Комментариев: 104.09.2014

  

АВТОРЫ Цой Л. Г. Зав. лаб. ледокольной техники ЗАО «ЦНИИМФ», д.т.н., проф.

Легостаев Ю. Л. Зам. начальника НПК ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», д.т.н., проф.

Кузьмин Ю. Л. Нач. лаб. электрохимических методов защиты ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», д.т.н.

   Корпус ледокола должен быть гладким

Странная, если не загадочная история складывается с созданием мощного арктического ледокола (АЛ) нового поколения. В журнале «Морской флот» №5 (1503) 2012 г. уже высказывалось сомнение, не сдают ли позиции наши ледоколостроители после развала Советского Союза, несмотря на богатый опыт 150-летнего отечественного ледоколостроения и 80-летнего освоения Северного морского пути. Помимо поднятого в статье вопроса о невыполнении требования технического задания на проектирование ледокола по обеспечению заднего хода, проектант – ЦКБ «Айсберг» выступил перед Госзаказчиком с предложением исключить из технического задания также требование, предписывающее применение для наружной обшивки универсального атомного ледокола в районе переменных осадок двухслойной стали с нержавеющим плакирующим слоем, мотивируя это отнюдь не профессиональным доводом о достаточности оборудования ледокола пневмоомывающим устройством (ПОУ).

Казалось бы, убедить проектанта в ошибочности такого мнения удалось, и требование ТЗ по применению плакированной стали оставить в силе. Однако будущий судовладелец перспективного атомного ледокола ФГУП «Атомфлот» вдруг тоже подверг сомнению оправданность применения на атомном ледоколе проекта 22220, к строительству которого приступило ООО «Балтийский завод – Судостроение», ледового пояса из плакированной стали с системой электрохимической защиты корпуса (ЭХЗ). 

«Атомфлот» против

В письме «Атомфлота» в адрес ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», являющегося разработчиком плакированной стали и ЭХЗ, речь идет об учете и величине надбавки на коррозионный износ и истирание наружной обшивки корпуса нового ледокола и ничего не говорится о главной проблеме - о последствиях коррозионно-эрозионного разрушения наружного слоя обшивки из высокопрочной хладостойкой стали типа АБ, приводящего к шероховатости в виде глубоких язвенных образований с острыми кромками (так называемой «терки»), значительно повышающей сопротивление льда движению судна. На рис.1 приведен фрагмент обшивки атомного ледокола после 8 лет эксплуатации, шероховатость которого по параметру R_max (максимальная высота неровностей профиля в пределах базовой длины) достигла 1800 мкм.

С позиции обеспечения ледовой прочности величина надбавки на износ и истирание наружной обшивки корпуса в течение срока службы ледокола нормируется, и в необходимых случаях (например, при продлении срока) согласовывается с Российским морским регистром судоходства (РС). В этом отношении решение проблемы коррозионно-эрозионного износа корпуса имеет формальный характер и не вызывает опасений в части сохранения прочности корпуса. Однако авторы письма «Атомфлота», возможно не посоветовавшись с капитанами, обошли принципиально важный вопрос, связанный с таким необходимым ледовым качеством ледокола как ледовая ходкость, его ледопроходимость и маневренность во льдах, которые при прочих равных условиях существенно зависят от состояния наружной обшивки корпуса, ее гладкой поверхности.

Создание в России мощных атомных ледоколов позволило в 1970-1980 гг. значительно расширить сроки арктической навигации на всем протяжении Северного морского пути, а в Западном районе Арктики – обеспечить работу флота в круглогодовом режиме. Одновременно с этим выявился ряд проблем, связанных с особенностями зимних условий эксплуатации. Серьезной проблемой является существенное падение ледопроходимости ледоколов (вплоть до полной остановки), вызванное как явлением лавинообразного облипания корпуса снежно-ледяной массой, так и значительным увеличением сопротивления движению в заснеженных льдах при низких температурах наружного воздуха.

 

 Эффективность использования ГЭУ и безопасности ледокольных проводок Необходимость решения этих проблем определяет актуальность изыскания технических средств, улучшающих ледопроходимость и повышающих эффективность использования мощности главной энергетической установки. К таким средствам относятся омывающие устройства, специальные антифрикционные покрытия корпуса и двухслойные стали с электрохимической защитой.

Опыт эксплуатации показал, что наблюдаемое зимой облипание корпуса и частые тяжелые заклинивания практически отсутствуют в первые годы работы ледокола, а затем учащаются и усиливаются по мере старения его корпуса. Через несколько лет после ввода ледокола в эксплуатацию отмечается прогрессирующее падение его ледопроходимости, что связано с увеличением шероховатости наружной обшивки корпуса вследствие интенсивного коррозионно-эрозионного износа. Доковые осмотры подводной части корпуса современных АЛ показали, что в результате быстрого истирания обычных лакокрасочных покрытий наружная обшивка находится в постоянном контакте с коррозионно-активной средой и подвергается интенсивной коррозии, которая носит сплошной точечно-язвенный губчатый характер, разрастающей с течением времени, приводя к значительному снижению эффективности работы во льдах не только с точки зрения ухудшения эксплуатационно-экономических показателей, но и обеспечения безопасности ледокольных проводок. Внезапное торможение в условиях облипания и резкая остановка лидирующего ледокола может привести к аварийным ситуациям при караванном движении.

