Ссылка на полный текст: Смирнов А. Г. Сердце города. Гордость России. // Электронная библиотека // История Росатома
Навигация:
Создание атомной промышленности в СССР
Фриц Ланге
Разработка группой Макса Штеенбека методов разделения изотопов урана с помощью газовых центрифуг
Строительство разделительных предприятий Минсредмаша
Становление Электрохимического завода №825
Подготовка персонала
Анатолий Федорович Михайлов — один из работников Минсредмаш, создававший один из заводов разделительного производства в Китае
Выполнение «Пускового минимума» и план-графика
Горьковские и ленинградские диффузионные машины
Ввод в эксплуатацию диффузионного оборудования
Выход из строя колес компрессоров полного расхода машин Т-56М2
Переработка гексафторид урана в тетрафторид урана
Причина повышенного выхода газовых центрифуг из строя — усталостная поломка иглы
Организация работы конденсационно-испарительных установок (КИУ)
Проверка центрифуг на устойчивость к сейсмическому воздействию
Выявление дефектных газовых центрифуг с применением централизованной системы измерения мощности трения
Уменьшени случаев забития трасс газовых центрифуг ВТ-5
Увеличения надежности газовых центрифуг
Увеличение ресурса работы газовых центрифуг
Химико-термическая ликвидация отработавших газовых центрифуг
Газовые центрифуги ВТ-7
Для создания атомной бомбы нужны либо плутоний (239Рu), либо уран (235U). Первый в природе не существует, его надо получить из 238U облучением в реакторе медленными нейтронами. Второй элемент — 235U — есть в составе природного урана, правда, содержание его не превышает 0,72 %. Значит, необходимо из природного урана выделить 235U. Поэтому вначале все работы были направлены на поиск залежей урана и изучение его физикохимических свойств. Единственным газообразным химическим соединением, подходящим для разделения изотопов, оказался гексафторид урана (UF6), а из известных тогда методов разделения изотопов рассматривались четыре основных: электромагнитный, термодиффузионный, газодиффузионный и газоцентробежный. В середине 1944 года к разработке методов разделения изотопов урана была подключена лаборатория электрических явлений Уральского филиала АН под руководством И. К. Кикоина.
В декабре 1945 года были конкретизированы направления работ: газодиффузионный метод разрабатывался под общим руководством И. К. Кикоина; электромагнитный метод — под руководством Л. А. Арцимовича; метод термодиффузии — под руководством А. П. Александрова и И. К. Кикоина. К концу 1945 года наиболее исследованным был газодиффузионный метод разделения изотопов урана, основанный на продавливании рабочего газа UF6 через пористую перегородку, в результате чего за перегородкой газовая смесь слегка обогащается легким изотопом 235U. Но еще до получения окончательных результатов исследовательских и конструкторских работ — 1 декабря 1945 года — Совнарком СССР принял постановление о сооружении первого в стране газодиффузионного завода.
Срочность объяснялась тем, что из данных разведки советское правительство знало: в США получают высокообогащенный 235U газодиффузионным методом — именно из высокообогащенного урана была изготовлена одна из бомб, взорванных в августе 1945 года (вторая была плутониевой). Первый завод для получения 235U газодиффузионным методом было решено строить на Урале, в районе поселка Верх-Нейвинского, в 70 километрах севернее Свердловска, на базе завода № 261 Наркомата авиационной промышленности по выпуску шасси к самолетам.
В 1949 году газодиффузионный завод № 813 в районе Верх-Нейвинского выдал первую продукцию — концентрация 235U в отборном потоке была доведена до 75 %. А к началу 1953 года на предприятии № 813 работало около 15 тысяч диффузионных машин. Фактически потребляемая мощность составляла 250 000 кВт. Правительство страны, недавно пережившей страшную войну и боровшейся с послевоенной разрухой, пошло на неслыханные расходы — на становление атомной отрасли тратилось до одной трети государственного бюджета.
С 1949 по 1964 год в СССР были построены и приняты в эксплуатацию еще три диффузионных завода по обогащению урана: на Сибирском химическом комбинате (Томск-7), Ангарском электролизном химическом комбинате (Ангарск) и на Электрохимическом заводе (Красноярск-45). На развитие атомной промышленности правительство средств не жалело, но жестко контролировало расходы и строго спрашивало с руководителей предприятий за перерасход смет.
Одновременно с эксплуатацией газодиффузионного оборудования велась разработка центробежного метода разделения с помощью газовых центрифуг. Принцип работы газовой центрифуги заключается в том, что в цилиндрическом роторе центрифуги, заполненном UF6, при высоких окружных скоростях в условиях вакуума более тяжелые молекулы отбрасываются к стенке ротора. Первые предложения по созданию центробежного метода разделения изотопов были сделаны немецким ученым Фрицем Ланге. В 1924–1933 годах Фриц Ланге, уже написавший докторскую диссертацию по физике низких температур, работал ассистентом известного ученого Вальтера Нернста в физическом институте Берлинского университета. После прихода к власти нацистов он был вынужден эмигрировать в Англию, а в 1935 году по приглашению А. Лейпунского переехал в СССР, в Харьков, для работы в Украинском физико-техническом институте (УФТИ).
Фриц Ланге был в числе первой группы немецких антифашистов, приехавших в СССР, и его новые советские документы были подписаны лично И. В. Сталиным, что, вероятно, и уберегло немецкого ученого от репрессий. В Харькове Ф. Ланге основал Лабораторию ударных напряжений, которая — в отличие от УФТИ, относившегося к Наркомтяжпрому, — входила в систему Академии наук СССР. В 1937 году Ф. Ланге получил советское гражданство, а в 1940 году — ученую степень доктора физико-математических наук, причем без защиты диссертации. Когда Германия напала на СССР, Ланге был эвакуирован в Уфу, где работал в эвакуированном Киевском институте физики и математики, затем был направлен в Свердловск — в Уральский физико-технический институт. В 1945 году был переведен в Москву, в Лабораторию № 2, а вскоре там же, в Москве, возглавил Лабораторию № 4.
Еще до эмиграции в СССР Ланге получил известность благодаря своим опытам по изучению ядерных реакций с помощью грозовых разрядов и разработкам ускорительной техники. В харьковской лаборатории Фриц Ланге создавал высоковольтные разрядные трубки, служившие источниками нейтронов и рентгеновского излучения, построил генератор на напряжение 5 млн вольт — крупнейший в мире в то время.
Весной 1943 года на авиационном заводе в Уфе по проекту Ф. Ланге была изготовлена первая опытная газовая центрифуга, испытания которой на модельных смесях (H2 — воздух, CO2 — воздух) проводились в 1943–1944 годах в лаборатории И. К. Кикоина в Свердловске.
К сожалению, конструкция этой первой центрифуги была крайне неудачной, это было громоздкое сооружение, весившее — вместе со вспомогательным оборудованием — около одной тонны. Вдоль оси ротора центрифуги проходил толстый вал, который устанавливался горизонтально в массивных колоннах на специальных подшипниках. Максимальная скорость вращения ротора составляла 10 тыс. оборотов в минуту (т. е. в десятки раз меньше того, что достигается в современных центрифугах). Осевая циркуляция газа вызывалась поддержанием разности температур вдоль образующей вращающегося цилиндра центрифуги. Естественно, центрифуга Ланге не могла стать прототипом промышленной центрифуги для разделения изотопов урана. Но эксперименты с центробежным методом разделения Ланге продолжил и в Москве — в Лаборатории № 2, а затем и в созданной «под него» Лаборатории № 4. И все же в 1951 году эти работы были признаны бесперспективными и прекращены.
Тем не менее интерес к возможности промышленного применения центробежного метода со стороны руководства советским атомным проектом остался, любые попытки в этом направлении поддерживались. В 1959 году Ланге вернулся на постоянное место жительства в Берлин, где возглавил лабораторию физики в Институте биофизики.
