Исследование применения трубопроводного транспорта из полимерно-композитных материалов для повышения экологичности

Содержание

введение

1 технологии трубопроводного транспорта из полимерно-композитных материалов

1.1 историческая справка

1.2 применение ПКТ




Введение

В настоящее время транспортировка природного газа, от скважины до потребителя, является одной из важнейших задач предприятий компании "Газпром". Этим объясняется интерес к полимерно-композитным трубопроводам. Их основными достоинствами являются повышенный срок службы и устойчивость к агрессивным средам, вследствие чего повышение экологической и экономической эффективности проектов. Полимерно-композитные трубопроводы находят широкое применение во всех сферах нефтегазовой индустрии. Они используются при создании современных нефтепроводных напорных систем для транспортировки нефти, газа, выкидных линий нефтяных скважин, сборных нефтяных коллекторов и различных трубопроводных систем инженерной инфраструктуры нефтегазовой отрасли. В связи с большой изношенностью трубопроводных систем и необходимостью обеспечения их эксплуатационной надежности, исследование развития трубопроводного транспорта из полимерных и композиционных материалов в нефтегазовой отрасли и разработка рекомендаций по усовершенствованию способов их практического применения являются крайне важными и актуальными задачами. 

Цель работы: исследование применения трубопроводного транспорта из полимерно-композитных материалов для повышения экологичности и экономической эффективности проектов транспортировки газа. 

Задачи: 

- анализ развития трубопроводного транспорта из полимерных и композитных материалов; +

- анализ факторов и механизмов разрушения в полимерных материалах;+

- анализ  ; 

- анализ развития технологий при обслуживании трубопроводов из неметаллических материалов;+

 - анализ основных процессов изготовления труб из полимерных и ком- позитных материалов; 

-; 






1 технологии трубопроводного транспорта из полимерно-композитных материалов

1.1 историческая справка



С началом промышленного изготовления полимерных материалов, особенно термопластов, связан рост объемов производства и применения труб. В 1940-х гг. были получены первые пластмассовые трубы. 

Период изготовления труб из поливинилхлорида (ПВХ) начался с 1935–1940-х гг. Объем производства труб из полимерных и композитных материалов начиная с того же периода интенсивно растет. 

Исследованиями в области производства полимерных материалов и переработки их в готовые изделия, занимались: Г. С. Петров, А. А. Берлин, Г. В. Виноградов, С.Н. Ушаков, Б.Н. Рутовский, К. А. Андрианов, А. А. Ван- шейдт, С. Н. Журков, Н. С. Ениколопов, В. А. Карпин, И. П. Лосев, Г. Л. Слонимский, В.В. Коршак, А.Н. Праведников, Н. Н. Семенов и другие. Впервые в Германии, Гoлландиии и странах Скандинавии были применены пластмассовые трубы для самотечных трубопроводов. С конца 1960-x гг для подземных самотечных трубопроводов используются трубы из полиэтилена и поливинилхлорида, а с конца 1970-х гг.- трубы из полипропилена. В 1960-х г. в России по возможности использования пластмассовых трубопроводов в промысловых системах сбора и транспортировки продукции месторождений были сформированы теоретические основы.

Полимерные трубы в 1958 г. впервые начали использовать в системах минерального водоснабжения специалисты управления «Геоминводы». Во- допровод хозяйственно-питьевого назначения начали строить в Москве в 1959 г. В Пятигорске и Кисловодске 1961 г. на минеральных источниках были проложены участки полиэтиленовых труб. В Москве были использо- ваны трубы из полиэтилена с наружным диаметром 40 и 63 мм при строи- тельстве экспериментального водопровода. Так же было разработано специ- альное разъемное соединение полиэтиленовых труб между собой и с метал- лическими трубами. 

В начале 1960-х гг. в СССР были построены заводы по производству полиэфирной смолы в Жилево, эпоксидной смолы в Уфе и стекловолокна в Гусь-Хрустальном, Астрахани и Уфе. В 1970 г. в НГДУ Ишимбайнефть» со- оружен опытный участок газопровода из стеклопластиковых труб транспор- тирующий влажный сероводородный газ с рабочим давлением 1,5 МПа. 