Выполненные ЦНИИМФом натурные испытания ледоколов с различными сроками службы и анализ результатов отечественных и зарубежных исследований влияния трения льда о корпус на ледовую ходкость судов, а также проведенное изучение динамики нарастания шероховатости наружной обшивки корпуса ледоколов, позволяют констатировать следующее:

1. сравнительные натурные испытания показали, что ледопроходимость ледокола «Арктика» через 8 лет эксплуатации снизилась почти на 27%, что соответствует потере около 50% мощности ЯЭУ (рис. 3, 4). Иными словами, по сравнению с новым (гладким) корпусом расход ядерного топлива у ледокола с шероховатым корпусом увеличился в 2 раза. Эксплуатация ледоколов в Арктике в зимний период сопровождается значительными потерями ходового времени, связанными с облипанием корпуса снежно-ледяной массой  и продолжительными заклиниваниями. Эти явления прогрессируют по мере старения корпуса, и через 8-10 лет после начала эксплуатации частота пребывания таких ледоколов в условиях облипания достигает 25% от общего ходового времени во льдах за зимнюю навигацию. Потери средних скоростей при этом составляют около 50%. Снижение ледопроходимости ледоколов в процессе эксплуатации связано с увеличением коэффициента трения между льдом и корпусом, что, в свою очередь, обусловлено ростом шероховатости наружной обшивки в результате коррозионно-эрозионного износа. Изучение состояния судовой поверхности АЛ показало, что в подводной части корпуса шероховатость обшивки, выполненной из стали типа АБ, возрастает в течение 8-10 лет эксплуатации более чем в 10 раз. В дальнейшем степень шероховатости (глубина язв) стабилизируется, оставаясь практически на прежнем уровне. Для наружной обшивки из углеродистых низколегированных сталей шероховатость растет в течение 11-13 лет и стабилизируется на более низком (меньшем примерно вдвое) уровне, чем для высокопрочных хладостойких сталей .Установлено, что увеличенная за 8-10 лет шероховатость наружной обшивки АЛ со 100-150 мкм до 1600-1800 мкм по параметру R_max привела к увеличению коэффициента трения между корпусом и льдом в 2-2,5 раза (для бесснежного льда), то есть с 0,07-0,08 до 0,17-0,19.

Результаты экспериментальных исследований показали существенную роль составляющей трения в полном ледовом сопротивлении. При увеличении коэффициента трения в указанных выше пределах доля составляющей трения в общем ледовом сопротивлении может возрасти для случая движения ледокола в зимнем сплошном льду от 30-45% до 60-75% в зависимости от толщины и заснеженности льда.

Зависимость ледопроходимости от коэффициента динамического трения обшивки по льду, полученная применительно к ледоколам «Арктика» и «Капитан Сорокин», приведена на рис.6. Очевидно, что выявленное значительное снижение ледопроходимости ледоколов (особенно атомных) с увеличением шероховатости корпуса в течение срока службы требует принятия специальных мер по предотвращению этого отрицательного явления, приводящего к непрерывному ухудшению ледовых качеств ледоколов в процессе эксплуатации. 

Предотвращение облипания корпуса

Одним из действенных средств предотвращения облипания корпуса является применение пневмоомывающих устройств (ПОУ). Вместе с тем, как показывает опыт, эффективность пневмообмыва корпуса существенно зависит как от шероховатости обшивки, так и от заснеженности льда. При высоте снежного покрова более 50 см применение ПОУ практически бесполезно. Единственным надежным способом сохранения ледопроходимости является обеспечение обшивки корпуса гладкой в течение всего срока службы ледокола. Из известных способов, применяемых на практике, могут быть названы следующие два:

- окраска корпуса ледостойким покрытием на эпоксидной основе типа «Инерта-160»;

- использование для наружной обшивки в районе носовой оконечности и ледового пояса компаунд-листов с нержавеющим наружным слоем с электрохимической катодной защитой остальной части корпуса.

Как показывает опыт эксплуатации АЛ, для сохранения ледопроходимости на спецификационном уровне путем применения покрытия «Инерта-160» данное покрытие должно обновляться ежегодно, то есть необходимо ежегодного выводить ледокол из эксплуатации с соответствующими затратами времени и средств на его докование и окраску.

Насколько важно для ледоколов иметь гладкий корпус, доказывает эпопея вывода транспортных судов из Восточного района Арктики в экстремально тяжелую навигацию 1983 г. Благодаря счастливому совпадению корпус ледокола «Арктика» (переименованного тогда в «Леонида Брежнева») к этой навигации был зашпаклеван и окрашен ледостойким покрытием «Инерта-160». Таким образом, была полностью восстановлена его спецификационная ледопроходимость. И только благодаря этому удалось успешно провести операцию по выводу судов из Певека в Берингов пролив, избежав их зимовки в Арктике. В этой операции участвовали еще два АЛ. Это однотипный а/л «Сибирь» постройки 1977 г. и первый в мире атомный ледокол «Ленин» постройки 1959 г. Освещая события в Арктике1983 г., пресса об этих ледоколах даже не упоминала. Они не покрывались «Инертой». Изъеденная коррозией обшивка корпусов превратилась в «терку», что наряду с падением проектной ледопроходимости приводило при работе ударами в тяжелых льдах к частым заклиниваниям и облипанию шероховатых корпусов. В клинениях «Сибирь» провела 58 часов, то есть 31% времени всего перехода каравана судов из Певека в Берингов пролив. АЛ «Ленин» в переходе на восток не участвовал. Его ледопроходимость составляла всего 1-1,2 м вместо проектной 1,65 м. Он повел два судна на запад, где ледовая обстановка была значительно легче.

