Energia XXXV
Dodatek reklamowy do RZECZPOSPOLITEJ.
nr 130 (6510) 5 czerwca 2003 r.
Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej
Badania na najwyższym poziomie
Inżynieria Materiałowa bez wątpienia jest jednym z filarów współczesnej techniki. Nowe materiały, w tym kompozyty wielofunkcyjne, nanometale oraz ceramiki, pozwalają na realizację śmiałych projektów oraz poprawę znanych od dawna produktów. Nowe materiały otwierają drogę do nieosiągalnych dotąd obszarów techniki kosmicznej i militarnej, ale także techniki medycznej oraz w tradycyjnych sektorach przemysłowych poprzez innowacyjne rozwiązania starych problemów.
W Polsce jednym z czołowych ośrodków prowadzących badania w zakresie nowych materiałów jest Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Na wydziale prowadzone są badania zgodnie z najwyższymi standardami światowymi oraz we współpracy z czołowymi ośrodkami z tego zakresu w Polsce. Badania te odnoszą się do perspektywicznych materiałów i technologii, w tym do nanomateriałów i nanotechnologii o dłuższej perspektywie czasowej wykorzystania ich wyników w praktyce, wykorzystania przez przemysł przyszłości. Podejmują one także wątki ważne obecnie i zaadresowane do konkretnych partnerów przemysłowych. W tym drugim obszarze badań szczególne miejsce zajmują zagadnienia trwałości materiałów i konstrukcji inżynierskich.
Materiały inżynierskie i wykonane z nich urządzenia techniczne i instalacje przemysłowe podlegają procesom stopniowego zniszczenia, których intensywność zależy od warunków ich eksploatacji. W wielu przypadkach czas użytkowania tych urządzeń jest na tyle długi, że postępujące zniszczenie materiału niesie ryzyko awarii, a nawet katastrofy technicznej. Z drugiej strony, wycofanie z użytku instalacji przed osiągnięciem racjonalnego ekonomicznie okresu eksploatacji obniża rentowność przedsięwzięć gospodarczych. Powstaje wówczas do rozwiązania dylemat, jak wyważyć tak różne czynniki, jak bezpieczeństwo i efektywność ekonomiczna, przy podejmowaniu decyzji o wymianie lub dalszym funkcjonowaniu infrastruktury technicznej, której koszt często może przekraczać setki milionów złotych, a czas odtworzenia może sięgać od 2 do 5 lat.
Przykładem tego typu sytuacji są instalacje w przemyśle chemicznym – w tym związanym z produkcją paliw płynnych – i w energetyce. Koszt instalacji rafineryjnych i petrochemicznych sięga setek milionów euro, a czas od podpisania kontraktu do jego realizacji sięga 2-3 lat i to pod warunkiem wcześniejszego uzyskania wymaganych zezwoleń.
Nic dziwnego, że wśród partnerów przemysłowych WIM dużą grupę stanowią firmy z branży chemicznej i energetyki. Prace wykonywane dla klientów z tych sektorów obejmują analizę przyczyn awarii, ocenę stanu konstrukcji oraz wdrażanie programów optymalnej eksploatacji instalacji przemysłowych. Wykonywane są one z wykorzystaniem najnowszych technik badawczych, na przykład emisji akustycznej, oraz przy uwzględnieniu współczesnego stanu wiedzy w zakresie bezpieczeństwa technicznego, dostępnego w ramach działań międzynarodowych wydziału, oraz prowadzone we współpracy z Urzędem Dozoru Technicznego.
Szczególnym partnerem przemysłowym dla Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej jest Polski Koncern Naftowy ORLEN S.A., który jest jednym z europejskich liderów w zakresie wprowadzania nowych rozwiązań technicznych gwarantujących efektywne spełnienie wymogów bezpieczeństwa i ekonomii. Przykładem takich rozwiązań są wdrożone przez WIM Programy Kontroli Eksploatacyjnej dla kluczowych instalacji PKN ORLEN. Programy te pozwalają na bieżąco śledzić stopień zużycia materiału danego urządzenia poprzez odniesienie do jego charakterystyki stanu zerowego, tj. przed rozpoczęciem użytkowania. Charakterystykę taką uzyskuje się według procedur opracowywanych według ogólnych zasad, szczegółowo dla danego urządzenia. Na podstawie analizy wyników badań powtarzanych w czasie eksploatacji uzyskiwana jest informacja o rzeczywistym stanie badanych urządzeń, co jest dalej podstawą do zaplanowania właściwego momentu odstawienia urządzenia lub modyfikacji jego konstrukcji, a także warunków działania.
