Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 19319 10.12737/article_5a28ffd347e557.03010714 Экология техносферы Technosphere ecology Экология техносферы Impacts of Environmental and Biological Factors on Complex Technical Systems Экологические и биологические факторы воздействия на сложные технические системы Лаптев А. Б. Laptev A. B. laptev@bk.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-8564-4774 Бугай Д. Е. Bugay D. E. debugai@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Александров Анатолий Александрович Aleksandrov Anatoliy Aleksandrovich rector@bmstu.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Ларионов Валерий Иванович Larionov Valeriy Иванович lar@esrc.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Москва Россия All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials Moscow Russian Federation Уфимский государственный нефтяной технический университет Уфа Россия Ufa State Petroleum Technological University Ufa Russian Federation Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Bauman Moscow State Technical University Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Москва Россия Bauman Moscow State Technical University Moscow Russian Federation 6 4 21 30 https://naukaru.ru/en/nauka/article/19319/view

Проведен анализ изменения климата в Российской Федерации. Показано, что наибольшее изменение климата происходит в арктическом поясе — увеличивается эмиссия углекислого газа и метана, глубоко оттаивает вечная мерзлота. При изменении климатических условий, улучшении экологической ситуации и широком использовании систем биологической очистки промышленных и бытовых стоков происходит изменение биологических систем. Интенсифицируется естественный отбор микроорганизмов, способных использовать в качестве питательного субстрата такие ранее инертные материалы, как полиэтилен и полипропилен. Изменение климатических условий эксплуатации сложных технических систем и воздействие на них биологических и экологических факторов диктуют необходимость пересмотра подходов к созданию, проектированию и эксплуатации соответствующих технических средств. Мероприятия по стандартизации порядка проведения климатической квалификации изделий с учетом влияния вновь формирующихся климатических, экологических и биологических условий позволят значительно сократить экономические потери от коррозии, старения и биоповреждения сложных технических систем. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления «Климатические испытания для обеспечения безопасности и защиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов, конструкций и сложных технических систем в природных средах» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»).

The analysis of climate change in the Russian Federation has been carried out. It has been shown that the major climate change is occurring in the Arctic zone — increased emissions of carbon dioxide and methane, deep permafrost thawing. Due to the change of climatic conditions, improvement of the ecological situation and wide use of biological cleaning systems for a treatment of industrial and household effluents a change of biological systems is taking place. Natural selection of microorganisms capable to use as a nutritious substratum such previously inert materials as polyethylene and polypropylene is intensified. The change of climatic conditions in which complex technical systems are operated, and the impact of biological and ecological factors on these systems dictate the need for revision of approaches to creation, design and operation of appropriate technical means. Actions for standardization of procedure for products climatic qualification taking into account the influence of newly forming climatic, ecological and biological conditions will allow considerably reduce economic losses from corrosion, aging and biodeterioration of complex technical systems. The work has been carried out in the frame of implementation of complex research area 18 “Climatic Tests for Safety Provision and Protection from Corrosion, Aging and Biodeterioration of Materials, Constructions and Complex Technical System in Natural Environments” (“Strategic Areas for Development of Materials and Their Treatment Technologies for the Period until 2030”).

 климат коррозия старение биоповреждение сложные технические системы безопасность эксплуатации климатические испытания. climate corrosion aging biodeterioration complex technical systems operation safety environmental testing.

1. ВведениеНаиболее важный этап при создании техники — установление ее климатического исполнения, что определяет, в каком климате и при каком воздействии внешних факторов может работать соответствующие материал или изделие в течение назначенного периода эксплуатации [1–3].

Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С. 7-17. Kablov E. N. Strategicheskie napravleniya razvitiya materialov i tekhnologiy ikh pererabotki na period do 2030 goda [Review of International Experience on Corrosion and Corrosion Protection]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii [Aviation Materials and Technologies]. 2012, I. 5, pp. 7-17. (in Russian) Каблов Е. Н., Старцев О. В., Медведев И. М. Обзор зарубежного опыта исследований коррозии и средств защиты от коррозии // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 76-87. Kablov E. N., Startsev O. V., Medvedev I. M. Obzor zarubezhnogo opyta issledovaniy korrozii i sredstv zashchity ot korrozii [Survey of Foreign Experience of Corrosion Research and Corrosion Protection Means]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii [Aviation Materials and Technologies]. 2015, I. 2, pp. 76-87. (in Russian) Лаптев А. Б., Перов Н. С., Бухарев Г. М., Кривушина А. А. Основные организмы-биодеструкторы конструкционных материалов в водных средах // Роль фундаментальных исследований при реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»: сб. докл. III Всеросс. науч.-техн. конф. / ФГУП «ВИАМ». М., 2016. С. 19. Laptev A. B., Perov N. S., Bukharev G. M., Krivushina A. A. Osnovnye organizmy-biodestruktory konstruktsionnykh materialov v vodnykh sredakh [The Main Organisms-Biodestructors of Structural Materials in Aqueous Media]. Rol’ fundamental’nykh issledovaniy pri realizatsii “Strategicheskikh napravleniy razvitiya materialov i tekhnologiy ikh pererabotki na period do 2030 goda” [The Role of Fundamental Research in the Implementation of the “Strategic Directions for the Development of Materials and Technologies for Their Processing for the Period to 2030”]. Moscow, FGUP “VIAM” Publ., 2016, p. 19. (in Russian) Ахияров Р. Ж., Бугай Д. Е., Лаптев А. Б. Проблемы подготовки оборотных и сточных вод предприятий нефтедобычи // Нефтепромысловое дело. 2008. № 9. С. 61-65. Akhiyarov R. Zh., Bugay D. E., Laptev A. B. Problemy podgotovki oborotnykh i stochnykh vod predpriyatiy neftedobychi [Problems of the Preparation of Circulating and Waste Waters of Oil Production Enterprises]. Neftepromyslovoe delo [Oilfield Engineering]. 2008, I. 9, pp. 61-65. (in Russian) Лаптев А. Б., Луценко А. Н., Курс М. Г., Бухарев Г. М. Опыт исследований биокоррозии металлов // Практика противокоррозионной защиты. 2016. № 2(80). С. 36-57. Laptev A. B., Lutsenko A. N., Kurs M. G., Bukharev G. M. Opyt issledovaniy biokorrozii metallov [Experience of Research of Metal Biocorrosion]. Praktika protivokorrozionnoy zashchity [Practice of Anticorrosive Protection]. 2016, I. 2(80), pp. 36-57. (in Russian) FWHA-RD-01-156, U. S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (2002). NАСЕ Corrosion 2010 Wrap-Up report, 19 р. Режим доступа: http: www.nace.org (дата обращения 05.04.2017). FWHA-RD-01-156, U. S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (2002). NASE Corrosion 2010 Wrap-Upreport, 19 r. Available at: http: www.nace.org (accessed 05 April 2017). Лаптев А. Б., Навалихин Г. П. Повышение безопасности эксплуатации промысловых нефтепроводов // Нефтепромысловое дело. 2006. № 1. С. 48-52. Laptev A. B., Navalikhin G. P. Povyshenie bezopasnosti ekspluatatsii promyslovykh nefteprovodov [Increase of Safety of Exploitation of Commercial Oil Pipelines]. Neftepromyslovoe delo [Oilfield Engineering]. 