Независимо от Ланге работы над центрифугой проводились в Сухуми с участием группы немецких специалистов, которых после войны в Советском Союзе работало много. В частности, в институте «А», созданном ПГУ в Сухуми на базе бывшего санатория, под руководством Манфреда фон Арденне разрабатывались различные методы разделения изотопов урана. Сам Арденне сосредоточился на электромагнитном методе, в частности, работал над совершенствованием разработанного им же ионного источника и магнитной фокусировкой электронного пучка, а также созданием электронных микроскопов, разработкой которых он занимался еще в Германии.
Методикой изготовления диффузионных перегородок руководил Петер Тиссен, методами разделения изотопов урана с помощью газовых центрифуг занималась группа во главе с Максом Штеенбеком. Там же, в районе Сухуми, на территории бывшего санатория «Агудзеры», был создан институт «Г». Руководителем его стал лауреат Нобелевской премии Густав Герц, у которого работали Г. Барвих, В. Шютце, М. Фолмер и др. В институте Герца занимались теорией каскадов, разработкой метода разделения изотопов на основе диффузии против пара, который получил потом название «масс-диффузионного метода». Профессор Шютце разрабатывал масс-спектрометры для анализа состава газовых и изотопных смесей.
В 1953 году большинство немецких специалистов вернулись на родину, но некоторые продолжили работать в Советском Союзе.
Остался, в частности, профессор Макс Штеенбек, которого считают одним из создателей современной газовой центрифуги. Его имя было хорошо известно до начала войны в научных кругах СССР по его двухтомному учебному пособию и одной из первых в мировой литературе основополагающих работ по физике плазмы (1939 г.). Знал его и Л. А. Арцимович, прибывший в Берлин в мае 1945 года. Найти Штеенбека удалось не сразу, после вступления Красной армии в Берлин его, как одного из руководителей фирмы «Сименс-Шуккерт», без особого разбора признали нацистом, он был взят в плен и до середины сентября 1945 года содержался в концлагере для военнопленных в Познани. Там Штеенбек тяжело заболел. «Через несколько дней, — вспоминал он, — я должен был оказаться в хлорном бараке, если бы не произошло чудо. Один из офицеров НКВД лагеря (в прошлом инженер) вспомнил, что мое имя он слышал до войны, и сообщил дальше куда следует». С помощью Л. А. Арцимовича Штеенбек был отправлен в Сухуми, где, собственно, он и занялся центрифугой вплотную.
Именно группа Штеенбека выдвинула идею создания так называемой надкритической центрифуги. Первая такая центрифуга представляла собой конструкцию с вертикальным ротором длиной около 9 метров. Ротор состоял из отдельных отрезков жестких труб диаметром 60 мм и толщиной стенки порядка 1 мм, соединенных гибкими сильфонами. Предполагалось, что такая конструкция обеспечит переход через критические обороты при разгоне центрифуги до высоких скоростей вращения (возможные разрушения валов турбин при критических частотах вращения всегда были бичом турбостроителей). Выбор небывалой длины центрифуги определялся желанием получить необходимое обогащение урана по изотопу 235U за минимальное число циклов разделения.
После шести лет напряженной работы в 1952 году группе Штеенбека удалось продемонстрировать в действии шесть трехметровых центрифуг, ротор которых был составлен из десяти коротких труб диаметром около 60 мм, изготовленных из легкого алюминиевого сплава и соединенных девятью гибкими сильфонами. Осевая циркуляция газа обеспечивалась за счет поддержания разности температур между верхней и нижней частями центрифуги. Большим достижением группы было получение достаточно высоких скоростей вращения центрифуги, частота вращения ротора которой составляла от 1 200 до 1 600 оборотов в секунду. При использовании в качестве рабочего газа гексафторида урана был получен вполне приемлемый коэффициент разделения между верхним и нижним концами центрифуги. До конца, правда, Штеенбек с сотрудниками работу не довел. По свидетельству коллеги М. Штеенбека д-ра Гернота Циппе, многие ученые и инженеры, работавшие в Сухуми, с недоверием относились к конструкции Штеенбека, называя ее «вращающимся дымоходом». Она и не была практически реализована из-за технологической сложности конструкции и большой вероятности поломок при эксплуатации. В известном смысле эти центрифуги опередили свое время.
Помимо сложностей с изготовлением самой центрифуги и обеспечением надежности ее работы, не выдерживал критики, в частности, предлагавшийся способ передачи гексафторида урана из одной центрифуги к другой через конденсацию. Эта задача была решена конструкторами ОКБ Кировского завода, куда в 1952 году был переведен Штеенбек с двумя сотрудниками. Ряд удачных находок Штеенбека был взят в основу будущих конструкций советских газовых центрифуг, выбор которых остановился на более простом варианте — подкритическом. В первую очередь, это конструкция опорного узла для ротора центрифуги — тонкой стальной иглы диаметром в 1 мм на подпятнике из победита в масляной ванне. На такой опоре ротор центрифуги устойчиво вращается подобно волчку. Верхний конец ротора удерживается при этом в вертикальном положении с помощью постоянного магнита, изготовленного в виде полого цилиндра.
В начале 1953 года технический совет признал преимущества газовой центрифуги ОКБ ЛКЗ над другой подкритической моделью, которая параллельно разрабатывалась в ЛИПАНе под руководством Е. Каменева в лаборатории Кикоина. Было принято решение развивать вариант короткой подкритической центрифуги конструкции ОКБ ЛКЗ. В дальнейшем достоинства проектов обеих групп были объединены и реализованы в окончательных моделях советских газовых центрифуг, созданных уже без участия группы Штеенбека. В сентябре 1953 года немецких ученых перевели на «карантин» и «для остывания» дали свободу выбора открытых научных тем. В физическом институте Украинской академии наук М. Штеенбек работал над проблемами полупроводников, публиковал работы по геофизике. И не оставлял попыток вернуться в Германию.
Сотрудники Штеенбека — Гернот Циппе и Рудольф Шеффель, которые позднее оказались в Западной Германии, запатентовали газовую центрифугу. Сейчас на Западе она известна как «центрифуга Циппе».
Первый промышленный завод, оснащенный газовыми центрифугами, был пущен в 1962–1964 годах на комбинате № 813. Вторым стал Электрохимический завод, где газовые центрифуги заработали 4 июня 1964 года.
Планы правительства предусматривали строительство четырех предприятий для разделения изотопов урана. Первое было построено в Свердловской области еще в 1949 году, через два года начал давать продукцию завод в Томске-7 (1951 год), началось строительство в Ангарске. Летом 1955 года было принято решение о строительстве четвертого разделительного предприятия Минсредмаша — завода № 825. И хотя вопрос о месте его расположения оставался открытым, руководство будущего предприятия начали формировать сразу же. Правительственную комиссию, которая должна была выбрать место для нового атомного объекта, возглавил Анатолий Сергеевич Александров. Приказом по Министерству среднего машиностроения № 614с от 12 августа 1955 года он был назначен заместителем директора завода № 825. Так начался первый период в истории Электрохимического завода — период Анатолия Александрова.
За два с половиной года, прошедших с момента, когда было принято решение о строительстве завода, до первой смены руководителя, было сделано немало: выбрано место для завода, города и ТЭЦ, налажено эффективное взаимодействие с Управлением строительства № 604, подготовлено все для строительства промышленной площадки, начато строительство города и ТЭЦ. И хотя Анатолий Сергеевич Александров так и не стал официальным директором предприятия № 825, так и не смог избавиться от приставки «и. о.» перед должностью, для будущего предприятия и города он сделал очень много ...
Вот что пишет в своих воспоминаниях А. С. Александров: «Явился я к Завенягину, он мне говорит: «Есть решение правительства о строительстве наших заводов в районе Сталинграда, на базе строящейся гидростанции. Я думаю направить тебя туда директором строящегося предприятия. Поезжай, присмотри там подходящую площадку. А там решим, как дальше». Мне ехать, прямо скажем, не хотелось, и я тянул время, должно быть, недели две. И вдруг выходит решение правительства: прежнее решение о строительстве наших заводов в районе Сталинграда отменяется и переносится в район Красноярска. Для выбора площадки назначается комиссия: я — председатель, членами были будущий начальник строительства А. И. Добронравов (его потом по каким-то причинам заменили К. Н. Полосковым), от проектных организаций человека четыре-пять, от Главстроя два-три человека, от нашего министерства — один человек. Всего в комиссии было около 12 человек».