Казалось бы, применение покрытия «Инерта-160» решает проблему обеспечения гладкого корпуса АЛ. Но сохранность покрытия в носовой части корпуса и в районе ледового пояса на ледоколе весьма кратковременная. Через шесть месяцев после нанесения «Инерты» ледопроходимость а/л «Леонид Брежнев» начала ухудшаться, а через 13 месяцев она упала снова до значений 1,6-1,7 м, соответствующих состоянию ледокола до его покраски, что подтверждено актом обследования состояния подводной части корпуса а/л «Леонид Брежнев» от 18.05.1985 г.

Расчеты сравнительной экономической эффективности различных средств повышения ледопроходимости, выполненные ЦНИИМФом применительно ко всему сроку службы ледоколов, показали, что для мощных атомных ледоколов, предназначенных для круглогодичной работы в Арктике,  наиболее выгодно использование в качестве материала обшивки корпуса в районе ледового пояса двухслойных сталей с нержавеющим наружным слоем и одновременным применением катодной ЭХЗ остальной подводной части корпуса из гомогенной стали. Причем экономическое преимущество ледокола с ледовым поясом из плакированной стали возрастает с увеличением его срока службы. Согласно ТЗ новый атомный ледокол по проекту 22220 строится с учетом увеличения его срока службы до 40 лет.

Наиболее стойкой к износу является обшивка, плакированная нержавеющей сталью. Целесообразность и эффективность катодной электрохимической защиты корпуса АЛ была изучена Спецгруппой Технадзора за строительством атомных ледоколов на Балтийском заводе. Было установлено, что ожидаемый эффект от применения катодной защиты в сочетании с покрытием корпуса судна эпоксидной краской типа «Инерта 160» заключается в:

- уменьшении скорости коррозии листов подводной части корпуса и отливок;

- уменьшении скорости коррозии сварных швов. Применение специальных сортов стали всегда связано с сильной местной коррозией в сварных швах. Эта коррозия вызывается гальваническим действием и предотвращается с помощью катодной защиты;

- устранение питтинга и щелевой коррозии винтов из нержавеющей стали, а также гальванической коррозии листов корпуса судна вследствие использования нержавеющей стали. Очень важно использовать катодную защиту для исключения контактной коррозии в месте стыка нержавеющей стали и низколегированной стали корпуса.

Применением катодной защиты с высококачественным красочным покрытием корпуса судна можно обеспечить экономию за счёт сокращения необходимости в замене листов корпуса или подварки швов; уменьшения расхода топлива путем поддержания проектной ледопроходимости, так как шероховатость корпуса остаётся низкой; увеличения интервалов между постановками судна в док.

На основании сравнения ледоколов «Россия», на которой ЭХЗ не работала, и «Советский Союз», на котором ЭХЗ работала практически постоянно, Спецгруппа Технадзора пришла к следующему заключению:

«Система ЭХЗ корпуса ледоколов даёт положительный эффект в случае нарушения лакокрасочного покрытия корпуса, что видно из сравнения состояния корпусов ледоколов  во время их первого докования. Атомные ледоколы «Россия» и «Советский Союз» проработали в одинаковых условиях Арктического бассейна примерно одно и тоже время, площадь нарушенного лакокрасочного покрытия подводной части корпуса тоже примерно одинаковая. Единственное отличие в том, что на а/л «Россия» установленная система ЭХЗ не была подключена с постройки.

Ha а/л «Россия» в местах отсутствия лакокрасочного покрытия наружная обшивка подверглась сплошной коррозии точечно-язвенного характера, представляющей собой плотную «губку», глубина неровностей которой находится в пределах от 0,4 до 1,2 мм, в отдельных местах до 2,2 мм; на литых конструкциях от 2,8 до 3,6 мм, в отдельных местах до 4,3 мм.

На а/л «Советский Союз» на бортовых участках наружной обшивки от уровня максимальной осадки до скулового пояса (до верхней кромки наделок каналов ПОУ) наблюдалась незначительная равномерная коррозия глубиной до 0,15-0,2 мм без следов язвенных (типа «тёрки») повреждений. На поверхности наделок каналов ПОУ и далее на скулах и днище отмечались локальные участки со следами язвенной коррозии, глубиной до 1,0 мм. На литых конструкциях (форштевне, ахтерштевне, выкружках гребных валов) наблюдается точечная коррозия глубиной до 1,5 мм.