С развитием производства полимерных материалов и их использования для изготовления пластмассовых труб рассматривалась возможность внедрения этих конструктивных материалов при строительстве трубопроводных систем в нефтегазовой инфраструктуре. В 1959 г в Москве на территории клинической больницы был построен первый подземный распределительный газопровод из поливинилхлоридных труб отечественного производства. При строительстве были использованы трубы длиной 3 м, рассчитанные на давление 0,25 МПа Владимирского химического завода. Винипластовые трубы диаметром 70 и 100 мм были уложены в открытый грунт вместо чугунного газопровода тех же диаметров на глубину 1,25... 1,85 м протяженностью 165 м согласно проекта. По специальной технологии «Мосинжпроекта» сварка труб осуществлялась в заводских условиях в плети длиной 10-12 м. Силами СУ-7 первого треста «Мосподземстрой» велось строительство. В связи с переводом потребителя на электроснабжение газопровод, успешно эксплуатировавшийся до 1979г. и был отключен за ненадобностью позднее. В первые годы строительства трубопроводов изготовленные по межреспубликанским техническим условиям МРТУ 6-05-917-67 на Тамбовском и Вильнюсском заводах наиболее качественными считались трубы с применением полиэтилена. Условный диаметр труб из полиэтилена низкой плотности (ПНП) от 50 до 160мм, а из полиэтилена высокой плотности (ПВП) от 16 до 315 мм. На экструдерах итальянского производства трубы изготавливались из отечественного и импортного сырья. 

В 1964 году около г. Тамбова проложен из полиэтиленовых труб, про- тяженностью 1460 м первый газопровод среднего давления. Трубы длиной 30 м и диаметром 100 мм между собой соединялись раструбными муфтами.

На Уфимском заводе текстильного стекловолокна (УЗТСВ) организо- вали изготовление стеклопластиковых труб в 1964 г. В Харьковском заочном политехническом институте (УЗПИ) была разработана Установка непрерывного действия УТ-1 с шаговой оправкой. Полиэфирная смола ПН-1 использовалась в качестве связующего, гидроперекись изопропилбензола и нафтенат кобальта НК-1 были соответственно инициатором и ускорителем полимеризации. Стекложгут (ровинг) использовался в качестве армирующего материала в виде 60 сложений первичных нитей. Трубы выпускались внутренним диаметром 50, 100, 150 и 300 мм с гладкими концами. 

Изучались химическая стойкость к средам нефтегазопромыслов, а также влияние ультрафиолетовых лучей, температурных условий, осадков. Отмечалось, что вокруг трубы образуется «туман» (через капиллярные микротрещины в стенках труб проникновение воды) при давлениях более 1,0 МПа. В результате сдвига слоев по конусной поверхности при осевом растяжении образцов труб происходит деформация. Неполная степень полимеризации смолы и недостаточная пропитка стекловолокна полимером была видна по характеру разрушения. 

Пластификацией связующего, а главное – формированием герметизирующего внутреннего слоя можно уменьшить потерю герметичности трубы в результате растрескивания связующего. 

Бандажное соединение, образуемое обмоткой стыкуемых концов труб стеклотканью, пропитанной эпоксидной смолой было основным соединени- ем труб. Муфтовое клеевое соединение было разработано в 1966 г. В НГДУ «Туймазанефть» был сооружен первый трубопровод в системе утилизации сточных вод нефтепромыслов, но наблюдалась потеряна герметичность тру- бы с эпоксидным покрытием. Требовалось пластифицирование покрытий, с помощью разработанного устройства для нанесения покрытий была осуще- ствлена добавка жидких нитрильных каучуков. 

В 1965 году около г. Уфы был построен газопровод протяженностью 1150 м и условным диаметром 200 мм. Особенность заключалась в том, что температура окружающего воздуха была отрицательной, в связи с этим тру- бы сваривались в плети небольшой длины в тепляке. Сварка самих плетей осуществлялась при температуре минус (12-18) °С . 

В Саратовской области в 1966 году проложен газопровод низкого дав- ления протяженностью 2,7 км и условным диаметром 100 мм. 

Был разработан стандарт для полиэтиленовых газовых труб (ГОСТ 18599-73) после применения труб, изготовленных по МРТУ 6-05-917-67, по которому изготавливали трубы до 1980-х годов. По этому стандарту из полиэтилена высокой плотности изготавливались трубы четырех типов: легкого, среднелегкого, среднего и тяжелого с наружным диаметром от 10 до 620 мм. Рабочее давление в этих трубах было рассчитано на 0,1-1,0 МПа. 

