных электростанций, ракетные двигатели и, что следует отметить особо, в тепловых узлах газовых и турбореактивных турбинных двигателей, используемых для выработки электроэнергии или для полёта самолётов. Суперсплавы могут производиться на

Эффективность турбинного топлива уве-

основе железа, кобальта или никеля, но

личена за счёт контролирования кристал-

сплавы на основе никеля несравненно

лической структуры лопастей турбины,

превалируют. Суперсплавы на основе

произведённых из суперсплава — сначала

никеля, как правило, состоят из более

это достигается путём выращивания кристаллов в одном и том же продольном

чем 50% никеля и около 20% хрома. Их

направлении, а затем с помощью изготов-

прочность можно увеличить с помощью твёрдорастворного упрочнения, добавив такие химические элементы, как кобальт и молибден, или посредством диспер-

ления лопасти единым кристаллом, что улучшает сопротивление ползучести, то есть сопротивление удлинению во время рабочего цикла. Кроме того, использова-

сионного твердения, при котором для

ние каналов охлаждения для снижения

производства сплавов с самым высоким сопротивлением ползучести добавляются

поверхностных температур металла и применение покрытий для снижения

алюминий и/или титан.

оксидации позволяет турбинам работать

Эти сплавы используются в критически

при ещё более высоких температурах.

важных деталях газовых турбин, таких

Нас никогда не перестанет удивлять чудо

как лопасти турбины и выхлопные сопла,

полёта, ставшее возможным в том числе

где давление и тепло достигают экстре-

и благодаря прочности суперсплавов на

мальных величин.

никелевой основе.

Суперсплавы на основе никеля, как правило, состоят из более 50% никеля и около 20% хрома. Они используются там, где давление и тепло достигают экстремальных величин.

Номинальный состав распространённых суперсплавов на основе никеля UNS/DIN

Ni%

Cr%

Co%

Mo%

Al%

Ti%

Сплав 75

N06075

баланс

20

-

-

-

-

Сплав 80A

N07080

баланс

20

1

-

1,5

2,2

Сплав 90

N07090

баланс

20

18

-

1,5

2,5

105

2,4634

баланс

20

20

5

4,7

1,2

115

2,4636

баланс

15

14

4

4,7

4

263

N07263

баланс

20

20

5,8

-

2,2

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 11

ЭНЕРГИЯ «ЗЕЛЁНОГО» ВОДОРОДА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Водород в 14 раз легче воздуха. Он не токсичен, не обладает цветом и запахом и сгорает полностью без остатка в бесцветном пламени. Он находится в газообразном состоянии при плюсовых температурах и при минусовых, вплоть до – 253 °C , но ниже этой температуры Потенциал «зелёного» водорода как

он превращается в жидкость. Это химически очень высокоактивный элемент, поэтому

заменителя ископаемого топлива

встречается в природе только в связанной форме — например, в молекуле водорода, или в

почти бесконечен. Он будет вносить

молекуле воды (он связан с кислородом), или в метане (он связан с углеродом).

существенный вклад в достижение

Производство собственно водорода очень

при помощи парового реформинга. Это

энергоёмко. Во всём мире ежегодно про-

процесс конвертации воды и метана в

является его устойчивым компаньоном

изводится 30 млн тонн «серого» водорода

водород и углекислый газ (CO2). С каждой

на пути к будущему, в котором человек

из ископаемых видов топлива, таких как

тонной водорода вырабатывается 10 тонн

не будет воздействовать на климат.

природный газ или нефть, в основном

CO2.

углеродной нейтральности.

LINDE HYDROGEN CENTER UNTERSCHLEISSHEIM, GERMANY © LINDE PLC

Никельсодержащая нержавеющая сталь

12 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

«ЗЕЛ ЁН ЫЙ » В ОДО РО Д

В О З О Б Н О В Л Я ЕМ О Е Э Л ЕК Т Р И Ч Е С Т В О

ЭЛЕКТР ОЛИ З

В ОЗОБ НОВ Л ЯЕМ Ы Й В ОДОРОД

Переход на «зелёный» водород

значительно нарушить их механические

Более благоприятной для климата аль-

свойства. Даже при всего лишь миллион-

тернативой является «зелёный» водород,

ной доле концентрации водорода может

производимый «нейтрально», с точки

произойти ухудшение качественных

зрения климатического воздействия, из

характеристик подверженного его

возобновлямых на 100% видов энергии. Самым распространённым процессом производства «зелёного» водорода является электролиз воды, когда водород отделяется от кислорода.