Из сравнения состояния корпусов ледоколов во время докования выявилось, что при наличии полноценной и эффективно работающей системы ЭХЗ коррозия корпуса значительно (примерно в два раза) меньше чем без системы ЭХЗ. Уменьшение коррозии подводной части корпуса приведет к улучшению проходимости ледокола во льдах, экономии топлива и уменьшению затрат на замену листов обшивки корпуса в перспективе». 

Применение плакированных нержавеющим слоем сталей в сочетании с ЭХЗ

Выполненный ЦНИИМФом анализ данных по опыту эксплуатации ледоколов в Арктике и доковым осмотрам, а также проведенные исследования с натурными испытаниями позволили разработать и обосновать требования к техническим средствам повышения ледопроходимости ледоколов и сохранения ее на спецификационном уровне с оценкой эффективности этих средств и целесообразности их использования в зависимости от условий эксплуатации и назначения ледоколов. На основании эксплуатационно-экономических расчетов установлено, что наиболее эффективным (экономически целесообразным) для мощных атомных арктических ледоколов средством сохранения их ледопроходимости на спецификационном уровне в процессе эксплуатации и предотвращения облипания корпуса снежно-ледяной массой является применение для наружной обшивки плакированных нержавеющим слоем сталей, в сочетании с ЭХЗ, позволяющих сохранить взаимодействующие со льдом части корпуса практически гладкими в течение всего срока службы ледокола.

Изложенное дает основание не просто рекомендовать, а настаивать на необходимости применения на атомном ледоколе нового поколения пр. 22220 для наружной обшивки плакированной стали, как это и было предусмотрено техническим заданием на проектирование ледокола. 

Après nous le deluge?

Неожиданное заявление оператора атомными ледоколами ФГУП «Атомфлот» (письмо ФГУП «Атомфлот» в ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» №УТЭФ-33/203 от 22.02. 2013 г.) о нецелесообразности применения системы электрохимической защиты корпуса (ЭХЗ) и ледового пояса из плакированной стали на универсальном атомном ледоколе проекта 22220, строящемся на ООО «Балтийский завод-Судостроение» не могло не вызвать искреннего недоумения и решительного несогласия как специалистов по ледоколостроению, так и разработчиков отечественной системы ЭХЗ и плакированной стали для атомных ледоколов ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей».

Предложение изготовить корпус ледокола пр.22220 полностью из гомогенной стали без ЭХЗ «Атомфлот» аргументирует тем, что «корпус а/л «Арктика» и без ЭХЗ выдержал более 35 лет интенсивной эксплуатации в арктических морях, а по данным обследования он выдержал бы и еще 5 лет работы по прямому назначению». Авторы письма ссылаются на ненадежность примененной на атомоходах отечественной электрохимической защиты, разработанной в качестве еще опытной более 30 лет назад, и «очень высокую строительную стоимость ЭХЗ и ледового пояса из плакированной стали». В число доводов против ЭХЗ попало даже такое курьезное заявление, что «применение ЭХЗ не обеспечивает сохранность ледостойкого покрытия».

Вместе с тем, в письме ни слова не говорится о пагубном влиянии корродированного корпуса атомного ледокола на его ледовые качества, маневренность во льдах и ледопроходимость, резкое падение которой по сравнению со спецификационной (проектной) уже в первые годы эксплуатации значительно снижает эффективность, надежность и безопасность ледокольных проводок транспортных судов. В результате страдает и экономика. Ухудшающаяся ледовая ходкость вызывает необходимость работы на повышенных мощностях даже в относительно легких ледовых условиях, что влечет к хроническому перерасходу топлива. Но это почему-то не волнует будущих судовладельцев, несмотря на то, что перспективный ледокол будет работать с крупнотоннажными судами, когда мобильность, маневренность и необходимость иметь в форс-мажорных случаях запас мощности/ледопроходимости приобретают особое значение. 

Обсуждение проблемы РосНТО судостроителей

Осознавая всю серьезность и судьбоносность для будущего ледоколостроения неоправданного отрицательного отношения ФГУП «Атомфлот» к вопросу защиты от коррозионно-эрозионных разрушений корпуса универсального ледокола проекта 22220 и сохранения его спецификационной ледопроходимости, ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», направил в «Атомфлот» аргументированное разъяснительное письмо и счел необходимым организовать обсуждение этого актуального вопроса на «Секции судостроительных материалов» Центрального правления «Российского научно-технического общества судостроителей имени академика А.Н.Крылова» (РосНТО судостроителей).

В ответном письме ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» (№11-18/167ф от 25.03.2013 г.) вынужден был напомнить будущему судовладельцу, что обнаруженное в процессе ввода в эксплуатацию серьезное снижение ледопроходимости АЛ, вызванное интенсивным коррозионно-эрозионными разрушениями корпусов язвенного характера, явилось причиной созыва в 1982 г. (по инициативе Мурманского морского пароходства, в ведении которого находились в то время атомные ледоколы) межведомственного совещания. По результатам его было выпущено совместное решение МСП и ММФ (№ СП-31/1661 от 26.11.1984 г.) и утверждена «Программа исследований механизма интенсивного коррозионно-эрозионного износа корпусов мощных ледоколов и разработки мероприятий и средств по их защите», согласованная с Академией Наук СССР. Результаты работ, выполненных по этой программе, были рассмотрены на межведомственном совещании в октябре 1988 г. на борту а/л «Сибирь». Было рекомендовано в качестве комплексной защиты от коррозионно-эрозионных разрушений корпусов строящихся АЛ проекта 1052 применить разработанную ЦНИИ КМ «Прометей» плакированную сталь для ледового пояса в сочетании с системой катодной защиты.