Развитию производства пластмассовых труб дала толчок международная выставка «Пластмассовые трубы–1979» в г. Москве и показала, что за рубежом в больших объемах используются полиэтиленовые трубы, также было представлено оборудование для производства пластмассовых трубопроводов. В г. Казани началось строительство завода пластмассовых труб мощностью 50 тыс. т в год. В 1987 г. в г. Кинель Самарской области организовали производство тонкостенных труб из поливинилхлорида, упрочненных стеклопластиковой оболочкой с раструбными соединениями и уплотнительными манжетами диаметром 160 мм. 

По технологии Первоуральского трубного завода организовало производство труб, футерованных полиэтиленом ПО «Татнефть» в г. Альметьевск. 

В России эксплуатировалось к началу 1998 г. около 11 000 км полиэтиленовых газопроводов. Активные исследования продукций нефтяных и газовых месторождений России проходили в эти же годы, по внедрению пластмассовых труб в промысловые системы сбора и транспорта. В настоящее время все большее распространение для строительства нефтепроводов и газопроводов получили трубы из агрессивно-стойких мате- риалов (полиэтиленовые, стеклопластиковые и др.). 



1.2 виды полимерно-композитных трубопроводов

Всё более и более широкое применение при строительстве газопроводов получают трубы ПНД. они могут применяться на газораспределительных сетях низкого, среднего и высокого давления – вплоть до 1,2 МПа.

В Европе трубы для газопроводов выпускают по ISO 4437. Наш национальный стандарт – ГОСТ Р 50838 является модифицированным вариантом этого документа, учитывающим характерные условия прокладки и эксплуатации газопроводов в России. Одним из наиболее существенных изменений является запрет на использование вторичного (полученного при переработке труб) полиэтилена – в оригинальном ISO 4437 этого ограничения нет.

Это один из немногих случаев, когда наши отечественные требования к продукции оказываются строже зарубежных.

Полиэтиленовые трубы для газопроводов выпускаются из специальных трубных марок полиэтилена, классифицированных как ПЭ 80 и ПЭ 100. Класс полиэтилена устанавливается путем длительных (продолжающихся более года) испытаний внутренним давлением и позволяет рассчитать максимальное рабочее давление, при котором срок службы газовой трубы составит не менее 50 лет при температуре 20 °С. Трубы, изготовленные из ПЭ 100 при той же толщине стенки способны работать при большем внутреннем давлении, чем трубы из ПЭ 80. Важно заметить, что при производстве газовых труб используется только первичный полиэтилен.

Кроме класса полиэтилена и диаметра полиэтиленовые трубы характеризуются отношением диаметра к толщине стенки – SDR. Чем меньше значение SDR, тем толще стенка трубы, и тем большее давление такая труба может выдержать. 

Цвет полиэтиленовой трубы для транспортировки газа может быть черным, желтым или оранжевым. Черные газовые трубы имеют продольные нестираемые желтые полосы, которые позволяют отличить проложенный газопровод от трубопроводов другого назначения. На каждую трубу нанесена повторяющаяся через метр маркировка, содержащую информацию по: материалу, типоразмеру трубы, её назначению, информацию о производителе, партии и дате производства. 

Трубы ПНД обладают рядом преимуществ, важных и для эксплуатирующей организации, и для строителя, что делает их оптимальным решением при строительстве газораспределительных систем любого уровня – начиная от газификации загородного дома, и заканчивая строительством сетей газораспределения в масштабах мегаполиса или маленького поселения.

Полиэтилен – прекрасный изолятор, благодаря чему трубы ПНД невосприимчивы к блуждающим токам.

Трубы из полиэтилена химически стойки к транспортируемому природному газу, не подвержены коррозии под действием влаги окружающего воздуха, благодаря чему они не требуют устройства электрохимической защиты. Кроме того, из-за отсутствия коррозионных процессов во время эксплуатации не происходит зарастания трубы и снижения её пропускной способности.

