Обоснование выбора композитных и полиэтиленовых материалов

    СОДЕРЖАНИЕ
Реферат	4
Введение	
 Трубопроводный транспорт	
 Анализ использования полиэтиленовых трубопроводов	
 Анализ использования композитных трубопроводов  
1.3Ресурсо- и энергосбережение за счет внедрения композитных и полиэтиленовых трубопроводов в нефтегазовую промышленность  
1.3.1 Сравнение экономической эффективности стальных и       композиционных трубопроводов                                       
 Эксплуатация композитных и полиэтиленовых трубопроводов на территории РФ                                                                                                                            
2 Критерии выбора трубопроводов                                                                                
2.1 Прочность. Расчет предела прочности       
2.2 Трещинообразование. Проблема трещиностойкости трубы и принципы ее решения
2.3 Герметичность
        2.3.1 Метод определения герметичности труб
2.3.2 Проблема герметичности композиционных труб и её решение
3.Экономическая часть	
4.Безопастность и экологичность	
     Заключение 
     Список литературы


     Реферат
     
     


     Введение
     
     В настоящее время ведущей отраслью в экономике и развитии стран является нефтегазовая промышленность. Основным средством доставки газа, нефти и нефтепродуктов к местам потребления является трубопроводный транспорт. Применение нефтегазопроводов обеспечивает перемещение продуктов с наименьшими потерями и затратами. В связи с широким применением данного вида транспорта, возрастают требования к качеству и надежности применяемых труб.
     Много лет для сооружения трубопроводов наиболее используемым материалом являлась сталь. Однако срок службы стальных труб заканчивается и пришлось столкнуться с трудностями, свойственными трубопроводному транспорту: внутренняя коррозия труб, дороговизна, высокие затраты на сооружение. Потребность в замене стальных труб, в их ремонте, в использовании различных методов защиты от коррозии приводят к материальным убыткам. Постоянно увеличиваются затраты не только на капитальный ремонт, но и на обеспечение экологической безопасности. Эти недостатки определили необходимость в поиске новых альтернативных материалов и конструкций.
     В настоящее время к таким материалам следует отнести полиэтиленовые и композитные, использование которых усовершенствовало производство трубных конструкций высокого давления, повышенной прочности и коррозионной стойкости, но столкнулась с рядом технических проблем:  низкая трещиностойкость стенок труб под действием внутреннего давления, проницаемость транспортируемой среды через герметизирующий слой, возникающая вследствие длительного действия внутреннего давления.
     Целью настоящей ВКР является обоснование выбора композитных и полиэтиленовых материалов.
     
     
     
     

      1 Трубопроводный  транспорт
  
     К основным видам транспорта нефти и нефтепродуктов на дальние расстояния относятся железнодорожный, водный, автомобильный и трубопроводный. В ряде случаев нефтепродукты доставляются потребителям самолетами и вертолетами.
     Нефть и нефтепродукты перевозят по железным дорогам, как правило, в вагонах-цистернах. Только небольшая часть этой продукции (около 2%) транспортируется в мелкой таре (бочках, контейнерах, бидонах и баллонах). Вагон-цистерна – стальная горизонтальная цилиндрическая емкость. В зависимости от грузоподъемности они бывают двухосными и четырехосными. По конструкции различают стандартные и специального назначения. В стандартных цистернах перевозят нефтепродукты, вязкость и температура которых не зависят от сливо-наливных работ. В цистернах специального назначения перевозят высоковязкие нефтепродукты. Цистерны специального назначения теплоизолированные для замедления охлаждения находящихся в них нефтепродуктов или снабжаются подогревательными устройствами. Благодаря сохранению температуры облегчаются и ускоряются налив и слив продукции. Наиболее распространены четырехосные цистерны объемом 50 и 60м3. Контейнеры – небольшие цистерны грузоподъемностью 2,5 и 5 т, размещенные на железнодорожной платформе. По прибытии к месту назначения их перегружают кранами или другими устройствами на грузовые машины. В цистернах-контейнерах перевозят главным образом, высоковязкие масла и смазки. Поэтому контейнеры снабжены устройствами для разогрева нефтепродуктов.
     Нефть и нефтепродукты водным транспортом перевозят в нефтеналивных судах - морских и речных танкерах и баржах (самоходных и несамоходных). Морское самоходное нефтеналивное судно называется танкером (грузоподъемность его достигает 50 тыс. т и более), несамоходное – морской баржей или лихтером. Морское нефтеналивное судно состоит из жесткого металлического каркаса, к которому крепится металлическая обшивка: снаружи – обшивка корпуса судна и изнутри – танка судна, куда заливают нефть или нефтепродукты. Корпус судна продольными и поперечными непроницаемыми перегородками делится на ряд отсеков, называемых танками. Это обеспечивает непотопляемость судна, уменьшает гидравлические удары при качке, увеличивает пожарную безопасность, улучшает условия эксплуатации. Доступ в танки осуществляется через люки. Грузовые танки в танкере от остальных судовых помещений разделены двумя непроницаемыми перегородками. В носовой части судна размещается сухогрузный трюм, в середине насосное отделение, а на корме – машинное отделение, котельное отделение и жилые помещения.
     Автомобильный транспорт широко используется при перевозках нефтепродуктов с распределительных нефтебаз непосредственно потребителю. Этот вид транспорта наиболее эффективно используется в районах, в которые невозможно доставить нефтепродукты железнодорожным или водным путями сообщения. Автоцистерны, в которых перевозят нефтепродукты, оснащены комплектом следующего оборудования: патрубка для налива нефтепродукта, дыхательного клапана, стержневым указателем уровня, клиновой быстродействующей задвижкой для слива топлива, двух шлангов с наконечниками и насосы с механическим приводом. Объем отдельных автоцистерн достигает 25м3. Внутри цистерны установлены поперечные и продольные волнорезы для уменьшения силы ударной волны жидкости при движении автомашины. В практике автотранспорта нефтегрузов широко применяют цистерны на автоприцепах, что повышает эффективность использования этого вида транспорта.
     Трубопроводный транспорт является наиболее экономичным и эффективным видом транспорта нефти и газа. При транспортировке на большие расстояния, его роль значительно возрастает. 
     По своему назначению трубопроводы делятся на следующие группы:
    внутренние, объединяющие различные участки на промыслах, нефтегазоперерабатывающих заводах и газонефтехранилищах;
    местные, имеющие большую протяжённость и соединяющие нефтегазопромыслы или нефтегазоперерабатывающие заводы с головной станцией магистрального трубопровода;
   магистральные, характеризующиеся большой протяжённостью, высокой пропускной способностью и соединяющие поставщика нефтегазопроводуктов с потребителем. Перекачка ведётся несколькими станциями, расположенными по трассе в, связи с большой протяжённостью;
    технологические, характеризующиеся малой протяжённостью и служащие для обеспечения работоспособности в заданных режимах технологических установок перекачивающих станций магистральных трубопроводов, газонефтехранилищ и нефтебаз.
  Магистральный трубопровод состоит из следующих звеньев: трубопровода, одной или нескольких насосных станций, средств связи(рис. 1, 2); и характеризуется следующими, показателями: длиной, диаметром, пропускной способностью и числом перекачивающих станций.
  