Этот способ защиты корпуса был реализован при строительстве атомного ледокола «50 лет Победы», сданного в эксплуатацию в 2007 г. А также он был включен в Техническое задание на проектирование и строительство нового атомного ледокола проекта 22220. При этом учитывалось, что интенсивность эксплуатации новых ледоколов проекта 22220 будет несравненно больше, чем ныне существующих ледоколов проекта 1052, которые в 1990-х и 2000-х гг. не эксплуатировались круглогодично. Кроме того, более высокая мощность нового двухосадочного ледокола проекта 22220 предполагает его круглогодичную эксплуатацию в значительно более широких районах с заходом в устья северных рек, что естественно не будет способствовать лучшей сохранности лакокрасочных покрытий и, несомненно, приведет к интенсификации коррозионно-эрозионных процессов на их корпусах.

Применение при проектировании универсального АЛ проекта 22220 технического решения, предусматривающего изготовление ледового пояса из плакированной стали в сочетании с системой катодной защиты, было подтверждено на техническом совещании в ЦКБ «Айсберг» с участием ФГУ «Дирекция государственного заказчика программ развития морского транспорта», ФГУП «Атомфлот» и всех заинтересованных организаций (Протокол №22220/ГК-35 от 23.04.2009 г.). При этом были учтены результаты исследований и натурных испытаний, проведенных ЦНИИ Морского флота по изучению влияния коррозионно-эрозионных разрушений на ледопроходимость ледоколов. В результате быстрого истирания лакокрасочных покрытий наружная обшивка находится в постоянном контакте с коррозионно активной средой и подвергается интенсивной коррозии, приводя к значительному снижению эффективности работы во льдах. Так ледопроходимость ледокола «Арктика» за 8 лет эксплуатации снизилась на 27%. Это соответствует потере около 50 % мощности ЯЭУ и по сравнению с гладким корпусом увеличивает расход топлива более чем в 2 раза. Наиболее эффективным решением проблемы коррозионно-эрозионного износа корпуса атомных ледоколов является применение для наружной обшивки плакированных нержавеющих сталей в сочетании с электрохимической катодной защитой. В протоколе было отмечено, что окончательное решение должно быть подтверждено по результатам обследования ледокола «50 лет Победы».

На основании результатов докового обследования ледокола «50 лет Победы», проведенного в апреле 2011 г., было установлено, что применение ЭХЗ исключает образование грибков в сварных швах и повышенную коррозию в зоне термического воздействия. Соответственно руководителями ФГУП «Атомфлот», ОАО «ЦКБ «Айсберг» и ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» был утвержден протокол №22220/ГК-70, в решающей части которого записано:

1. «На универсальном атомном ледоколе проекта 22220 для наружной обшивки корпуса в районе переменных осадок предусмотреть использование двухслойной стали с плакирующим слоем».

2. «Предусмотреть защиту подводной части корпуса от коррозии комплексным методом, включающим совместное использование электрохимической защиты и ледостойкого покрытия «Инерта-160».

Что касается замечаний ФГУП «Атомфлот» по работе установленной на а/л «50 лет Победы» системы катодной защиты, необходимо напомнить, что в ее составе были применены аноды типа АКК-4-М, разработанные ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» и разово изготовленные на ОАО «Балтийский завод» еще в 1980-х г. Их монтаж осуществлялся в 1992 г. с грубейшими нарушениями технологии в условиях недостаточного финансирования. До сдачи ледокола в эксплуатацию в 2007 г. эти аноды уже 15 лет находились в воде и не только сохранили свою работоспособность, но и в составе системы катодной защиты обеспечили защиту корпуса ледокола от коррозионно-эрозионных разрушений с момента его сдачи по настоящее время, в том числе в период эксплуатации с февраля 2009 г. по май 2011 г. при практически полном отсутствии лакокрасочного покрытия. Восстановление лакокрасочного покрытия подводной части корпуса ледокола было осуществлено только в июне 2011 г.

Существенным замечанием по работе системы катодной защиты на этом ледоколе является водотечность сальниковых вводов анодов в корпус, для исключения которой ЦНИИ КМ «Прометей» еще на стадии строительства ледокола, а также в процессе его эксплуатации требовал осуществить заполнение коробок вводов анодов кабельной массой МБ-90 или эпоксидным тиоколовым компаундом марки К-126. Однако до настоящего времени эта работа так и не выполнена.

На строящемся универсальном ледоколе проекта 22220 в составе системы катодной защиты предусмотрено применение новых ледостойких платино-ниобиевых анодов с защитными титановыми листами, обладающих повышенной механической прочностью и химической стойкостью с увеличенным до 25 лет сроком службы. Эти аноды вместе с автоматическими источниками питания модульного типа, выполненными на современной элементной базе с применением компьютерных технологий, смогут обеспечить надежную и эффективную защиту от коррозионно-эрозионных разрушений при круглогодичной эксплуатации ледокола нового поколения в жестких условиях Арктики. 