Благодаря гибкости полиэтиленовые трубы не повреждаются при подвижках грунтов, даже значительных. Это позволяет не опасаться за их сохранность при прокладке газопроводов в неустойчивых грунтах и сейсмоактивных районах. Допустимый радиус изгиба для трубы ПНД равен 25 ее диаметрам, что почти в 50 раз меньше, чем у стальных труб, что позволяет использовать длинномерные трубы диаметром до 180 мм, поставляемые на объект в бухтах или на катушках (барабанах), что значительно упрощает процесс монтажа и минимизирует количество сварных соединений. При использовании полиэтиленовых труб можно эффективно применить разнообразные способы бестраншейной реконструкции старых изношенных трубопроводов в стеснённых условиях городов, а также новую бестраншейную прокладку методом наклонно-направленного бурения.

Трубы ПНД имеют значительно меньший вес, чем стальные трубы, что упрощает их транспортировку и укладку.

Полиэтиленовые трубы могут быть соединены с помощью сварки встык либо с помощью сварки деталями с электрозакладными нагревателями, при этом прочность соединения, выполненного с соблюдением технологии сварки, оказывается выше прочности самой трубы. 

Для перехода со стальной трубы на полиэтиленовую могут использоваться неразъемные соединения полиэтилен-сталь. Одна сторона такого соединения приваривается к стальной, вторая – к полиэтиленовой трубе. 

За счёт экономии на станциях катодной защиты (включая затраты на эксплуатацию и потребляемую электроэнергию) или отсутствия необходимости периодического окрашивания поверхности газопроводов, необходимых при их надземной прокладке, а также  меньших затратах на эксплуатацию полиэтиленовых газопроводов, связанных с их высокой надежностью и долговечностью, совокупная стоимость жизненного цикла (при более длительном сроке службы) полиэтиленовых газопроводов (проектирование, строительство и эксплуатация) оказывается значительно ниже, чем стальных. К сожалению, трубы ПНД ограниченно стойки к ультрафиолетовым лучам, поэтому такие трубы не могут использоваться для надземной прокладки. Кроме того, полиэтилен – горючий материал, что не позволяет использовать трубы из него для прокладки газопроводов внутри помещений.



Стеклопластики являются композитными изделиями, отличающимися высокой прочностью. Ими успешно заменяют такие материалы как стекло, бетон, металлы, дерево, керамику. Этот материал используется для производства конструкций, работающих в экстремальных условиях в таких отраслях как космическая техника, авиация, судостроение, газодобывающая отрасль и нефтехимия. В зависимости от вида армирующего наполнителя, композитные трубы делятся на: стеклопластиковые; базальтопластиковые; органопластиковые.

 Стеклопластиковые трубы подразделяются: 

по типу связующего: полиэфирного или эпоксидного; 

по типу соединения труб: механическое и клеевое; 

по конструкции стенки трубы: стеклопластик без футеровки, стеклопластик футерованный слоем пленки, многослойные трубы. 

Большое влияние на будущее использование труб имеет тип использованного при их производстве связующего. Если это полиэфирная смола, то изделиям будут присущи такие свойства как: стойкость к воздействию самых разнообразных веществ и химическая нейтральность. Такие трубы применяются в нефтеперерабатывающей отрасли, но не годятся для эксплуатации при высоких температурах и высоком давлении (до 95 градусов и 32 атмосфер соответственно). Трубы на эпоксидном связующем отличаются высокой прочностью. Они могут эксплуатироваться при давлении до 240 атмосфер и температуре до 130 градусов. Кроме того, эти изделия практически не проводят тепло, поэтому смонтированные из них трубопроводы не нуждаются в устройстве теплоизоляции. Стоимость второго типа труб значительно выше, чем первого. 

Что касается конструкции трубы: Однослойные трубы являются самыми дешевыми, но требуют большой тщательности производства работ по монтажу, иначе они могут пострадать от подвижек грунта или механических повреждений. Это значительно увеличивает стоимость работ. Трубы, имеющие защитный полиэтиленовый слой (двухслойные) более стойки к воздействию агрессивных сред и используются для канализации, нефтепроводов, водоснабжения. Трехслойные трубы имеют дополнительную внутреннюю оболочку из стеклопластика, которая увеличивает прочность трубы в радиальном направлении. По таким трубопроводам можно транспортировать газ и жидкости с высоким содержанием газа без риска отслаивания защитной внутренней оболочки. Эти изделия являются наиболее универсальными для использования в различных отраслях. 