2006, I. 1, pp. 48-52. (in Russian) Атмосферная коррозия углеродистой стали: моделирование и картографирование территории Российской Федерации / А. А. Михайлов, Ю. М. Панченко, Т. Н. Игонин, М. Н. Сулоева, В. В. Ковтанюк, Л. В. Маркина // Коррозия: материалы, защита. 2010. № 11. С. 1-10. Mikhaylov A. A., Panchenko Yu.M., Igonin T. N., Suloeva M. N., Kovtanyuk V. V., Markina L. V. Atmosfernaya korroziya uglerodistoy stali: modelirovanie i kartografirovanie territorii Rossiyskoy Federatsii [Atmospheric Corrosion of Carbon Steel: Modeling and Mapping of the Territory of the Russian Federation]. Korroziya: materialy, zashchita [Corrosion: Materials, Protection]. 2010, I. 11, pp. 1-10. (in Russian) Ахияров Р. Ж., Матвеев Ю. Г., Лаптев А. Б., Бугай Д. Е. Ресурсосберегающие технологии предотвращения биозаражения пластовых вод предприятий нефтедобычи // Нефтегазовое дело. 2011. Вып. 5. С. 232-242. Режим доступа: http://ogbus.ru/article/resursosberegayushhietexnologii-predotvrashheniya-biozarazheniya-plastovyxvod-predpriyatij-neftedobychi (дата обращения: 05.04.2017). Akhiyarov R. Zh., Matveev Yu.G., Laptev A. B., Bugay D. E. Resursosberegayushchie tekhnologii predotvrashcheniya biozarazheniya plastovykh vod predpriyatiy neftedobychi [Saving Technologies to Prevent Produced Water Infection by Bacteria at Oil Enterprises]. Neftegazovoe delo [Oil and Gas Business]. 2011, I. 5, pp. 232-242. Available at: http:// ogbus.ru/article/resursosberegayushhie-texnologii-predotvrashheniya-biozarazheniya-plastovyx-vod-predpriyatijneftedobychi (accessed 05 April 2017). (in Russian) Белан М., Торп А. Погода: какие перспективы? // Бюллетень ВМО. Журнал Всемирной метеорологической организации. 2015. Т. 64(1). С. 11-13. Belan M., Torp A. Pogoda: kakie perspektivy? [Weather: What Are Prospects?]. Byulleten’ VMO. Zhurnal Vsemirnoy meteorologicheskoy organizatsii [WMO Bulletin. Journal of the World Meteorological Organization]. 2015, V. 64(1), pp. 11-13. (in Russian) Ежегодник состояния экосистем поверхностных вод России (по гидробиологическим показателям) / Ю. А. Буйволов, Г. А. Лазарева, И. В. Быкова, О. М. Потютко, Т. А. Герасимова, А. Г. Уваров. М.: ФГБУ «ИГКЭ Росгидромета и РАН», 2015. 174 с. Buyvolov Yu.A., Lazareva G. A., Bykova I. V., Potyutko O. M., Gerasimova T. A., Uvarov A. G. Ezhegodnik sostoyaniya ekosistem poverkhnostnykh vod Rossii (po gidrobiologicheskim pokazatelyam) [Yearbook of the Status of Eosystems of Surface Waters of Russia (by Hydrobiological Indicators)]. Moscow, FGBU “IGKE Rosgidrometa i RAN” Publ., 2015. 174 p. (in Russian) Авиационные материалы: справочник в 13 т. / Под ред. Е. Н. Каблова. 7-е изд., доп. и перераб. Т. 13: Климатическая и микробиологическая стойкость неметаллических материалов. М.: ФГУП «ВИАМ», 2015. 270 с. Aviatsionnye materialy [Aviation materials]. Klimaticheskaya i mikrobiologicheskaya stoykost’ nemetallicheskikh materialov [Climatic and Microbiological Resistance of Nonmetallic Materials]. Moscow, FGUP “VIAM” Publ., 2015. 270 p. (in Russian) Лаптев А. Б., Николаев Е. В., Скирта А. А., Лаптев Д. А. Метод оценки состояния материалов в процессе климатического старения // Авиакосмическое приборостроение. 2016. № 11. С. 20-29. Laptev A. B., Nikolaev E. V., Skirta A. A., Laptev D. A. Metod otsenki sostoyaniya materialov v protsesse klimaticheskogo stareniya [Method of Evaluating the Condition of Materials During Climatic Aging]. Aviakosmicheskoe priborostroenie [Aerospace Instrument-making]. 