воздействию материала, что приводит к образованию трещин и хрупкого излома, создавая неприемлемый риск нарушения безопасности. С другой стороны, детали, произведённые из никельсодержащей

Водород является важным сырьём хими-

нержавеющей стали, благодаря своей

ческий и нефтехимической промышлен-

микроструктуре оказывают постоянное

ности и используется для производства основных химических веществ, таких как «зелёный» аммиак или «зелёный» метанол. Более половины всего производимого водорода перерабатывается в аммиак для производства удобрений. Водород может использоваться и напрямую для отопления зданий, в промышленных печах и

сопротивление как проницаемости, так и ухудшению характеристик материала. Таким образом, они предотвращают постепенную утечку газа и защищают детали от охрупчивания, постоянно поддерживая высокую прочность, вязкость и гомогенность.

в топливных элементах, приводящих в

В деталях, контактирующих с водородом,

движение электромоторы на транспорте.

стандартно используется аустенитная

Он так привлекателен тем, что его един-

нержавеющая сталь марок 316L (UNS

ственным продуктом выброса является

S31603) и 304L (S30403). Марки 317LMN

вода.

(S31726), 2205 (S32205) и 2507 (S32750)

Особые свойства водорода предъявляют

испытываются и проверяются на исполь-

самые высокие требования к материа-

зование в особенно критически важных

лам, используемым для его получения,

областях применения.

криогенного хранения, транспортировки, а также применяемым в работающем с ним оборудовании — в электролизёрах, компрессорах высокого давления, цистернах, клапанах, трубах и фитингах. Высокая диффузионная подвижность водорода требует от всех деталей высокой

Стремясь к экологически устойчивому будущему, компании всего мира ищут пути и способы расширения производства, использования и транспортировки «зелёного» водорода. Многие марки нержавеющей стали будут играть ключе-

газонепроницаемости во избежание

вую роль в течение всего этого процесса —

потерь и для уменьшения взрывоопасно-

от его начала и до конца.

сти и пожароопасности из-за его утечек.

По материалам статьи Урсулы Херр-

Прочность и сопротивляемость

линг-Туш (Ursula Herrling-Tusch) от имени

Атомы водорода могут проникать сквозь

компании Warenzeichenverband Edelstahl

многие металлы (проницаемость) и

Rostfrei e.V., https://www.wzv-rostfrei.de/

Цветомаркировка водорода Водород является элементом, который преимущественно существует в молекулярных формах, таких как вода и органические соединения. Водород в газообразной форме может производиться на основе различных сырьевых источников или процессов. Для определения этих различных источников или процессов водород кодируется с помощью цветомаркировки. Самыми значительными являются: «Зелёный» водород производится посредством электролиза воды, в рамках которого для расщепления воды на водород и газообразный кислород используется возобновляемое электричество. Причина, по которой он назван «зелёным», состоит в том, что в результате производственного процесса не происходит выбросов углекислого газа. «Серый», «коричневый» и «чёрный» водород получают из ископаемого топлива — природного газа, бурого угля и каменного угля соответственно. Однако всё вышеперечисленное в той или иной степени сопровождается эмиссией углекислого газа. «Синий» водород получают из природного газа. Однако при этом углекислый газ улавливается и отправляется в подземные хранилища (секвестрация углерода). Поскольку выбросов углекислого газа не происходит, процесс производства «синего» водорода относится к категории углероднонейтральных. «Розовый», «лиловый» и «красный» водород. Гипотетически водород может производиться с применением атомной энергии. «Розовый» водород производится посредством электролиза воды с использованием электроэнергии, полученной от атомной электростанции. «Лиловый» водород производится с использованием атомной энергии и тепла посредством комбинированного химико-термального электролитического расщепления воды. «Красный» водород производится посредством высокотемпературного каталитического расщепления воды, при котором в качестве источника энергии используется атомная теплоэлектростанция.

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 13

СПРОСИ ЭКСПЕРТА ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ

В О

В.: Каков максимум рекомендуемой скорости потока для труб из нержавеющей стали, используемых для поставки воды?