При монтаже трубопроводов используется несколько методов соединения. Способы соединения участков труб: 

Ф – фланцевое соединение осуществляется с помощью специального кольца, расположенного на торце трубы и имеющего отверстия для крепежных элементов. 

Б – бугельное соединение. Представляет собой разновидность муфтового соединения – разъемное приспособление, которое после стыковки труб стягивают болтами. 

М – муфтовое соединение, которое может быть как съемным, так и несъемным. В последнем случае муфты устанавливают на специальный клей. 

Р – раструбный способ стыковки труб, хорошо идентичный используемому при прокладке канализационных труб. 

С – специальный способ соединения, включающий в себя винтовые и резьбовые соединения. 

Возможности использования стеклопластиковых труб определяется их особенностями в сравнении с трубами из других материалов. Плотность материала составляет 1700 – 2100 кг/куб.м при прочности на растяжение 150 – 350 МПа. Таким образом, показатель удельной прочности стеклопластика вполне сопоставим с показателями качественной стали и значительно превосходит такие полимеры как ПНД и ПВХ. Стеклопластик представляет собой трудновоспламеняемый самозатухающий материал. Анизотропность стеклопластика позволяет управлять его свойствами в различных направлениях путем изменения схемы укладки волокон при изготовлении трубы. Это позволяет создавать трубы с одинаковым запасом прочности как в осевом, так и в радиальном направлении, тогда как в обычных трубах прочность в кольцевом направлении в 2 раза ниже, чем в осевом. Стеклопластиковые трубы гораздо менее пластичны, чем термопластичные или стальные, так как предел текучести материала по величине близок к пределу его прочности. Стеклопластик нельзя соединять с помощью сварки, для этого используются другие способы, изложенные выше.

 Особенности материала позволяют использовать его в различных сферах. Область применения: трубопроводы систем горячего и холодного водоснабжения; системы ливневой, промышленной и бытовой канализации (напорные и безнапорные); системы мелиорации и ирригации; дренажные системы и колодцы; водозаборы; очистные сооружения; технологические трубопроводы; инженерные коммуникации электростанций; пластовые и внутрипромысловые трубопроводы; насосно-компрессорные установки; линии транспортировки химически агрессивных растворов и стоков; системы золошлакоудаления и шламопроводы; опреснительные установки; системы пожаротушения. Важно также, что при стандартной длине трубы из стекловолокна 6 или 12 м, по заказу можно изготовить секции любой длины. Преимущества данного типа труб и особенности их приобретения 

Монтаж труб достаточно прост и гарантирует достаточную герметичность соединения. Сварки не используется, что позволяет значительно сэкономить на времени монтажа. Трубы легкие, легче стальных более чем в 2 раза. Стеклопластик не подвержен коррозии, поэтому стоек к износу. Монтажные работы можно выполнять в любое время года. Стеклопластик полностью соответствует экологическим нормативам. Материал выдерживает температурные колебания от -60 до + 130 градусов.






2 технические характеристики и 

2.2 проблемные места ПКТ

В настоящее время существует несколько вариантов исполнения стеклопластиковых труб в зависимости от материала и конструкции внутреннего гермослоя. Во-первых, может использоваться лейнер – полиэтиленовая труба. Во-вторых, герметизирующий слой может быть выполнен из материала с высоким содержанием смолы (связующего вещества). Наконец, может применяться эластичный пленочный материал (рис. 1). При этом для каждого из решений характерны свои преимущественные разрушающие СПТ процессы.

Рис. 1. Виды конструктивно-технологических решений производства стеклопластиковых труб (гермослоя)Рис. 2. Развитие микротрещин в стенке трубы с высоким содержанием связующегоРис. 3. «Выпотевание» перекачиваемой среды через трещины

Так, в стенке трубы с высоким содержанием связующего вещества происходит процесс развития микротрещин (рис. 2). Частые перепады давления при эксплуатации трубопроводов приводят к увеличению размеров микротрещин, которые со временем превращаются в магистральные трещины. Также вследствие механического удара или сильного изгиба на внутренней поверхности трубы в герметизирующем слое могут образоваться трещины, через которые просачивается сначала газ, а со временем иная транспортируемая среда, образуя протечку, так называемый процесс «выпотевания» (рис. 3).