2016, I. 11, pp. 20-29. (in Russian) Проблемные задачи определения расчетных характеристик авиационных конструкционных материалов / А. В. Гриневич, В. С. Ерасов, А. Н. Луценко, А. Б. Лаптев, А. Е. Кутырев, С. Ю. Скрипачев // В сб. IX Всерос. конф. по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат», 20 апреля 2017 г., Москва / ФГУП «ВИАМ»; ГНЦ РФ. М., 2017. С. 16. Grinevich A. V., Erasov V. S., Lutsenko A. N., Laptev A. B., Kutyrev A. E., Skripachev S. Yu. Problemnye zadachi opredeleniya raschetnykh kharakteristik aviatsionnykh konstruktsionnykh materialov [Problematic Tasks of Determining the Design Characteristics of Aviation Structural Materials]. V sbornike IX Vserossiyskoy konferentsii po ispytaniyam i issledovaniyam svoystv materialov”TestMat”, 20 aprelya 2017 g. [In the collection of the IX All-Russian Conference on Testing and Research of Material Properties “TestMat”, April 20, 2017]. Moscow, FGUP “VIAM” Publ., GNTs RF Publ., 2017, p. 16. (in Russian) Лаптев А. Б., Луценко А. Н., Скрипачев С. Ю. Стандартизация климатической квалификации изделий // Стандарты и качество. 2016. № 11. С. 82-85. Laptev A. B., Lutsenko A. N., Skripachev S. Yu. Standartizatsiya klimaticheskoy kvalifikatsii izdeliy [Standardization of Climatic Qualification of Products]. Standarty i kachestvo [Standards and Quality]. 2016, I. 11, pp. 82-85. (in Russian) Nikolaeva L. A., Laptev A. G., Iskhakova R. Ya. Wastewater Treatment of Industrial Enterprises Using Carbonate Sludge. Nature Environment and Pollution Technology, 2015, vоl. 14, no. 4, pp. 947-950. Nikolaeva L. A., Laptev A. G., Iskhakova R. Ya.Wastewater Treatment of Industrial Enterprises Using Carbonate Sludge.Nature Environment and Pollution Technology, 2015, vol. 14, no. 4, pp. 947-950. Лаптев А. Б., Барботько С. Л., Николаев Е. В., Скирта А. А. Статистическая обработка результатов климатических испытаний стеклопластиков // Пластические массы. 2016. № 3-4. С. 58-64. Laptev A. B., Barbot’ko S.L., Nikolaev E. V., Skirta A. A. Statisticheskaya obrabotka rezul’tatov klimaticheskikh ispytaniy stekloplastikov [Statistical Processing of the Results of Climatic Tests of Fiberglass Plastics]. Plasticheskie massy [Plastic Masses]. 2016, I. 3-4, pp. 58-64. (in Russian) Луценко А. Н., Курс М. Г., Лаптев А. Б. Обоснование сроков натурных климатических испытаний металлических материалов в атмосфере Черноморского побережья. Аналитический обзор // Вопросы материаловедения. 2016. № 3. С. 126-137. Lutsenko A. N., Kurs M. G., Laptev A. B. Obosnovanie srokov naturnykh klimaticheskikh ispytaniy metallicheskikh materialov v atmosfere chernomorskogo poberezh’ya. Analiticheskiy obzor [Experimental Justification for the Sched ule of Natural Climatic Tests for Metal Materials in Atmosphere of Black Sea Coast. Analytical Review]. Voprosy materialovedeniya [Material Science Issues]. 2016, I. 3, pp. 126 137. (in Russian) Каблов Е. Н., Мубояджян С. А. Жаростойкие и теплозащитные покрытия для лопаток турбины высокого давления перспективных ГТД // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 8. C. 60-70. Kablov E. N., Muboyadzhyan S. A. Zharostoykie i teplozashchitnye pokrytiya dlya lopatok turbiny vysokogo davleniya perspektivnykh GTD [Heat-Resistant and Heat-Shielding Coatings for High-Pressure Turbine Blades of Advanced GTE]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii [Aviation Materials and Technologies]. 