Апрель 1958 года — май 1978 года. Это период строительства Электрохимического завода: с нулевого цикла до ввода предприятия в эксплуатацию с выдачей товарной продукции в проектном объеме. Это годы становления предприятия — годы эксплуатации газодиффузионных машин (ОК-30М и Т-56М2) и газовых центрифуг III и IV поколений в течение ресурсного срока, годы начала первой модернизации завода. Это время, когда буквально на глазах посреди тайги рос красивый, современный город. Но для большинства жителей закрытого Красноярска-45 это двадцатилетие связано, прежде всего, с именем Ивана Николаевича Бортникова, руководившего заводом в те годы.
В 1955 году, когда принималось решение о строительстве завода № 825, центробежная технология еще не была до конца разработана даже в опытных масштабах, тем не менее предприятие изначально было рассчитано исключительно на центробежный метод разделения. Проработка вопроса о строительстве семи корпусов велась до 1963 года, о чем свидетельствует переписка между ГУХО, Государственным союзным проектным институтом № 11 (ГСПИ-11) и заводом № 825, касающаяся согласования задания на проектирование (№ 3242 от 03.07.63 г., предприятие п/я 285). Только в 1958 году, после успешной эксплуатации на комбинате № 813 опытного завода, Государственная приемная комиссия Министерства среднего машиностроения (ГПК МСМ) рекомендовала министерству массовое производство газовых центрифуг на базе конструкции ОКБ ЛК3 для промышленного внедрения центробежной технологии разделения изотопов урана.
Директор комбината № 813 И. Д. Морохов, главный инженер А. И. Савчук и научный руководитель М. В. Якутович в январе 1959 года вышли в министерство с предложением — построить первый широкомасштабный завод с центробежной технологией не в Сибири, а на Урале, на собственном предприятии. Обосновали это тем, что на комбинате трудились высококвалифицированные специалисты, имевшие опыт эксплуатации газовых центрифуг, были экспериментальные лаборатории, в ЦЗЛ работали крупные ученые. Дополнительным доводом стал намек на возможные трудности выполнения утвержденного для комбината семилетнего плана по выпуску высокообогащенного урана. Министр принял предложение. Но если для работников комбината № 813 такое решение было вполне логичным, для строящегося завода № 825 оно означало изменения в планах и внесло определенную дезорганизацию в процесс строительства.
По решению главка осенью 1960 года работы на «центробежном» корпусе № 1 были приостановлены, главные силы были переброшены на строительство корпуса № 2, рассчитанного на диффузионную технологию.
Четыре года потребовалось для того, чтобы приступить к строительству основных технологических корпусов. Эти четыре года ушли на строительство подъездных путей, базы стройиндустрии, жилья (включая бараки для спецконтингента), а также строительство гидроузла и частично ТЭЦ. К началу строительства на промышленной площадке численность военных строителей составляла примерно 6 400 человек, а к 1962 году — более 15 800 человек (восемь полков и два специальных отряда). Да к тому же вольнонаемных строителей и монтажников было более 3 100 человек.
В мае 1966 года городу присвоено открытое наименование «город Красноярск-45».
Все принятые в химический цех специалисты и рабочие стажировались на родственных предприятиях. В это время на предприятиях Томска-7 и Ангарска в эксплуатации находились газодиффузионные машины последнего поколения: ОК-30 и Т-56. Командированные на эти предприятия проходили стажировку как на технологической цепочке газодиффузионных машин последнего поколения, так и в помещениях КИУ. Кроме того, весь набранный персонал обучался и на месте.
По направлению ПГУ прибыл на предприятие п/я 318 г. Свердловска-44, где с августа 1947 года работал техником-технологом ремонтно-механического цеха (№ 33). С ноября 1948 года трудился на разделительном газодиффузионном производстве техником, с марта 1949 года — технологом, а с февраля 1950 года — старшим технологом. В октябре 1950 года был назначен начальником смены цеха, которым руководил ровно 11 лет. Проявил себя как отличный специалист. Выезжал в загранкомандировку для оказания технической помощи при монтаже и пусконаладочных работах газодиффузионного технологического оборудования на одном из заводов разделительного производства в Китае.
Уже в конце апреля 1962 года монтажники на этом участке приступили к монтажу основного оборудования. Но… вот заминка. Когда первый технологический блок, укомплектованный газодиффузионными машинами ОК-30М2 без фильтров, был смонтирован и предъявлен цеху ревизии для вакуумных испытаний, оказалось, что откачивать воздух из блоков нечем. А это значит — невозможно проверить вакуумную плотность. Дело в том, что в корпус № 2 еще не были подведены трубопроводы с промводой и водой для охлаждения работающих насосов. Срок готовности водоводов был определен «Пусковым минимумом» — сентябрь 1962 года, как раз к монтажу оборудования первой очереди. А фактически вода понадобилась в апреле! На полный монтаж труб, которые укладываются под землей, требуется свыше двух месяцев…
Выход из тупикового положения нашли два работника цеха ремонта (№ 59): начальник вакуумной службы Юрий Васильевич Самойлов (впоследствии — заместитель начальника цеха) и начальник техбюро Эдуард Андреевич Солянников (позднее — заместитель главного механика предприятия). Первый подал идею, а второй проверил ее расчетами. Благодаря их находчивости была смонтирована передвижная откачная установка с индивидуальной системой охлаждения. На передвижной прицепной тележке, используемой для перевозки длинномеров, были смонтированы в замкнутое кольцо насос ВН-4 и система охлаждения от двигателя автомобиля МАЗ — радиатор с вентилятором, помпа и бак с водой емкостью около 100 л. При включении насоса автоматически включалась помпа, которая прокачивала воду по замкнутому кольцу: бак — помпа — насос — радиатор — бак. Система откачивала воздух вполне удовлетворительно. Всего было изготовлено четыре передвижных установки. Только благодаря этому удалось проверить вакуумную плотность технологических блоков в установленные сроки.
Вскоре проявилась вторая недоработка графика: согласно «Пусковому минимуму» холодильная станция должна была начать выдавать жидкий азот к моменту пуска первой очереди корпуса № 2. А фактически жидкий азот понадобился за 2,5 месяца до начала пуска — для горячей обработки блоков, законченных монтажом и принятых по вакуумной плотности. Чтобы не сорвать сроки, жидкий азот пришлось возить из Красноярска. Дальнее расстояние, некачественные гравийные дороги, перевозки жидкого азота в танках ТРЖК-2у на грузовых автомобилях приводили к значительным потерям — до 50 %. Но другого выхода не было! Как не было и задержки подготовки блоков к пуску.
Корпус № 2 был укомплектован диффузионными машинами последнего поколения: блоки №№ 1–4 и 26–79 — машинами ОК-30М2 (1 254 штуки), а блоки №№ 5–25 — машинами Т-56М2 (462 штуки). ОК-30М2 были разработаны ОКБ ГМЗ и изготавливались на Горьковском машиностроительном заводе. Разработчики установили ресурсный срок для одной сборки — 2,5 года, для другой — 5 лет.
В процессе эксплуатации эти сроки были пересмотрены и увеличены: для первой сборки — 3 года, для второй — 5 лет. Диффузионные машины другого типа — Т-56М2 — изготавливались на Ленинградском заводе им. С. М. Кирова. Проектировал эту машину заместитель главного конструктора ОКБ ЛКЗ А. И. Софронов. Разработчиками диффузионной машины Т-56М2 был установлен ресурс непрерывной работы — 5 лет, в процессе эксплуатации он был увеличен до 6 лет.
Порядок монтажа машин обоих типов был аналогичен, как и порядок подготовки к пуску. Монтаж оборудования осуществлялся очередями. Первая очередь включила группы №№ 66–79. К моменту окончания монтажа на этих блоках в цехе был укомплектован весь руководящий состав и оформлены основные подразделения: технологическая служба, служба КИПиА, служба механика, служба электрика, хозяйственная служба. Кроме того, в состав цеха входили техбюро и филиал отдела № 1.