Гир Мо (Geir Moe), лицензированный инженер,

является координатором Службы технической консультации Института никеля. Наряду с другими специалистами-материаловедами, находящимися в разных странах мира, Гир Мо помогает конечным пользователям

О.: Для никельсодержащей нержавею-

равен или ниже 0,1 мм/год. Мы также

щей стали не существует рекомендаций

отмечаем положительный эффект от

в отношении предела скорости потока.

увеличения доли никеля в никельсо-

В Табл. 1 приведены коэффициенты

держащих металлах, не являющихся

потери металла для различных метал-

нержавеющими сталями. Однако, доля

лов при скоростях до 8,2 м/с (27 фут/с),

никеля в марке 316L ниже, чем в других

что показывает, что при самой высокой

никельсодержащих материалах, но

материалов, заинтересованным в получении

скорости марка 316L (S31603) обладает

ей на пользу идёт наличие коррозие-

технической помощи. Для того, чтобы

самым низким коэффициентом потери

стойкого пассивного слоя. На практике

пользователи с уверенностью применяли

металла. Фактически эта потеря

нержавеющие стали 300-й серии тести-

металла меньше той, что дана в опреде-

ровались на скорость потока до 40 м/с

лении сопротивляемости коррозии, при

(125 фут/с), при этом увеличение потери

которой коэффициент потери металла

металла не наблюдалось. (Табл. 2)

и спецификаторам никельсодержащих

никель, эта команда всегда готова бесплатно предоставлять технические консультации по широкому ряду тем, таких, например, как нержавеющие стали, никелевые сплавы и никелирование

Таблица 1: Потеря металла в морской воде при разных скоростях потока

ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ»

О Н Л А Й Н

Потеря металла в мм/год при разных скоростях потока

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickelinstitute.org ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/library/ ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2009 г. www.nickelinstitute.org/library/ СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) — зайдите на страничку Института никеля СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube www.youtube.com/user/NickelInstitute

14 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

Ni%

0.3 м/с (1 фут/с)

8.2 м/с (27 фут/с)

Углеродистая сталь

-

0,16

1,17

Чугун

-

0,23

1,36

Кремнистая бронза

-

0,004

1,46

Алюминиевая бронза

<1%

0,023

1,10

90/10 CuNi (медноникелевый сплав)

10

0,020

0,40

70/30 CuNi (медноникелевый сплав)

30

<0,004

0,16

Сплав 400

65

<0,004

0,016

Марка 316L

10

0,005

<0,005

Таблица 2: Верхний предел скорости для медноникелевых сплавов и нержавеющих сталей серии 300 в морской и питьевой воде Предел скорости м/с (фут/с) Морская вода

Питьевая вода

90/10 Cu/Ni (медноникелевый сплав)

2.4-3 (8-10)

3.7-4.6 (12-15)

70/30 Cu/Ni (медноникелевый сплав)

3-3.7 (10-12)

4.6-5.5 (15-18)

Серия 300 SS

>40 (125)

>40 (125)

НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ Достаточно ли на Земле никеля? Отвечая коротко: «Да»! Когда мы говорим о наличии никеля,

морского шельфа. Как к ресурсам, так и к

мы используем такие термины, как

резервам постоянно добавляются новые

«ресурсы» и «резервы». Термин

месторождения. Прибавим к этому около

«ресурсы» описывает потенциально

40 млн тонн никеля, который в настоящее

вероятные месторождения никелевой

время находится в использовании и в

руды, которые всё ещё необходимо

конце концов поступит в повторный

разведать в будущем. «Резервы» — это

оборот. Можно с уверенностью сказать,

разведанные и оценённые месторожде-

что при нынешнем уровне производства

ния никелевой руды, добыча которых

в 2,7 млн тонн в год никеля хватит на

экономически эффективна. Нам известно,

нынешнее и будущие поколения.

что на сегодняшний день существует

Институт никеля дополнил фактологиче-

95 млн тонн никелевых резервов, а также

ский бюллетень о никелевых ресурсах и

350 млн тонн никелевых ресурсов на суше

резервах новейшими данными. Его можно

и 300 млн тонн потенциальных ресурсов

загрузить с сайта www.nickelinstitute.org

Справочник по никелированию Институт никеля опубликовал второе

тестирования, выявление и устранение

издание популярного «Справочника по

неисправностей, практические рекомен-

никелированию». Это 104-страничное

дации, минимизация отходов, а также

бесплатное всеобъемлющее руководство

даны советы по вопросам охраны труда

по нанесению гальванических покры-

и санитарного состояния окружающей

тий было пересмотрено и дополнено

среды при никелировании. В этом

специалистом в области гальванического

издании приведена новая информация о

производства д-ром Уильямом Ло (Dr

здоровье и безопасности и введен раздел

William Lo).

