Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УНИВЕРСИТЕТ ИТМО

А.К. Андреев, Б.С. Ермаков

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2016

УДК 620.22

ББК 31.392+30.3+34.43 А 65

Андреев А.К., Ермаков Б.С. Материалы для низкотемпературной техники: Учеб. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2016. 355 с.

Рассмотрены вопросы, связанные с надежностью и безопасной эксплуатацией оборудования в условиях климатического холода и криогенных температур. Представлены систематизированные данные о свойствах и работоспособности материалов, предназначенных для эксплуатации при климатическом холоде до –60 °С; температура работы холодильных и специальных систем (– 80 … –100 °С), сжижения газов: кислорода, азота, водорода, гелия и др.

Предназначено для магистрантов направления 16.04.03 Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения, аспирантов очной и заочной форм обучения.

Рецензенты: Научно-исследовательский центр ООО «Территориальная компания "ОМЗ-Ижора"» (доктор техн. наук Т.И. Титова);

доктор техн. наук, проф. кафедры технологии и исследования материалов С.Ю. Кондратьев (Санкт-Петербургский политехнический университет)

Рекомендовано к печати Советом факультета холодильной, криогенной техники и кондиционирования, протокол № 1 от 10.09.2015 г.

Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших в 2009 году статус национального исследовательского университета. С 2013 года Университет ИТМО – участник программы повышения конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров, известной как проект «5 – 100». Цель Университета ИТМО – становление исследовательского университета мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2016

Андреев А.К., Ермаков Б.С., 2016

2

ВВЕДЕНИЕ

Современный путь развития инновационных технологий направлен на повышение срока службы и единичной мощности оборудования, надежности и безопасности его эксплуатации, повышение автоматизации и роботизации производств, особо необходимых в условиях нехватки квалифицированной рабочей силы. К числу наиболее продвинутых в области внедрения новых разработок, технологических новаций и обеспечения максимальной безопасности эксплуатации относятся в том числе предприятия, использующие при переработке сырья, изготовлении и хранении готовой продукции технологии, основанные на применении низких и сверхнизких температур. Эта температурная область включает в себя как температуры климатического холода, которые в северных регионах страны достигают минус 60–65 С, так и температуры сжижения таких газов, как азот, водород, гелий, т. е. минус 196–269 С. Актуальность проблемы ресурса низкотемпературной техники объясняется тем, что с каждым днем низкотемпературные технологии все шире используются в различных отраслях промышленности, ежегодно внедряются новые процессы и аппараты, эксплуатация которых осуществляется в низкотемпературном диапазоне. Это высокотехнологичные оборонные производства, в частности ракетно-косми- ческое, физика высоких энергий, отрасли, связанные с переработкой, очисткой и сжижением различных газов, пищевая, медицинская промышленность и др.

Анализ развития добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности в последние двадцать–тридцать лет также показывает, что отчетливо наметился перенос центра тяжести развития нефте- и газоперерабатывающих отраслей в Заполярную тундру, шельфовую зону Северного Ледовитого океана и Северного Сахалина. Ускоренное освоение этих регионов России привело к необходимости строительства и эксплуатации крупных добывающих и перерабатывающих предприятий, магистральных и промысловых трубопроводов.

Начало нового века охарактеризовалось кардинальными преобразованиями российского национального хозяйства, остро встали проблемы развития и функционирования социально-экономических комплексов северных территорий. При этом обострились общие

3

и специфические структурные изменения в региональной экономике и механизме взаимодействия федерального и территориальных уровней государственного управления.

Следует учитывать, что понятие «Крайний Север и северные регионы» в нашей стране имеет географический смысл и не привязано к конкретному экономическому району. Одной из методологических проблем внутренней типологии и классификации территорий Крайнего Севера и приравненных к ним местностям является несоответствие административно-территориальных границ субъектов Федерации и социально-экономического зонирования регионов Севера России. Отправными моментами исследования проблем, встающих перед промышленностью Севера России, являются теоретическое обобщение и детальная научная проработка методологических подходов и методических принципов к определению понятия «Север» и проблемам типологии, районирования и зонирования.

Вобщем случае «Север» определяется как территория, ограниченная физико-географическими параметрами. Правовая интерпретация районов Крайнего Севера и приравненных к ним местностей в экономике России традиционно регулировалось Постановлениями Правительства Российской Федерации путем установления перечня конкретных территорий. Отнесенные к районам Крайнего Севера территории России географически расположены в широтном диапазоне от 82-го (о. Рудольфа) до 44-го (Южно-Курильские острова) градуса, и понятие «экономика Севера России» не имеет жестко очерченных границ.

При определении «Севера» как области хозяйственной деятельности человека принципиальным моментом является качественная и количественная оценка совокупности социально-экономи- ческих, национально-этнических и природно-климатических факторов и условий.

Всоответствии с Федеральным законом «Об основах государственного регулирования социально-экономического развития Севера Российской Федерации» от 19 июня 1996 г. № 78-ФЗ понятие «Север» установлено как высокоширотная часть территории Российской Федерации, характеризующаяся суровыми природноклиматическими условиями и повышенными затратами на производство продукции и жизнеобеспечение населения. С принятием

4

Федерального закона установление границ территорий, относящихся к районам Крайнего Севера, а также районирование Севера регулируются федеральным законодательством.

К российскому Северу полностью или частично относятся 27 субъектов Российской Федерации. Территория Крайнего Севера и приравненных к ним местностей превышает 60 % площади России. На территориях Севера России проживают 11,9 млн человек, что составляет приблизительно 8 % от всего населения страны, из них 181 тыс. человек принадлежит к малочисленным народам Севера.

Север России относится к промышленно развитым регионам страны. На долю регионов Севера России приходится почти 2/5 совокупного производства ВВП, 17 % валового выпуска продукции промышленности, почти 1/3 инвестиций в основной капитал и почти 60 % экспорта природно-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.

По оценкам Госкомсевера РФ, на Севере России сосредоточено до 80 % разведанных и прогнозных запасов минеральносырьевых ресурсов, свыше 60 % лесных ресурсов и 90 % запасов пресной воды. В северных регионах добывается 97 % газа, три четверти нефти, 90 % олова, основная часть золота, алмазов, меди, никеля, 15 % угля, вырабатывается до 20 % электроэнергии, производится весь апатитовый концентрат.

Регионы Севера являются основными территориями заготовки и переработки древесного сырья. Их доля достигает почти половины общероссийского выпуска лесной продукции. Более половины улова рыбы и добычи морепродуктов России и 40 % производства рыбных консервов приходятся на долю северных районов.

В общероссийских запасах минерально-сырьевых ресурсов Республика Саха (Якутия) занимает 3-е место среди регионов России. Мурманская область является монополистом по производству апатитового концентрата в России. Запасы золота, олова, вольфрама, ртути и других полезных ископаемых в Магаданской области определяют ее рейтинг среди 20 первых регионов России по суммарным запасам минерально-сырьевых ресурсов, а также характер специализации экономики. Высокий рейтинг Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского автономных округов определяется колоссальными запасами горючего ископаемого топлива. На долю Рес-

5