Незадолго до пуска в штатное расписание химцеха была введена должность заместителя начальника цеха по подготовке производства, в обязанность которого входила организация эксплуатации КИУ. На эту должность был назначен Юрий Григорьевич Павлов. К началу пуска первой очереди были подготовлены к эксплуатации временные КИУ в корпусе № 1.
При пуске присутствовали в полном составе главковская и заводская комиссии, представители цехов и отделов завода. Людей было много, ведь каждый собственными глазами хотел увидеть результаты своего труда и убедиться, что его кирпичик тоже вложен в общее здание. Среди них были специалисты расчетно-теоретической группы: руководитель группы Евгений Иванович Лобанов и расчетчик Анатолий Григорьевич Моисеев. Их интересовало, как пойдет процесс разделения изотопов. Особенно А. Г. Моисеева — ведь это он выполнял расчеты первой пусковой очереди. Он знал, что длительность нестационарного процесса в диффузионном каскаде исчисляется сутками и месяцами, в зависимости от количества ступеней и степени обогащения, результатов в день пуска он не ожидал. Вот как он вспоминал об этом: «Сразу после пуска в отборной ступени несколько раз брались анализы, но обнаружить признаков разделения изотопов не удалось. Оставили собранную технологическую цепочку из 13,5 блоков на ночь в безотборном рабочем режиме.
На другой день, то есть 31 октября 1962 года, во сколько — не помню, масс-спектрометристы определили концентрацию легкого изотопа, равную 0,85 % (исходное сырье N-е), а через сутки запустили еще два блока, и концентрация поднялась до 0,9 %. На этом режиме проработали до конца 1962 года». Таким образом, 30 октября 1962 года завод № 825 вошел в строй действующих объектов. И эта дата стала датой рождения предприятия.
Последующие очереди диффузионного оборудования вводились непрерывно по мере выполнения строительных, монтажных и пусконаладочных работ до апреля 1964 года. Конечно, не обходилось без сложностей. К примеру, при проведении горячей пассивирующей обработки машин ОК-30М2 встал вопрос об оптимизации температуры азотно-фторной смеси, которая обеспечивала бы достаточно хорошую пассивирующую обработку насадок. Блоки №№ 79–56 обрабатывались с 31 августа по 16 декабря 1962 года, и на них не находилось машин с аномальной проницаемостью после окончания пассивирующей обработки, но было два случая загорания обойм: № 5 блока № 70 и № 17 блока № 62. Третий случай загорания произошел на обойме № 100 в блоке № 45. После того как был оптимизирован температурный режим и улучшен контроль за гигиеной при сборке фильтров, загораний «насадок» больше не было.
Последний блок в корпусе № 1 был введен в эксплуатацию ровно через год — 4 июня 1965 года. А в конце 1964 года в здании № 3 было смонтировано оборудование постоянных КИУ — диффузионное и центробежное производства перевели на работу от их коллекторов. Временные КИУ, выполнившие свое предназначение, демонтировали вместе с перегородками, а на этих площадях установили опорные рамы для монтажа оборудования малых блоков №№ 36–59. Эти блоки были включены в работу в конце 1965 года. Вслед за ними, 5 апреля 1966 года, был введен в эксплуатацию каскад газовых центрифуг по очистке товарного продукта от фторидов вольфрама и других металлов.
Таким образом, корпус № 1 газоцентрифужного производства был запущен в работу в полном объеме за 1 год и 10 месяцев. Первую и вторую его типовые части укомплектовали газовыми центрифугами III поколения (ВТ-3ФА), третью — центрифугами IV поколения (ВТ-5). Компоновка агрегатов всех блоков была трехъярусной. И только в последнем блоке секцию 1/2 выполнили в пятиярусной компоновке — она рассматривалась как опытная и предназначалась для проведения аварийных испытаний; результаты этих испытаний были нужны для проектирования пятиярусных секций в последующих корпусах. Интересно, что проектом был предусмотрен поблочный пуск оборудования.
Однако в ходе подготовки блоков к пуску в технологические и приборные схемы вносились изменения, улучшающие проектные решения. Газовые центрифуги пускались одновременно по два, три и даже четыре блока. В процессе пуска оборудования стало очевидным, что обкаточные испытания на вакууме с последующим остановом, заменой вышедших из строя газовых центрифуг и новым разгоном только увеличивают число вышедших из строя машин. Эти неудачи связывали с повторным разгоном перед фреонированием. Поэтому возникло предложение — совместить в качестве эксперимента обкаточные испытания с фреонированием без промежуточной остановки секций.
Огромные и шумные, газодиффузионные машины производили неизгладимое впечатление на молодых специалистов, впервые попадавших в корпус. Вот как описывает «встречу» с ними Анатолий Филиппович Базун, 23 февраля 1966 года начавший работать на ЭХЗ в числе 19 выпускников Уральского политехникума: «Шум работающих компрессоров слышался задолго до того, как шедший по соединительному коридору приближался к корпусу. Ныряешь в этот шум — и взору предстают группы огромных аппаратов голубого цвета, скрывающиеся в далекой перспективе. К аппаратам ОК-30 привыкаешь быстро. Обслуживать их проще, высота понятна, можно перебраться между аппаратами на другой полублок (не очень удобно, но при необходимости перемещались).
Иное дело — аппараты Т-56. Смонтированные на фундаментах такого же размера, что и аппараты ОК-30, но гораздо большие по размерам, они поражали плотностью монтажа самих аппаратов, огромными размерами компрессоров, холодильников и трубопроводов системы охлаждения. И при этом компрессоры издавали уже не шум, а рев. Эти аппараты были самыми большими отечественными диффузионными машинами по разделению изотопов. Они все годы работы на технологическом участке вызывали у меня невольное благоговение.
…Даже современный аппарат для разделения изотопов так меня не поражает: ну, высокая технология, ну, передовые решения. Но размеры наводят на мысль, что подобную машину можно изготовить в кустарной мастерской. Иное дело — многотонные, огромного размера, похожие на слонов аппараты, которые встретили меня, 19-летнего парня, в тот памятный день. Кстати, схожесть со слонами была подмечена до меня: на профессиональном жаргоне нагнетательные патрубки насосов полного расхода иначе, чем «хоботами», не называли».
(Очерк «Прощай, диффузия!», газета «Импульс-ЭХЗ» №№ 25–31, 2010 год)
... негативным фактом, с которым столкнулись при пуске, был выход из строя колес компрессоров полного расхода машин Т-56М2
Отчего же колеса компрессоров выходили из строя? Эти детали на ГМЗ изготавливались из двух типов заготовок: литых и штампованных. Колеса, изготовленные из литых заготовок, имели собственную частоту колебаний 170–180 Гц, а изготовленные из штампованных заготовок — 117–154 Гц. Измерения пульсации газа с помощью микрофона показали, что в компрессорах, как с литыми колесами, так и со штампованными, частота пульсации одинаковая и составляет 150 Гц. Но из строя выходили только «штампованные» колеса.
Рассмотрев все материалы и проведя контрольные испытания, комиссия сделала вывод: «Разрушение колес компрессоров полного расхода машин Т-56, изготовленных из штампованных материалов АК-6, происходит вследствие вибрации лопаток (возможно, с резонансной частотой) при наличии дефектов материала, дефектов механической обработки и наличии остаточных внутренних напряжений, ухудшающих усталостные характеристики материалов». Комиссия рекомендовала заменить «штампованные» колеса на «литые».
Как только эта рекомендация была выполнена, разрушение рабочих колес прекратилось. Однако, пока искали решение, из строя вышло 52 компрессора. «Штампованные» колеса после доработки конструкции еще устанавливались при дальнейшем монтаже, и в общей сложности ими было укомплектовано 59 % диффузионных машин. Но выхода из строя больше не было.