Цена эффективности

Заявление «Атомфлота» о том, что «строительная стоимость ЭХЗ и ледового пояса из плакированной стали очень высокая» не подтверждается. На запрос поставщика стали ОМЗ «Спецсталь» (бывший традиционный поставщик стали для атомных ледоколов «Ижорский завод») последний сообщил, что стоимость стали марки АБ-1 – 160000 руб./т без НДС, плакированного листа на основе этой стали – 225000 руб./т без НДС (цена указывается без учета стоимости приемки Регистром РФ). Удорожание поставки 800 т плакированной стали составит ориентировочно 50 млн. руб. Примерно столько же составит стоимость поставки оборудования системы катодной защиты (ледостойкие аноды и электроды сравнения, источники питания). В итоге, при уже выделенном финансировании на строительство ледокола в объеме 37 млрд. рублей реализация предлагаемых мероприятий составит всего около 0,3% от его стоимости.

На убедительную аргументацию ЦНИИ КМ «Прометей» ни со стороны «Атомфлота», ни со стороны проектанта ЦКБ «Айсберг» не последовало никакой реакции.

По результатам докового осмотра подводной части а/л «50 лет Победы», состоявшегося в конце 2013 г., в период закладки киля атомохода нового поколения по проекту 22220, был составлен «Акт осмотра состояния наружной обшивки подводной части корпуса атомного ледокола «50 лет Победы» в Мурманске 29.11.2013 г., подписанный, в том числе, членами экипажа ледокола. Согласно акту серьезных замечаний нет, даже при старой катодной защите корпуса. Однако вопрос о применении на новом ледоколе плакированной стали с ЭХЗ так и не сдвинулся с места.Признавая неконструктивной обстановку полной неопределенности по поводу нового арктического ледокола XXI века, РосНТО судостроителей вынесло на рассмотрение научно-технической общественности требующую квалифицированного решения проблему «Опыт эксплуатации системы катодной защиты от коррозионно-эрозионных разрушений атомного ледокола «50 лет Победы» с ледовым поясом из плакированной стали. Перспективы применения плакированной стали при строительстве атомных ледоколов». В работе секции (15 апреля 2014 г.) приняли участие специалисты из Крыловского государственного научного центра, ФГУП «Атомфлот», ООО «Балтийский завод-Судостроение», ЗАО «ЦНИИМФ», ОАО «Невское ПКБ», Арктического и Антарктического НИИ, Балтийского федерального университета им. И.Канта (г. Калининград), ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей».

Секция констатировала, что на «Балтийском заводе» заложен головной универсальный атомный ледокол пр.22220 мощностью 60 МВт. Намечается разработка проекта крупнейшего атомного ледокола «Лидер» мощностью 110 МВт, предназначенного для круглогодичной навигации на всем протяжении Северного морского пути и обеспечения судоходного канала во льдах шириной до 45-50 м.

Опыт эксплуатации атомных ледоколов первого поколения «Арктика» и «Сибирь» выявил, что их корпуса в процессе эксплуатации подвергаются интенсивным коррозионно-эрозионным разрушениям в виде язв с острыми кромками, резко снижающим их ледопроходимость. На межведомственном совещании, проведенном в Мурманском морском пароходстве в 1982 г., были определены направления научно-исследовательских работ для снижения этих негативных явлений. В  1984 г. совместным решением (№ СП-31/1661 от 26.11.1984 г.) Министерства судостроительной промышленности, Министерства морского флота и Академии Наук СССР была утверждена «Программа исследований механизма интенсивного коррозионно-эрозионного износа корпусов мощных ледоколов и разработки мероприятий и средств по их защите». В соответствии с программой ЦНИИ КМ «Прометей» разработал новую плакированную сталь для ледового пояса атомных ледоколов и систему катодной защиты подводной части корпуса. Впервые эти способы повышения ледопроходимости были применены при строительстве а/л «50 лет Победы». Обследования коррозионного состояния подводной части корпуса ледокола, проведенные в 2007, 2009, 2011, 2013 гг., подтвердили эффективность примененных способов защиты (рис. 7). При этом ледокол почти 3 года (с сентября 2007 г. по апрель 2011 г.) эксплуатировался фактически без лакокрасочного покрытия, и его защита обеспечивалась только системой катодной ЭХЗ. Ледопроходимость, по мнению экипажа ледокола, сохранилась на первоначальном уровне. 

 

Новые разработки ЦНИИ КМ «Прометей»

На основе опыта эксплуатации анодов типа АКК-М-4 в составе катодной защиты а/л «50 лет Победы» в ЦНИИ КМ «Прометей» были разработаны усовершенствованные аноды нового поколения типа АКЛ-3МУ, имеющие значительно более высокую прочность и химическую стойкость изоляционных основ, повышенную прочность крепления защитных титановых листов и заглушек монтажных отверстий, а также увеличенный до 25 лет срок службы за счет изготовления платино-ниобиевых электродов методом магнетронного напыления платины.