Рис. 4. Кессонный эффект в полиэтиленовой трубе с эластичным пленочным материаломРис. 5. Проявление «кессонного эффекта» при сбросе давления в двухслойной стеклопластиковой трубе

Трубы с лейнером из полиэтиленовой трубы и эластичным пленочным материалом эффективны для транспортировки агрессивных химических сред с малым содержанием газа. При работе с флюидом с повышенным газосодержанием такие трубы подвержены кессонному эффекту: во время транспортировки среды внутренний слой насыщается молекулами присутствующего газа и в случае снижения давления пузырьки газа расширяются, смещая слой в сторону наименьшего давления. В результате происходит отрыв герметизирующего слоя от основной трубы (рис. 4, 5).

На основе опыта эксплуатации труб с лейнерами и эластичными пленочными материалами была разработана трехслойная стеклопластиковая труба. Предлагаемая конструкция позволяет избежать недостатков двухслойных труб и максимально использовать положительные свойства материалов. Это достигается за счет размещения герметизирующего слоя в среднем слое стенки трубы, что делает невозможным проявления «кессонного эффекта», позволяет защитить герметизирующий слой от абразивных частиц и инородных тел, повысить стойкость к изгибным и локальным нагрузкам и существенно снизить ограничения при транспортировке и укладке труб.

Рис. 6. Трехслойная стеклопластиковая труба

В качестве герметизирующего слоя используются полиолефиновые материалы с поперечной прошивкой и относительным удлинением при разрыве более 300%, что позволяет обеспечить абсолютную герметичность трубы до момента ее разрушения. При этом наружная стенка трубы прочно скреплена с герметизирующим слоем, а внутренняя – откреплена от него, что позволяет транспортировать нефтепродукты с практически любым уровнем газосодержания (рис. 6).

Известно, что под действием длительной нагрузки композиты (стеклопластики) теряют свою прочность быстрее, чем сталь. Это обстоятельство давно исследовано и проверено производителями, в том числе и на натурных объектах. Поэтому назначаемые для труб и узлов их соединений запасы по герметичности и прочности должны быть не менее четырехкратных, если речь идет о сроках эксплуатации более 10 лет, особенно в подвижных грунтах, в условиях циклически изменяющихся нагрузок.

Одно из прописных правил для всех организаций-разработчиков различных конструкций труб, включая трубы из композиционных материалов (в том числе и из стеклобазальтопластиков) требует соблюдения следующей последовательности подтверждения их пригодности к использованию в составе нефтегазопроводов:

1.    подтверждение прочности и герметичности (длительную прочность) труб и узлов соединений при автономных испытаниях;

2.    подтверждение стойкости труб и узлов их соединений к воздействию агрессивных сред, насыщенных сероводородом и углекислым газом, а также стойкости к «кессонному» разрушению стенки трубы при сбросах давления.

Для подтверждения характеристик труб необходимо производить испытания в сертифицированных организациях по методикам, имитирующим воздействие внешней и внутренней среды, перепады давлений, подвижки грунтов, влияние агрессивных сред. Без этих испытаний трубы не могут допускаться в эксплуатацию. Испытания необходимо проводить на завершенном продукте, а не на образцах, так как они не могут показать весь спектр нагрузок, которым подвержена труба.

Испытаниям должны подвергаться не только сами трубы, но и узлы стыка, так как это самое «нагруженное» место в трубопроводе. Каждый стык должен испытываться на герметичность при четырехкратном эксплуатационном давлении, при испытаниях обязательно должна присутствовать осевая нагрузка на узел соединения от действия внутреннего давления.

Экономическая эффективность применения стеклопластиковых труб перед стальными очевидна. Несмотря на то, что стоимость погонного метра СПТ выше, затраты на монтаж и эксплуатацию СПТ значительно ниже, а необходимость защиты от коррозии полностью отсутствует.