При разделении изотопов урана — хоть газоцентрифужным методом, хоть методом диффузии — используется гексафторид урана (ГФУ). Между тем конечным товарным продуктом ЭХЗ должен был быть тетрафторид урана (ТФУ). В 60-е годы переработка ГФУ в ТФУ осуществлялась двумя способами.
Первый — с помощью аппаратов «Сатурн» — основан на восстановлении ГФУ во фтороводородном пламени с очисткой газов от твердых частиц на фильтрах и конденсацией фторида водорода в емкостях, охлаждаемых жидким азотом. Такая технология была разработана и внедрена на Сибирском химическом комбинате (Томск-7) в 1962–1963 годах.
Второй способ — так называемая технология непрерывная (ТН). Эта технология была разработана на Уральском электрохимическом комбинате (Свердловск-44). Оборудование установок «ТН» было изготовлено на УЭХК, монтаж закончен в первом квартале 1966 года. Электрохимический завод изначально планировалось оснастить аппаратами «Сатурн». В августе 1964 года проектный институт «Сибакадемпроект» (Новосибирск) выпустил проектное задание на здание № 308, которым предусматривалось строительство участка «Сатурн» в осях №№ 38–43 здания ...
Предполагалось, что в составе участка будут работать две цепочки по три аппарата «Сатурн» (два рабочих и один резервный). Однако проектирование и строительство здания № 308 задерживалось, а ГФУ необходимо было переводить в тетрафторид. И на ЭХЗ было принято решение: смонтировать в здании № 3 установки «ТН». Этот участок на заводе получил название «хлорный» — очевидно, оттого, что в технологии применялся четыреххлористый углерод, который, кстати, был зашифрован как «продукт-23».
В апреле 1966 года участок был запущен в работу, а вскоре приказом директора завода № 1054 от 04.11.1966 г. передан в состав химцеха. Но… институт в Новосибирске продолжал работу над проектом, предусматривающим аппараты «Сатурн». И вопрос о том, какую технологию выбрать и где разместить участок, в главке не был закрыт до сих пор. Об этом непростом выборе рассказывал главный инженер В. П. Сергеев: «Я собрал у себя совещание технологов завода, и мы обсудили вопрос, где расположить хлорный участок — в здании № 3 или в здании № 308 — и какую выбрать технологию — типа «Сатурн» или «ТН». Иными словами — «томскую» или «свердловскую». После долгого обсуждения пришли к выводу, что нам больше подходит установка «ТН».
Важную роль в выборе технологии сыграл тот факт, что директор УЭХК А. И. Савчук дал согласие на выпуск проекта и изготовление для нашего завода трех аппаратов «ТН», более того — обещал оказать помощь в монтаже и наладке! Но институт в Новосибирске упорно работал над проектом «Сатурн» для нашего здания № 308, готовя три аппарата. Я сообщил об этом И. Н. Бортникову и попросил, чтобы он переговорил с начальником Главного управления Александром Дмитриевичем Зверевым. Через несколько дней Иван Николаевич мне говорит: «Зверев назначил совещание по этим двум вопросам с участием представителей Свердловска, Томска, Новосибирска и Красноярска-45. От нашего завода поедешь в Москву. Ты отстаивай нашу точку зрения. Смотри, не подведи!»
Зверев также сказал, что есть два мнения о расположении участка: первое — в здании № 308 — предложение новосибирцев, и второе — в здании № 3 — предложение красноярцев. «Какую установку выбрать — решит данное совещание». В прениях выступил инженер-куратор из Новосибирска Б. И. Лунюшкин. В своем выступлении он привел доводы в пользу размещения участка в здании № 308 и выбора установки «Сатурн». Затем слово предоставили мне. Я привел, кажется, девять обоснованных доводов в пользу расположения участка в здании № 3 и выбора аппаратов «ТН» — в этом случае легче было выполнить технические требования и решить целый ряд режимных вопросов. Л. В. Хованский поддержал мнение Красноярска-45. И. П. Туторский был за тот вариант, при котором строительство и монтаж участка обойдутся дешевле.
Выступил представитель УЭХК — начальник участка «ТН». Он рассказал об успешной эксплуатации участка передела продукта высокообогащенного гексафторида урана в тетрафторид с применением четыреххлорки на аппаратах «ТН» (технология непрерывная), пообещал оказать красноярцам помощь в проектировании участка, изготовлении аппаратов «ТН» в металле и в самом монтаже участка и наладке. Представитель СХК С. В. Сенцов рассказал об эксплуатации участка по другой технологической схеме — на установке, получившей название «Сатурн», с использованием водорода и фтора. По его мнению, участок «Сатурн» работает без замечаний.
Выслушав все наши доводы, А. Д. Зверев сказал: «Будем заканчивать. Мнения мы выслушали — участки у свердловчан и у томичей работают нормально, обеспечивая своевременную выдачу товарной продукции, и каждый, конечно, хвалит свои технологические схемы, в соответствии с пословицей: «Каждый кулик свое болото хвалит». За всю работу участка отвечает директор завода, где бы он ни был расположен». Затем Зверев замолчал, собираясь с мыслями. Участники совещания замерли в ожидании. Какое же решение он примет? И вдруг мы услышали: «На Руси давно было принято, что жених выбирает невесту сам! Все, совещание окончено, благодарю за внимание».
Едва я вернулся домой, И. Н. Бортников вызвал меня для доклада. Я пришел и говорю крат ко: «Иван Николаевич, Зверев объявил, что на Руси жених выбирает невесту сам». Бортников не понял, уставился на меня, взгляд остановился, задохнулся, рассердился да как закричит: «Ты мне ребусы не загадывай, *****!» Пришлось рассказать подробнее, объяснить, что «жених» — это директор завода, он и выбирает место участка и технологическую схему — «невесту». Следовательно, поговорка означает, что мы будем располагать участок «ТН» в здании № 3 с установками аппаратов, как в Свердловске-44 (свердловчане за него были удостоены Ленинской премии)».
После ввода в эксплуатацию здания № 308 А. Д. Зверев, приезжая на завод, каждый раз приходил в цех и интересовался состоянием дел, посещая участки и схемы. В 1972 году А. Д. Зверев с руководством завода осмотрел помещения, где планировалось строительство установок «Сатурн». После осмотра основных цехов завода А. Д. Зверев назвал хлорный участок «забегаловкой на ВДНХ» (видимо, имел в виду прекрасные корпуса основных цехов и тесное помещение участка, где заканчивался процесс изготовления товарной продукции завода). Руководством завода было принято решение о реконструкции хлорного участка, построенного по проекту УЭХК, а вопрос о строительстве установок «Сатурн» больше не рассматривался. Дополнительно была выстроена пристройка к зданию № 3 — площадь участка увеличилась.
Однако проблемы не закончились и с пуском первого технологического цеха — как будто кто-то пытался испытать людей на прочность. Очередная неприятность была связана с большим выходом из строя газовых центрифуг ВТ-ЗФА и ВТ-5 в цехе № 55. Руководство главка потребовало срочно обследовать центрифуги, чтобы установить причины поломок. И хотя места для разборки вышедших из строя машин и опытных стендов для прокрутки ГЦ не было, заместитель главного инженера по науке В. П. Шаповалов и старший инженер А. Г. Смирнов занялись обследованием разрушенных машин.
Первыми до истины «докопались» свердловчане — они раньше других начали эксплуатацию ГЦ ВТ-ЗФА и имели все условия для их обследования и испытания в опытном цехе № 20. По их оценке, причина повышенного выхода машин из строя заключалась в усталостной поломке иглы. Чтобы решить проблему, стали устанавливать двойную иглу. Результаты исследований на заводе № 825 только подтвердили правильность выводов специалистов комбината № 813. Еще тревожнее оказалась ситуация, связанная с установкой в третьей типовой части газовых центрифуг ВТ-5. Обстановка была настолько серьезной, что на завод прибыла ГПК МСМ. Однако и с этой проблемой удалось справиться.