По результатам докового обследования корпуса а/л «50 лет Победы» был составлен протокол №22220/ГК-35 от 28.04.2011 г., подтверждающий целесообразность применения на ледоколе проекта 22220 плакированной стати для ледового пояса и системы электрохимической катодной защиты от коррозионно-эрозионных разрушений. Протокол был утвержден генеральным директором ОАО «ЦКБ «Айсберг»» А.Н. Макеевым (проектант), генеральным директором ФГУП «Атомфлот» В.В. Рукшей (заказчик и эксплуатирующая организация) и Президентом ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» акад. РАН И.В. Горыниным (материаловедческий центр).

Однако неожиданно письмом (№УТЭФ-33/203 от 22.02.2013 г.) ФГУП «Атомфлот» сообщило об отказе от применения на будущем ледоколе пр. 22220 плакированной стали и системы электрохимической катодной защиты.

Принимая во внимание семилетний опыт эксплуатации а/л «50 лет Победы», подтвердивший, что наиболее эффективным и экономически выгодным для мощных атомных ледоколов средством сохранения их ледопроходимости на спецификационном уровне является применение для ледового пояса плакированной стали в сочетании с системой электрохимической катодной защиты, позволяющих сохранить корпус постоянно гладким в течение всего срока службы, после обсуждения рассматриваемого вопроса секция НТО приняла рекомендательное решение: «При постройке атомных ледоколов проекта 22220 осуществить в соответствии с Техническим заданием на «Технический проект (22220.360060.001) универсального атомного ледокола» изготовление ледового пояса из рекомендованной ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» плакированной стали и установить на ледоколе систему электрохимической катодной защиты с усовершенствованными ледостойкими платино-ниобиевыми анодами типа АКЛ-3МУ нового поколения».

Компетентныхе специалисты в области отечественного ледоколостроения -президент РосНТО судостроителей им. ак. А.Н.Крылова, д.т.н., профессор В.Л.Александров и почетный президент РосНТО судостроителей им. ак. А.Н.Крылова, академик РАН И.В.Горынин однозначно заявили: «Современные знания и технология позволяют создавать для атомных ледоколов надежную и эффективную ЭХЗ нового поколения, что делает оправданным применение плакированной стали для наружной обшивки нового арктического ледокола по проекту 22220. Техническое решение ФГУП «Атомфлот» и ЗАО «ЦКБ «ОСК-Айсберг» о применении только ледостойкого, но полимерного по своей природе покрытия типа «Инерта-160» для защиты от интенсивных коррозионно-эрозионных разрушений корпусов мощных атомных ледоколов, предназначенных для круглогодичной эксплуатации на всем протяжении Северного морского пути с сохранением на спецификационном уровне ледопроходимости (гладкого корпуса) является ошибочным». Специалисты считают неправомерным принимать единоличное решение ФГУП «Атомфлот», соответствующее научно-техническому уровню 1980-х гг.

Решение секции РосНТО судостроителей было разослано заинтересованным организациям, включая Госкорпорацию «Росатом», ФГУП «Атомфлот», ЗАО «ЦКБ «ОСК-Айсберг», «Крыловский государственный научный центр», ООО «Балтийский завод – Судостроение», ОАО ОСК («Объединенная судостроительная корпорация»),  Министерство промышленности и торговли РФ, ФГКУ «Администрация Северного морского пути», Спецпредставителю Президента РФ по международному сотрудничеству в Арктике и Антарктике. Прошло три месяца – полное молчание. А ледокол строится. Ходят слухи, что сталь закупили в Польше.

Создается впечатление, что чиновники, ответственные за создание ледокола будущего, озабочены лишь сиюминутными проблемами, не беспокоясь о совершенствовании техники, её экономической эффективности и безопасной эксплуатации, забыв о понятии «научно-технический прогресс». 

Финны опережают

Целесообразность использования для наружной обшивки ледоколов плакированной стали подтверждается опытом финских судостроителей, пользующихся мировым авторитетом в области ледоколостроения. Эффективность применения нержавеющего ледового пояса для перспективных линейных ледоколов была обоснована в ЦНИИМФом в 1983 г., когда разрабатывались требования к мелкосидящим ледоколам класса «Таймыр». Но в 1986 г. финны первыми построили для Балтийского моря новейший ледокол «Отсо», оснащенный ледовым поясом из компаунд листов с наружным слоем из нержавеющей стали и электрохимической катодной защитой (ЭХЗ). Вслед за ним был построен второй серийный ледокол «Контио» также с нержавеющим ледовым поясом.

По данным исследования влияния шероховатости поверхности корпуса судна на ледовое сопротивление и изучения средств защиты от коррозии, проведенного финской судостроительной компанией «Вяртсиля Морская техника», были сделаны следующие выводы:

- несмотря на применение красочных покрытий, шероховатость поверхности корпуса, то есть число “AHR” (Average Hull Roughness) увеличивается в среднем на 100 мкм в год;

- применение достаточно эффективной системы катодной защиты позволяет уменьшить скорость нарастания шероховатости до величины примерно равной 25 мкм в год;

- на основе натурных испытаний ледоколов «Капитан Драницын» и «Капитан Николаев» на реке Енисей в 1981 г., было установлено, что ледовое сопротивление растет примерно на 6-7% в год.