2.3 многослойные ПКТ

Трехслойные стеклопластиковые трубы состоящую из внутренней стеклопластиковой оболочки, защитного и конструкционного слоев и представляют собой многослойную неоднородную конструкцию. Конструктивно внутренняя оболочка независима от сшитых защитного и конструкционного слоев. Вдоль оси трубы не несет нагрузок внутренняя оболочка, а для большей прочности в окружном направлении ее конструкция оптимизирована. Она выполнена из стеклопластика необходимой толщины, в зависимости от внутреннего диаметра,  для  предотвращения кессонного эффекта в трубе, возникающего при снижении давления транспортируемого газа. Исходя из опыта эксплуатации выбирается толщина защитного слоя, выполненного из полиэтилена высокого давления (ПВД). Для защиты от воздействия внешних нагрузок, для повышения химической стойкости трубы и сохранения ее герметичности предназначен защитный слой из высококачественного стеклопластика. В окружном направлении вдоль оси и трубы необходимое соотношение физикомеханических характеристик обеспечивает конструкционный слой. Защитный и разделительный слои по технологии изготовления, укладывается на заранее намотанную и отвержденную внутреннею оболочку. Далее заготовка трубы проходит режим полимеризации, по окончании которого защитный и конструкционный слои сшиваются между собой, образуя монолитную конструкцию, а перемещение внутренней оболочки вдоль оси трубы конструктивно ограничено. Соединения труб – механические, изготавливаются непосредственно с трубой. 

Отличительными особенностями данных трубопроводов являются: 

- что даже под воздействием агрессивных сред, сохраняется высокая устойчивость применяемых материалов; 

- высокие требования предъявляются к физико-механические характеристикам; 

- эксплуатация в широком диапазоне температур (от минус 50°С до плюс 100°С); 

- устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей, микроорганизмов и неблагоприятных факторов окружающей среды. 

В область между внутренней оболочкой и пленочным слоем проникает транспортируемая среда, создавая тем самым вблизи футеровки область постоянного давления, которое равно рабочему давлению в трубопроводе. Давление не изменяется вблизи пленочного слоя, за счет чего и не происходит кессонный эффект и отсутствуют условия проникновения газа через него. Внутренняя оболочка повышает долговечность использования стеклопластиков, повышает дополнительную жесткость труб, а так же уменьшает температурное воздействие среды на несущий материал.

Таким образом, в трехслойной конструкции стеклопластиковой трубы решается большинство вопросов обеспечения надежности и долговечности: 

- применением механического раструб-ниппельного соединения обеспечивает надежная стыковка труб в трубопроводе, которая соответствует требованиям международных стандартов в данной отрасли; 

-применением композитного материала – стеклопластика на эпок- сидном связующем, за счет чего достигается механическая прочность и долговечность труб; 

- сохранение адгезии футеровки к стеклопластику; 







2.4 развитие иследовательской деятельности в области ПКТ



 Трубопроводы, изготовленные из неметаллических материалов, относятся к категории «интеллектуальных», и особенности их эксплуатации существенно отличаются от таковых, характерных для металлических трубопроводов. При правильном использовании НМТ обладают рядом преимуществ перед металлическими трубопроводами и могут служить на порядок дольше. К примеру, трубопровод из полимерно-армированных труб (ПАТ) из желтого бельгийского полиэтилена, смонтированный на ООО «Казанский завод химических реагентов» в 1976 году, по состоянию на июнь 2016 года оставался работоспособным. Все эти годы трубопровод работал в условиях щелочных и кислотных сред, в которых трубопроводы из нержавеющей стали отказывали через несколько недель работы.

ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС

Внедрение ПКТ началось в 1999 году, и сегодня трубопроводы данного типа применяются в Компании практически повсеместно. Большинство ПКТ работают 16-17 лет, и гарантийный срок их эксплуатации приближается к окончанию. В связи с этим все острее стоит проблема оценки технического состояния и остаточного ресурса работы ПКТ.

Однако единый метод технической диагностики неразрушающего контроля для НМТ, который бы обеспечивал единый и корректный анализ их технического состояния, на сегодняшний день отсутствует. Также отсутствуют параметры границ использования и норм оценки работоспособности в методике расчета остаточного ресурса НМТ, что не позволяет осуществлять продление сроков их эксплуатации. Кроме того, нет программного обеспечения и алгоритмов оценки технического состояния НМТ в процессе их эксплуатации. Решить данную проблему можно путем создания методики комплексной оценки работоспособности НМТ и оценки их остаточного ресурса. 