Нельзя не сказать несколько слов о том, как в процессе пуска сначала газодиффузионного, а затем и центрифужного производства была организована работа конденсационно-испарительных установок (КИУ). К моменту пуска первых мощностей предприятия были подготовлены временные КИУ в корпусе № 1. Их технологическая схема не изменялась до конца пуска газодиффузионных машин корпуса № 2. Но к началу пуска газовых центрифуг корпуса № 1, то есть к 4 июня 1964 года, она была разделена на две самостоятельные технологические схемы.
Первая — диффузионная КИУ — обслуживала рабочим газом (UF6) диффузионное оборудование корпуса № 2. Вторая — центробежная КИУ — обслуживала пусковые блоки газовых центрифуг корпуса № 1. КИУ корпуса № 2 обслуживал персонал химцеха, а КИУ корпуса № 1 — персонал цеха химической очистки. Причем технологическая схема центробежной КИУ отличалась от диффузионной — была более насыщена приборами КИПиА, аварийной защиты, схемами блокировок и т. д.
В декабре 1964 года был завершен перевод КИУ с временного места (оси 6–20 корпуса № 1) в здание № 3 химцеха. Технологи и аппаратчики цеха химочистки, обслуживавшие временные КИУ, вернулись на пуск блоков ГЦ корпуса № 1. КИУ здания № 3 были смонтированы по типовому отраслевому проекту с учетом обслуживания одновременно технологической цепочки корпуса № 2 (газодиффузионные машины) и технологической цепочки корпуса № 1 (газовые центрифуги). В декабре 1964 года было введено в эксплуатацию технологическое оборудование здания № 3. В 1965 году с началом ввода в эксплуатацию газовых центрифуг IV поколения возникла серьезная проблема снижения эффективности разделения изотопов газовыми центрифугами, связанная с повышением уровня легких примесей в рабочем газе. Перед технологической службой завода встала задача вывода легких примесей из технологической цепочки. Но как?
Решением этого вопроса на ЭХЗ активно занимались В. Г. Шаповалов и работники ЦЗЛ, Г. А. Гаврилов и работники группы ведения техпроцесса и анализа и наладочно-экспериментальной службы производственного отдела. В принципе, чистка рабочего газа от легких примесей на газодиффузионном производстве проводилась в КИУ на установке переконденсации. Но в условиях газоцентробежного производства это процесс довольно трудоемкий, так как необходимо чистить все отборные потоки полок (а их было до десяти). К тому же в процессе было много ручной работы.
В результате тщательного отбора предпочтение было отдано очистительным каскадам, получившим название «установка К-11». В качестве очистительных каскадов выбрали блоки газодиффузионных машин Т-44, которые входили в технологическую цепочку первого газодиффузионного завода в Свердловске-44 и к тому времени были сняты с эксплуатации. На их базе в проектно-конструкторском бюро ГСПИ-11 и была спроектирована и смонтирована установка К-11, в которую вошли четыре очистительных каскада (ОК). При проверке эффективности очистки газа от легких примесей с помощью К-11 на каскадах ОК-3, ОК-4 и ОК-5 степень очистки оказалась недостаточной. Чтобы повысить эффективность, увеличили пропускную способность установки — каскады были переведены на последовательно-параллельную работу блоков. После включения К-11 в работу на всех технологических секциях в коллекторах питания уровень легких примесей не превышал допустимый предел.
Забегая вперед, отметим, что после первой модернизации разделительные мощности в корпусах №№ 1, 3 и 4 существенно выросли. Увеличились и межполочные потоки. Очистительных каскадов явно не хватало — они и до первой модернизации работали на пределе. Поэтому для очистки отборных межполочных потоков, кроме установок К-11 (ОК-0, ОК-3, ОК-4 и ОК-5), были подключены установки переконденсации К-06 (ПК-1, ПК-2 и ПК-3). 1958 В 1982–1983 годах была смонтирована еще одна очистительная установка К-11-1 для очистки потока отбора корпуса № 2. Проект, выполненный опять-таки проектировщиками ГСПИ-11, предусматривал три последовательно соединенных газодиффузионных блока. Каждый из них был укомплектован 20 газодиффузионными машинами Т-47. Очистительный каскад получил наименование ОК-6.
Журналисты иногда сравнивают работу центрифуги с «темпераментным танцем на игле», имея в виду, конечно же, ключевую особенность оборудования — вращающийся ротор центрифуги тонкой иглой опирается на корундовое основание. Уникальные материалы и сверхвысокая точность позволяют «танцовщице» исполнять фуэте со скоростью более 1 500 оборотов в секунду. Неудивительно, что при этом центрифуга чувствительна к внешним колебаниям. В 1960 году, когда на заводе в Свердловске-44 (ныне — Новоуральск) только запустили первый газоцентрифужный каскад, разработчики всерьез опасались, что малейшее сейсмическое воздействие может привести к задеванию ротором неподвижной детали. И тогда, из-за высокой скорости вращения, центрифуга попросту разнесет все вокруг. Поэтому большинство специалистов отказывались от идеи располагать машины ярусами. И первый каскад, к слову, был «одноэтажным». Позже, уже выяснив, как ведет себя газовый ротор при сейсмических воздействиях, проектанты предложили трехъярусную компоновку, а потом и пятиярусную, что позволило значительно повысить производительность на прежних площадях.
... провели испытания с работающими газовыми центрифугами ВТ-3ФА — на вакууме при номинальных оборотах. При колебаниях в продольном направлении, эквивалентном землетрясению в 6 баллов, из строя вышло 0,7 % испытываемых центрифуг. При колебаниях в поперечном направлении выходов из строя не было. И конструкция девятистоечных рам была принята для установки в технологических цехах. В августе 1965 года Государственная приемная комиссия (ГПК) Минсредмаша принимала секцию газовых центрифуг IV поколения — ВТ-5 сборки 8 в пятиярусной компоновке. Комиссия проверяла сейсмоустойчивость этих машин к 6-балльным возмущениям на почве, технологичность монтажа, демонтажа и эксплуатации, проводила аварийные испытания, анализировала работу ГЦ в трехъярусной и пятиярусной компоновках.
Сейсмические испытания в таком масштабе проводились впервые в отрасли. Один девятистоечный ряд поделили на два стенда, получивших номерные знаки «1000» и «400». Стенд «1000» испытывался при колебаниях в продольном направлении, а стенд «400» — в продольном и поперечном. Оборудованию устроили настоящую встряску: при работающих на вакууме центрифугах было произведено 18 возмущений, имитирующих землетрясения, характерные для Красноярского края, с учетом длительности колебания стендов — 5 секунд. В итоге пятиярусные опорные конструкции выдержали испытания с честью и были рекомендованы комиссией для установки ГЦ IV поколения. А вот центрифуги ВТ-5 сборки 8 немного подкачали — не выдержали испытания на четвертом и пятом ярусах: нижние наконечники расцентровались, а крючки отборников сильно повредились. При этом шум стоял страшный — его производили роторы газовых центрифуг, которые при каждом срыве садились на корректоры. Создавалось впечатление, что разваливается вся секция. Комиссия рекомендовала обязательную доработку ВТ-5 сборки 8. Однако академик И. К. Кикоин, присутствовавший на испытаниях и внимательно следивший за их ходом, был доволен методикой.
Кстати, первое за все годы эксплуатации центрифужного оборудования землетрясение в 3–4 балла в районе Электрохимического завода было зарегистрировано только 27 октября 2000 года, в 8 часов 9 минут по красноярскому времени. Из строя вышло 0,0028 % от всех газовых центрифуг V поколения, проработавших в технологической цепочке на тот момент около 23 лет. В основном — в верхних ярусах.
Ох уж эти ГЦ ВТ-5! Анализируя в ходе сейсмических испытаний работу блоков в трехъярусной компоновке, комиссия МСМ сделала заключение: разрушение машин сборки 8 приводит к расцентровке других машин и повреждению крючков-отборников. Только одна дефектная машина может вывести из строя от двух до десяти газовых центрифуг. А все из-за совпадения собственных частот колебаний коллектора, расположенного внутри ротора, с колебаниями в поперечном направлении всего агрегата. Эти «поперечные» колебания возбуждались при разрушении одной ГЦ и резонансно передавались коллекторам других ГЦ. В некоторых случаях это приводило к выходу машин из строя и, естественно, снижению разделительной способности всей цепочки.