о предупреждении выделения никеля

KNOWLEDGE FOR A BRIGHTER FUTURE

Nickel plating handbook

из никелированных и легированных

В «Справочнике по никелированию»

никелем изделий. «Справочник по

представлен обзор существующей

никелированию» — это высококачествен-

практики промышленного никелирова-

ное руководство по нанесению гальвани-

ния на основе фундаментальных основ

ческих покрытий. В нём представлены

электрохимии. В нём освещены такие вопросы, как состав электролита, требования к декоративным и промышленным

практические сведения для работы и управления процессами никелирования. Его можно загрузить с сайта

покрытиям, процедуры технического

www.nickelinstitute.org

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель»

UNS

C

Cr

Fe

Mn

S30403 pg 13

0.03 max

18.020.0

bal

2.00 max

S31603 pg 2,13,14,16

0.030 max

16.018.0

bal

S31726 pg 13

0.030 max

17.0 20.0

S32205 pg 13

0.030 max

S32750 pg 13

0.030 max

Mo

N

Ni

P

S

Si

-

-

8.012.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

2.00 max

2.003.00

-

10.014.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

bal

2.00 max

4.006.00

0.100.20

13.517.5

0.045 max

0.030 max

1.00 max

22.023.0

bal

2.00 max

3.003.50

0.140.20

4.506.50

0.030 max

0.020 max

1.00 max

24.026.0

bal

1.20 max

3.05.0

0.240.32

6.08.0

0.035 max

0.020 max

0.80 max

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г. | 15

ДАНИЭЛЬ КУКЛА (DANIEL KUKLA)

МЕРЦАНИЕ САДА ЗА СТЕНОЙ Это поражающее воображение грандиозное

собственные отражения в мириадах листвен-

произведение искусства собрано из нержа-

ных переплетений».

веющей стали длиной 900 погонных метров, неоднородная перфорация которой напоминает лиственный узор. По задумке автора в ней должны отражаться увитые плющом стены и зелёные насаждения площадей, окружающих Театр Харви при Бруклинской академии музыки (Brooklyn Academy of Musicʼs (BAM) Harvey Theater). Создатель этого произведения, названного Paradise Parados («Ленивый рай»), лауреат многих наград Тересита Фернандез (Teresita Fernández), сотрудничала с расположенной

В Camber Studio на основе первоначальных набросков художницы была разработана подробная цифровая модель, систематизировавшая геометрию художественного произведения, чтобы ограничить количество уникальных деталей и при этом сохранить его органику. Студия сотрудничала с лицензированными инженерами «для анализа геометрии произведения при расчёте его прочностных характеристик и разработке узлов крепления — как для соединения внутри узора плетения, так и для крепления к

Ленты «листвы» — сложная конструкция

в Бруклине студией Camber Studio. Её выбор

и выдающееся достижение инженерного

пал на отполированную до зеркального

искусства — вырезаны с помощью лазера из

блеска нержавеющую сталь, изготовленную в

С момента открытия в 2022 году инсталляция

листа нержавеющей стали сплава 316L (UNS

виде разнообразных переплетающихся слоёв.

не только постоянно вызывает неослабе-

S31603) 11-го калибра (3 мм) и отполированы

Художница задумала создание целостной

вающий интерес, но и получила почётное

с использованием неориентированной

эмоциональной среды многонаправленного

признание, в том числе и награду Комиссии

финишной обработки задней стороны № 4 и

восприятия с эффектом погружения, когда

в области проектирования общественных

зеркальной полировки лицевой стороны № 7.

зрители находятся в «окружении предмета

зданий г. Нью-Йорка «За высокий уровень

искусства, прогуливаются под ним и видят

дизайна».

16 «НИКЕЛЬ», | «НИКЕЛЬ»,т. т.38,38,№№1, 1,2023 2023г. г.

каменным стенам».