ТИПЫ НМТ И СТАТИСТИКА ОТКАЗОВ

Наибольшая доля применяемых НМТ приходится на трубопроводы из ПАТ производства ЗАО «Полимак» (г. Екатеринбург) и трубы стеклопластиковые комбинированные (ТСК) производства ООО «Трубопроводспецстрой» (г. Пермь). Их протяженность составляет 560 и 580 км соответственно. Кроме того, используются стеклопластиковые трубы производства ООО «ТСТ» (г. Пермь), полиэтиленовые трубы, армированные синтетическими нитями, ТГ 110-В, производства ООО «Технология композитов» (г. Пермь), эмалированные и футерованные трубопроводы.

Рис. 2. Конструкция трубы стеклопластиковой комбинированной (ТСК)

Согласно статистике отказов трубопроводов разных видов на объектах добычи и транспортировки нефти и газа удельное число отказов по НМТ было примерно в 10 раз меньше, чем по стальным трубопроводам. Это указывает на то, что данные трубопроводы с точки зрения физических затрат эксплуатации обходятся на порядок дешевле, чем стальные трубопроводы.

К наиболее распространенным причинам отказов НМТ относятся заводской брак, повреждения НМТ при строительно-монтажных работах (СМР), а также механические повреждения, возникающие при нарушении технологии эксплуатации и проектирования.



Примером заводского брака может служить некачественный сварочный шов на отводе трубы, приводящий к ее слому в процессе эксплуатации. При СМР трубы чаще всего повреждаются ломом и другими строительными инструментами, а также в процессе транспортировки .



Наиболее распространенный вид нарушения технологии эксплуатации НМТ – повреждение в процессе гидроударов, от которых в трубах образуются крупные разрывы, обусловленные превышением давления несущей способности труб. 



ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

Работающие в трубопроводах поршневые и лопастные насосы создают так называемую динамическую нагрузку, связанную с колебаниями давления (рис. 12). Действие этой нагрузки на НМТ приводит к серьезным изменениям структуры внутренних свойств материалов, которые используются в данных трубопроводах, что создает основную проблему эксплуатации НМТ, по масштабам сравнимую с коррозией металлических трубопроводов.





Для оценки работоспособности методики диагностики и оценки остаточного ресурса НМТ были проведены экспериментальные работы, которые заложены в структуре временных показателей и условий эксплуатации трубопроводов.

Методика универсализирована для всех режимов технологического процесса перекачки сред и учитывает в том числе расстояние между зонами измерения сигналов (шурфования), рабочее давление внутри исследуемого участка трубопровода, особенности пролегания в различных типах грунтов, продолжительность использования трубопровода и число циклов нагружения. Методика проста в применении: после ввода данных программа в зависимости от коэффициентов выдает заключение о годности или негодности трубопровода.

ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА НМТ

В марте 2014 года для организации и обеспечения безопасности промысловых трубопроводов в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» была утверждена методика диагностики и оценки остаточного ресурса НМТ. Тогда же были начаты работы по ревизии и диагностике НМТ в соответствии с требованиями методики.

Проведение таких работ предполагает составление акта визуального контроля, акта технического состояния по результатам оперативной диагностики, подготовку отчета по результатам комплексной диагностики и заполнение формы заключения о продлении срока эксплуатации НМТ.



МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ НА БАЗЕ «ТРИН»

Помимо методики диагностики и оценки остаточного ресурса НМТ, мы разработали систему мониторинга состояния трубопроводов на базе трубных индикаторов («ТрИн»). Она позволяет контролировать состояние протока жидкости в режиме онлайн, отслеживать время появления и локацию утечки, время появления и локацию врезок, определять наличие препятствий протоку жидкости (например, наростов), видеть тренды изменения состояния трубопровода и вести журнал состояний.

В этой системе индикаторы устанавливаются на внешнюю стенку трубопровода без врезки и подсоединяются к серверу, который предназначен для аккумулирования получаемой от них информации, просмотра трендов и журнала состояний, передачи информации по стандартным протоколам связи в локальную сеть предприятия, интернет, сотовые сети. Интерфейсный кабель, антенна и зарядный кабель выводятся на поверхность земли. Сервер монтируется в операторной НПС.

Пилотный проект «ТрИн» реализован на нефтепродуктопроводе ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтепродукт». В состав системы вошли 20 индикаторов и один сервер, проведены тестирование, корректировка параметров и ПО, подзарядка аккумуляторов. Общая стоимо.......................