Na wydziale opracowano i wdrożono tego typu programy dla wielu instalacji, w których jednostkowymi urządzeniami są reaktory o masie ponad 1000 ton (grubość stalowej ściany takiego reaktora w kształcie walca przekracza 300 mm), a także zbiorniki o pojemności dziesiątek tysięcy metrów sześciennych. W chwili obecnej wdrażany jest program dla instalacji pracującej pod ciśnieniem 300 MPa. Jest to ponad tysiąc razy więcej niż ciśnienie powietrza w oponach samochodów osobowych. Wdrożone programy przyniosły istotne oszczędności właścicielom badanych obiektów poprzez wydłużenie czasu ich użytkowania. Dały także trudniejsze do oszacowania korzyści w sensie bezpieczeństwa pracy.
Przedmiotem badań na rzecz gospodarki są także zjawiska zachodzące w mniejszych obiektach i wykonanych z bardziej zróżnicowanych materiałów. W ostatnich miesiącach podjęto badania nad zużyciem materiałów samochodów, maszyn roboczych oraz zbiorników w kontakcie z biopaliwami. W tym przypadku mamy do czynienia z częściami wykonanymi z metali i stopów, tworzyw sztucznych i elastomerów. Materiały te w kontakcie z biopaliwami mogą podlegać procesom degradacji o różnej kinetyce i różnym poziomie technicznej istotności (od plamki na lakierze pojazdu ochlapanego podczas tankowania do przedwczesnego zniszczenia katalizatora spalin). Wydaje się więc bezsporne, że szersze stosowanie biopaliw musi być poprzedzone badaniami ich wpływu na materiały. W chwili obecnej tego typu badania prowadzone są na wydziale we współpracy z Centralnym Laboratorium Naftowym na rzecz PKN ORLEN. Wydział monitoruje w szczególności przebieg procesu degradacji materiałów stosowanych w silnikach i układzie paliwowym autobusów komunikacji miejskiej w Kielcach. Celem tych badań jest odpowiedź na pytanie, jakie są granice technicznie uzasadnionej stosowalności biopaliw. Być może jego rychłe zakończenie pozwoli uporządkować dyskusję nad prawnymi aspektami upowszechnienia tego typu paliw płynnych.
Wymienionych tutaj kilka przykładów praktycznego wykorzystania prac prowadzonych na Wydziale Inżynierii Materiałowej PW nie wyczerpuje długiej listy tematów, partnerów przemysłowych i sukcesów wdrożeniowych naszej jednostki. Mając nadzieję, że rozbudziły one państwa wyobraźnię, zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej oraz do bezpośrednich kontaktów.
prof. Krzysztof J. Kurzydłowski
Krzysztof Jan Kurzydłowski – absolwent Wydziału Matematyki Stosowanej i Fizyki Technicznej Politechniki Warszawskiej, profesor, doktor habilitowany nauk technicznych (specjalność inżynieria materiałowa). Jego naukowe zainteresowania obejmują nanomateriały, materiały funkcjonalne, kompozyty oraz zagadnienie degradacji materiałów. Konsultant zagadnień bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń ciśnieniowych. Przewodniczący Zespołu Inżynierii Materiałowej i Technologii Materiałowych (T-08). Zastępca przewodniczącego Komitetu Badań Naukowych. Członek Polskiego Towarzystwa Materiałoznawczego oraz wielu stowarzyszeń międzynarodowych. Profesor Kurzydłowski opublikował ponad 175 prac w pismach międzynarodowych, a także kilka książek. Jest ekspertem w Szóstym Programie Ramowym Unii Europejskiej. n
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Materiałowej
02-507 Warszawa, ul. Wołoska 141
tel. (022) 849-99-29, fax (022) 660-85-14
e-mail: [email protected]
www.inmat.pw.edu.pl