2012, I. 8, pp. 60-70. (in Russian) Теремова М. И., Воробьева С. В., Романченко А. С. Углеводородокисляющие бактерии как потенциальные деструкторы полиэтилена высокого давления // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2011. Вып. 11. С. 133-138. Teremova M. I., Vorob’eva S.V., Romanchenko A. S. Uglevodorodokislyayushchie bakterii kak potentsial’nye destruktory polietilena vysokogo davleniya [Hydrocarbon-Oxidizing Bacteria as the Potential Destructors of High-Pressure Polyethylene]. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Krasnoyarsk State Agrarian University]. 2011, I. 11, pp. 133-138. (in Russian) Каблов Е. Н., Старцев О. В. Фундаментальные и прикладные исследования коррозии и старения материалов в климатических условиях (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4. С. 38-52. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-38-52. Kablov E. N., Startsev O. V. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya korrozii i stareniya materialov v klimaticheskikh usloviyakh (obzor) [Fundamental and Applied Research of Corrosion and Aging of Materials in Climatic Conditions (Review)]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii [Aviation Materials and Technologies]. 2015, I. 4, pp. 38-52. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-38-52. (in Russian) Воробьева Г. А. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1975. 816 с. Vorob’eva G. A. Korrozionnaya stoykost’ materialov v agressivnykh sredakh khimicheskikh proizvodstv [Corrosion Resistance of Materials in Aggressive Environments of Chemical Industries]. Moscow, Khimiya Publ., 1975. 816 p. (in Russian) Расчетные значения характеристик прочности авиационных материалов / В. С. Ерасов, А. В. Гриневич, В. Я. Сеник, В. В. Коновалов, Ю. П. Трунин, Г. И. Нестеренко // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 2. С. 14-16. Erasov V. S., Grinevich A. V., Senik V. Ya., Konovalov V. V., Trunin Yu.P., Nesterenko G. I. Raschetnye znacheniya kharakteristik prochnosti aviatsionnykh materialov [Calculated Values of the Strength Characteristics of Aviation Materials]. Aviatsionnye materialy i tekhnologii [Aviation Materials and Technologies]. 2012, I. 2, pp. 14-16. (in Russian) Гринспун Д. Мы меняем наш мир и нас самих. Что дальше? // В мире науки. 2016. № 11. С. 16-18. Grinspun D. My menyaem nash mir i nas samikh. Chto dal’she? [We are Changing Our world and Ourselves. What’s Next?]. V mire nauki [Scientific American (Russian version)]. 2016, I. 11, pp. 16-18. (in Russian) Йонетани М. Перемещение населения из-за бедствий в условиях изменяющегося климата // Бюллетень ВМО. Журнал Всемирной метеорологической организации. 2016. Т. 65(1). С. 16-23. Yonetani M. Peremeshchenie naseleniya iz-za bedstviy v usloviyakh izmenyayushchegosya klimata [Moving Population Due to Disasters in a Changing Climate]. Byulleten’ VMO. Zhurnal Vsemirnoy meteorologicheskoy organizatsii [Bulletin of the WMO. Journal of the World Meteorological Organization]. 2016, V. 65(1), pp. 16-23. (in Russian) Александров А. А., Ларионов В. И., Новиков П. А. Динамический анализ риска техногенных опасностей // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2014. № 5(56). С. 128-134. Aleksandrov A. A., Larionov V. I., Novikov P. A. Dinamicheskiy analiz riska tekhnogennykh opasnostey [Dynamic Analysis of the Risk of Technogenic Hazards]. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya Estestvennye nauki [Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences]. 2014, I. 5(56), pp. 128-134. (in Russian)