Результаты выполненной фирмой «Вяртсиля Морская техника» сравнительной оценки влияния срока службы на падение ледопроходимости применительно к ледоколам типа «Капитан Сорокин» с незащищенным существующим корпусом, выполненном из гомогенной стали и в случае применения на ледоколе ледового пояса из плакированной стали и ЭХЗ представлены на рис. 8. 

 

 

Полученные финскими судостроителями результаты явились достаточно убедительным доказательством необходимости принятия мер по предотвращению коррозии обшивки корпуса ледоколов и, как следствие, катастрофического падения ледопроходимости в процессе эксплуатации, подтвердив актуальность и своевременность решения данной проблемы применительно к отечественным атомным ледоколам.

Представляет интерес выполненная финскими коллегами оценка окупаемости катодной защиты на примере издержек на покрасочные работы корпуса ледокола ледостойким покрытием на эпоксидной основе применительно  к эксплуатации в Балтийском море. В течение 4 лет проводилось сравнение затрат на покраску подводной части корпуса на финских ледоколах «Сису» и «Урхо»,  однотипных судах, работающих в похожих ледовых условиях. Ледокол «Сису» оборудован системой катодной защиты. Оба ледокола ежегодно с 1983 по 1986 г. ставились в док. Подводные части корпуса с поврежденной окраской подвергались пескоструйной очистке и красились «Инертой 160». Сравнение расходов на пескоструйную обработку и покраску, исключая затраты на док, показало общую экономию для «Сису» в 105 тыс. долл. Система катодной защиты окупила себя за три года.

После выполнения исследований и натурных экспериментов финской стороной в 1990 г. по решению Минморфлота СССР состоялось переоборудование фирмой «Вяртсиля Морская техника» ледокола «Капитан Николаев», у которого для повышения ледопроходимости была заменена носовая оконечность и применена плакированная сталь в районе ледового пояса и носового заострения. Судоводители с удовлетворением восприняли достоинства нержавеющего корпуса. Ледокол практически не клинился и легко сходил с торосов при работе ударами. Единственным недостатком переоборудованного ледокола явилось ухудшение его мореходности из-за чрезмерного развала носовых шпангоутов у модифицированной оконечности. Однако к обсуждаемому вопросу обеспечения гладкого корпуса ледоколов это отношения не имеет.

На рис. 9 представлено фото корпуса ледокола «Капитан Николаев» во время осмотра в доке Мурманского СРЗ в октябре 2000 г. Во время десятилетней эксплуатации ледокола после его переоборудования ЭХЗ находилась практически в нерабочем состоянии. По результатам осмотра было установлено зеркальное состояние плакированных листов. Отдельные язвины глубиной до 20-25 мм ниже плакированного листа и одновременно были обнаружены в поясах из гомогенной стали. Язвенный износ имел место в соединениях с плакированным поясом. Была выполнена подварка сварных швов и наплавка язвин на наружной обшивке. Однако это не должно вносить сомнения в необходимости применения электрохимической защиты корпуса, в частности, атомных ледоколов с обшивкой из высокопрочной стали типа АБ, в наибольшей степени подверженной коррозионно-эрозионному разрушению в морской воде. 

 

 

Продление сроков службы ледоколов

Следует еще раз обратить внимание на тенденцию продления сроков службы ледоколов, учитывая их дороговизну, с одной стороны,  и достаточно хорошую сохранность прочного корпуса, с другой. Согласно Техническому заданию на проектирование и строительство универсального двухосадочного атомного ледокола по проекту 22220 его срок службы вместо традиционных 25 лет предусмотрен равным 40 годам.

Наши северные соседи пошли еще дальше. Так, финское правительство заказало ледокол нового поколения для Балтийского моря со сроком службы 50 лет. Суммарная мощность ледокола с двумя кормовыми винторулевыми колонками и одной носовой составляет 19 МВт, расчетная ледопроходимость – около 2,0 м. Для сохранения проектной ледопроходимости нового финского ледокола и высокой проводоспособности в течение 50-летнего срока службы его ледовый пояс будет выполнен из нержавеющей стали с электрохимической защитой остальной подводной части корпуса.

Таким образом, финские судостроители оперативно переняли российский опыт эксплуатации ледоколов в Арктике и обоснованную в начале 1980-х гг. идею применения плакированной стали для наружной обшивки корпуса мощных ледоколов. Создается впечатление, что современные наследники отечественного судостроения, равно как и Заказчик, не усвоили уроков богатого опыта эксплуатации и обеспечения надежной и безопасной работы атомных ледоколов предыдущего поколения, отказываясь от применения на новом ледоколе плакированной стали ради ухода от сиюминутных проблем, связанных с поставкой этой стали и ЭХЗ, не заботясь о том, какие трудности в эксплуатации и экономические потери ожидают ледокольщиков по мере старения ледоколов. Падение с возрастом их производительности будет неизбежно вызывать дополнительную потребность в ледоколах. Не затратна ли такая экономика?

Принятое ФГУП «Атомфлот» техническое решение об отказе от применения плакированной стали с электрохимической защитой на перспективном арктическом ледоколе проекта 22220 отбрасывает отечественное ледоколостроение к 50-70 годам прошлого столетия.