Вдобавок ко всему среди ГЦ образовалось много «паразитов». Внешне они вели себя как нормальные машины: электроэнергию потребляли номинальную, обороты также имели номинальные, мощность трения была в пределах ТУ, а основной параметр оказывался… отрицательным. Надо было раз за разом «чистить» технологическую цепочку, отключая дефектные центрифуги. Но «чистить» было нечем — средства для поиска дефектных газовых центрифуг в технологической цепочке просто не существовало! Решить проблему можно было с помощью установок для измерения мощности трения ГЦ. Но, к примеру, к моменту пуска цеха химической очистки ЭХЗ такой аппаратуры вообще не было. Только в 1966 году заказ на ее изготовление был дан комбинату № 813.
Однако радоваться эксплуатационникам было рано: мало того, что установки МТ-4 и МТ-4А оказались чрезвычайно громоздкими, так их еще требовалось сразу четыре, чтобы измерить мощность трения ГЦ одной секции! Значения записывались на самописцы, ленты которых затем расшифровывались. Процесс был долгим и трудоемким. Так что работники пошучивали: «Улита едет, когда-то будет». И действительно, на одно измерение всех газовых центрифуг корпуса № 1 потребовалось… девять месяцев. Между тем повышенный выход газовых центрифуг и обнаружение в технологической цепочке большого количества дефектных машин в 1968 году стали поводом для обсуждения на технических советах предприятия.
Результаты осмотра подтвердили наличие дефектов в разобранных центрифугах, все они оказались неработоспособными. Так что отключили их правильно. После этого аналогичные проверки устроили еще на нескольких секциях. Во всех случаях дефекты подтвердились. Все разобранные ГЦ, снятые с цепочки как дефектные, осматривал лично И. Н. Бортников. После этого было принято решение: дефектные машины отключать сразу после выявления. Но проблема выявления дефектных ГЦ до сих пор не была решена. Надежды на МТ-4 и МТ-4А не оправдались, но все же к концу пуска количество приборов на предприятии достигло 17 штук. Нелегко оказалось выполнить рекомендацию ГПК МСМ «…проработать вопрос о возможности выявления обкатавшихся машин при их работе в технологической цепочке». Хотя над этим бились лучшие умы сразу двух предприятий — п/я А-7354 и п/я М-5122 (так в то время назывались Уральский электрохимический комбинат и Электрохимический завод).
Уральцы первыми проработали этот вопрос в 1968 году и пришли к выводу: выявлять ГЦ с забитыми трассами отбора и дефектными отборниками на технологической цепочке невозможно! Сибиряки же оказались более настойчивыми. Возможно, поэтому именно им улыбнулась удача! Впервые промышленные методы выявления дефектов газовых центрифуг были разработаны и внедрены на Электрохимическом заводе в 1968–1971 годах. Вначале, когда для измерения мощности трения еще не использовалась вычислительная техника, выбраковка дефектных газовых центрифуг производилась методом пороговой индикации — в 1968 году его разработали А. Г. Смирнов, Б. Г. Вершинин, В. И. Пестриков и А. К. Филин при содействии главного прибориста А. М. Прохорени и работников его отдела. В 1969 году этот метод был принят Государственной приемной комиссией МСМ на предприятии п/я А-7354. Однако он позволял выявлять только ГЦ с повышенной мощностью трения.
А как быть с другими дефектами? Поиски продолжались. В 1969 году силами лаборатории технической кибернетики ЦЗЛ под руководством Ю. П. Дьякова была разработана методика массового измерения мощности трения с помощью ЭВМ «Урал-2». Но измерение этого параметра также не решало главной проблемы — не позволяло «вылавливать» газовые центрифуги со всеми видами дефектов. Да и сами замеры были ненадежными, часто происходили сбои, отказ машины. С внедрением в 1971 году ЭВМ АСВТ М-3000 измерения мощности трения стали производиться более успешно, но вопрос выбраковки дефектных машин по-прежнему не решался. На комбинате № 813, в опытно-экспериментальном цехе ГЦ (№ 20), к этому времени основательно исследовали все известные в то время дефекты ГЦ, были разработаны способы определения конкретных дефектов единичных газовых центрифуг (авторы — Ф. В. Петухов, Н. Н. Рыскунова). Нужно было лишь перенести методики выбраковки ГЦ на технологическую цепочку. Но как? Поиск и разбраковка вручную среди сотен тысяч работающих машин… Это что-то из области фантастики!
В 1969 году был разработан метод выявления дефектных газовых центрифуг с поврежденными и забитыми нижними отборниками (авторы — А. Г. Смирнов, В. В. Кусков, А. Т. Печенкин, Б. В. Роспусков). В 1971 году специалисты наладочно-экспериментальной службы изобрели еще один метод — выявление газовых центрифуг с забитыми трассами питания (авторы — А. Г. Смирнов, Г. А. Гаврилов, А. К. Филин, В. Г. Шаповалов). С внедрением двух методов выявления дефектных газовых центрифуг и системы централизованного контроля мощности трения с применением ЭВМ АСВТ М-3000 завод получил возможность надежно и оперативно контролировать состояние газовых центрифуг, работающих в технологической цепочке, без их остановки и разборки.
Необходимость дальнейшего использования метода пороговой индикации для выявления газовых центрифуг с повышенной мощностью трения отпала. С 1971 года методы выявления дефектных газовых центрифуг с применением централизованной системы измерения мощности трения стали неотъемлемой частью газоцентробежной технологии разделения изотопов урана.
В числе прочих на конференции выступил и директор ЭХЗ И. Н. Бортников. Он рассказал о состоянии дел на технологической цепочке, привел результаты обследования всей технологической цепочки — сколько выявлено дефектных центрифуг, у скольких из них забиты трассы отбора или питания, сколько имеют другие дефекты, как соотносится с дефектами увеличение мощности трения — около 90 % ГЦ с повышенной мощностью трения имели трещины в нижних диафрагмах и крышках.
Данные оказались сенсационными и в какой-то мере стали ориентиром в дальнейшей работе ученых, конструкторов, производственников — изготовителей и эксплуатационников над устранением конструктивных недоработок газовых центрифуг IV поколения и совершенствованием технологии газоцентробежного разделительного производства изотопов урана и других химических элементов. Разработка и внедрение методов поиска дефектных газовых центрифуг в технологической цепочке с применением автоматизированной системы измерения мощности трения на базе ЭВМ стали своего рода технологическим прорывом в эксплуатации газоцентробежного оборудования и целой эпохой в развитии автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Управление технологическим процессом в цехах осуществлялось с центрального диспетчерского пункта. КПД схемы завода в 1971–1975 годах поддерживался на уровне, близком к 100 %. Эксплуатация газовых центрифуг производилась в соответствии с утвержденными техническими условиями. Тем не менее «сюрпризов» было много. С пуском газовых центрифуг ВТ-5 было замечено сильное забитие трасс питания машин на отборных блоках и на блоках, куда подавалось питание. Для выяснения причин привлекли инженеров-экспериментаторов, масс-спектрометристов, химиков-аналитиков и эксплуатационников.
Газовые центрифуги снимали в плановом порядке в разных точках технологической цепочки, разбирали их и определяли коррозионные отложения, исследовали их состав методом химического и масс-спектрометрического анализов, а также другими способами. За пять лет были проведены смывы коррозионных отложений с последующим проведением химического анализа на сотнях газовых центрифуг.
Результаты исследований изложены в двух его отчетах, где красной нитью проходит мысль: причиной образования продуктов гажения является сама центрифуга. Другой источник — сырье, в котором присутствуют окислы азота, легко вступающие в реакцию с гексафторидом урана. Один из выводов, сделанных М. Н. Бутылиным: гексафторид урана до подачи в технологическую цепочку требуется очищать от оксидов азота и фосфористых соединений.
Результатом исследований стал ряд мероприятий, направленных на уменьшение случаев забития трасс газовых центрифуг ВТ-5. В частности, до подачи в технологическую цепочку рабочий газ стали очищать с помощью очистительного каскада, собранного из диффузионных машин Т-47 в здании № 3. Уровень легких примесей в отборных блоках снизили до минимального значения. Установили жесткий контроль состояния ГЦ в отборных блоках и в точках подачи питания, периодически измеряя мощность трения и выявляя дефектные машины с помощью ЭВМ. Ввели наблюдение за коррозионными отложениями в различных точках технологической цепочки, а также ужесточили режим вакуумной сушки, увеличив ее продолжительность и повысив температуру.
Большая работа была проведена и в плане увеличения надежности машин. Так, для снижения скорости разупрочнения роторов газовых центрифуг сократили длительность ремонтных работ, а также уменьшили их объем в летний период. Применили метод пережатия трубок отбора, питания и отвала на вышедших из строя ГЦ — чтобы поддерживать глубокий вакуум. Сформировали требования к содержанию связанного азота в сырье и внедрили новые технические условия на сырье.
Обобщили опыт эксплуатации приборов и схем КИПиА. Совершенствовали регламенты обслуживания и увеличивали межремонтные сроки. Улучшили системы контроля синхронизма вращения роторов ГЦ. Работали над повышением надежности электропитания. Чтобы контролировать состояние роторных деталей и выявлять причины выхода газовых центрифуг из строя, периодически разбирали целые и вышедшие из строя машины. Изучали дефекты деталей ГЦ, которые появлялись и прогрессировали со временем наработки. Существенно усовершенствовали и эксплуатацию межкаскадных коммуникаций (МКК).
Согласно проекту ГСПИ-11 резервные линии находились в закрытом состоянии, что приводило к накоплению в них легких примесей. «Горячего» резерва не получалось: перед включением требовалось проводить пассивацию, на что уходило много времени. По предложению специалистов Д. А. Старостина, В. П. Бретцер-Портнова, В. Н. Сорокина внедрили параллельную работу линий МКК. Идея оказалась перспективной — в настоящее время по этой схеме работают на всех родственных предприятиях. Одновременно с совершенствованием технологии проводили испытания машин нового, пятого, поколения — как в технологической цепочке, так и на опытных стендах «240» и «400».
Отдельным вопросом в развитии центрифужного метода стал ресурс работы газовых центрифуг, точнее, его увеличение. Конструкторы определили ресурсный срок ГЦ ВТ-3ФА в три года, а центрифугам ВТ-5 — пять лет. И хотя на ЭХЗ постоянно проводились исследования ресурсной надежности ГЦ и мероприятия по ее увеличению, начальник 4-го главка А. Д. Зверев проявлял беспокойство. Он опасался, что по истечении ресурсного срока центрифуги массово выйдут из строя, а потому то и дело напоминал руководству Электрохимического завода: «Смотрите, не прокараульте начало модернизации!» И руководство смотрело…
Надежды на существенное продление ресурсного срока появились только с выпуском газовых центрифуг IV поколения сборки 59 и 73С. Правда, ученым еще предстояло обосновать прогноз. Одной из основных причин выхода из строя ГЦ ВТ-5 являлась усталостная поломка игл. В 1973 году был утвержден регламентный срок замены иглы — пять лет (плюс-минус один год). И за пять лет на всех ВТ-5 иглы были заменены. Параллельно проводилась и другая работа, позволявшая увеличить ресурс.
В 1974–1976 годах было исследовано техническое состояние ГЦ ВТ-5, отработавших восемь-девять лет. По итогам исследований ГПК МСМ рекомендовала продлить ресурс до 13–14 лет. Для того чтобы обеспечить надежную работу оборудования на этот период, на ЭХЗ разработали ряд мероприятий. Прежде всего, совместили различные виды ремонтов и оптимизировали межремонтные сроки, усовершенствовали сам процесс ремонта, чтобы уменьшить вероятность попадания паров воды во внутренние полости ГЦ. Снизили влажность воздуха в корпусах. А с 1979 года внедрили режим перевозбуждения гистерезисных двигателей ГЦ ВТ-5, который позволил не только снизить потребление электроэнергии на 25–30 % и увеличить основной параметр на 1,8 %, но и снизить температуру нижней части ротора. Это тоже послужило увеличению ресурсного срока.
Фактически центрифуги ГЦ ВТ-3ФА, вместо трех, проработали более 12 лет, а ВТ-5 — более 14 лет. И эксплуатационники понимали, что газовые центрифуги IV поколения, кроме ВТ-5 сборки 8, и газовые центрифуги III поколения могли бы работать в технологической цепочке минимум еще пять лет. Однако к 1976 году на подходе были новые машины — V поколения. Назрела необходимость модернизации.
Необходимость модернизации оборудования ставила перед работниками Электрохимического завода еще одну важную проблему — как поступать с центрифугами, отслужившими свое. Дело в том, что за время работы в газовых центрифугах в виде коррозионных отложений накапливается значительное количество урана. Этот уран необходимо извлечь и вернуть в технологический цикл. Черные и цветные металлы, из которых изготовлены ГЦ, также надо возвращать в народное хозяйство — естественно, после тщательной дезактивации.
В 1976 году непосредственно В. И. Гунбиным была разработана технологическая планировка оборудования линии комплексной переработки агрегатов, которая состояла из установки дезактивации агрегатов в сборе, термической установки и установки дезактивации вторичных материалов. В 1979 году В. И. Гунбин разработал компоновку установки термической ликвидации агрегатов в сборе, а также предложил конструкцию сборного плавильного поддона.
Таким образом, к 1980 году на ЭХЗ была создана уникальная автоматизированная линия химико-термической ликвидации отработавших газовых центрифуг.
25 февраля 1983 года было получено авторское свидетельство на изобретение № 194344 (авторы — В. И. Гунбин, Г. П. Попов, Г. П. Федоров, В. Г. Шаповалов) — «Автоматизированная линия для ликвидации и переработки агрегатов отработавших вибраторов» (вибраторами в силу секретности условно назывались газовые центрифуги). Вместо разборки предложено было пропускать ГЦ, в конструкции которых использовались и сталь, и алюминиевые сплавы, и другие материалы, через специальную печь, имевшую различные температурные зоны (сначала выжигались органические материалы, затем выплавлялись металлы с меньшей температурой плавления и т. д.).
Геннадий Павлович Попов родился 28 января 1941 года в Свердловске, в семье рабочих. В 1955 году окончил неполную среднюю школу, в 1959 году — Свердловский машиностроительный техникум. Затем работал машинистом-исследователем в СвердНИИхиммаше. В 1961 году поступил в Уральский политехнический институт по специальности «Машины и аппараты химических производств», получив в 1965 году квалификацию инженера-механика. В феврале 1966 года по путевке МСМ прибыл на предприятие п/я 285, в Заозерный-13 (в мае 1966 года переименован в Красноярск-45).
Зонная плавка позволила автоматизировать процесс разделения материалов, облегчала их дальнейшую утилизацию и переработку. Интерес специалистов вызывает, как правило, поточная линия, которая состоит из двух частей. На первой растворяют соединения урана, прокачивая через агрегаты моющие растворы. На второй — отправляют в трехзональную печь, где последовательно подсушивают агрегаты, выжигают, оплавляют алюминиевые детали и окончательно обрабатывают рамы с корпусами и решетками моющими растворами. Производительность поточной линии обеспечивает проведение непрерывной модернизации газоцентробежного производства. Потеря металлов при уничтожении агрегатов не превышает 4 %.
Опыт эксплуатации ГЦ ВТ-5 обобщался в течение 14–15 лет, а затем был перенесен на практику эксплуатации ГЦ ВТ-7. Особое внимание сосредоточили на работе газовых центрифуг при минимально допустимой температуре охлаждающей воды, проведении плановой замены оборудования (ПЗО) при минимальной влажности воздуха, сокращении длительности ПЗО и создании условий, исключающих попадание влаги в машины, сокращении числа остановок секций по технологическим причинам.