  Рисунок 1 – Схема сооружения магистрального газопровода: 1 — промысел; 2 — газосборный пункт; 3 — головная КС с очистными устройствами; 4 — отвод к ГРС; 5, 6 — переходы через железную и шоссейную дорогу; 7 — промежуточная КС; 8, 9 — переходы через реку и овраги; 10 — подземное газохранилище; 11 — станция катодной защиты; 12 — конечная ГРС.
  
  Рисунок 2 – Схема сооружений магистрального нефтепровода: 1 — промысел; 2 — нефтесборный пункт; 3 — подводящие трубопроводы; 4 — головные сооружения (резервуары, насосная, электростанция и др.); 5 — узел спуска скребка; 6 — линейный колодец; 7 — переход под железной дорогой; 8 — подводный переход через реку; 9 — наземный переход через овраг (ручей); 10 — конечный распределительный пункт
     Трубопроводы можно классифицировать по:
    роду транспортируемого вещества на нефтепроводы, нефтепродуктопроводы, газопроводы, конденсатопроводы, паропроводы, водопроводы, маслопроводы, бензопроводы, кислотопроводы, углепроводы, а также специального назначения;
    температуре транспортируемого вещества – на холодные (температура ниже 0°С), нормальные (от 1°С до 45°С) и горячие (свыше 46°С);
   степени агрессивности транспортируемого вещества – на трубопроводы для неагрессивных, мало-, средне- и высокоагрессивных сред;
    по гидравлической схеме: простые (не имеющие ответвлений), сложные (имеющие ответвления или переменный по длине расход, или вставку другого диаметра, или параллельный участок);
   по характеру заполнения сечения – трубопроводы с полным заполнением сечения трубы и трубопроводы с неполным заполнением сечения;
 по типу укладки – подземные, наземные, надземные, подвесные, подводные;
   материалу – на металлические, неметаллические и футерованные. К металлическим относят стальные, из цветных металлов и сплавов, чугунные, биметаллические. К неметаллическим относят полиэтиленовые, винипластовые, стеклянные и фторопластовые.
     При подземном способе прокладки магистральные трубопроводы заглубляют в грунт обычно на глубину 0,8 м до верхней образующей трубы, если большая или меньшая глубина не диктуется особыми геологическими условиями или необходимостью поддержания температуры перекачиваемого продукта на определенном уровне. Для магистральных трубопроводов применяют цельнотянутые или сварные (прямо- и спирально-шовные) трубы диаметром от 300 до 1420 мм. Толщина стенок труб определяется проектным давлением в трубопроводе, которое может достигать 10 МПа.
     На пересечениях крупных рек газопроводы (а в некоторых случаях и нефтепроводы) утяжеляют закрепленными на трубах железобетонными грузами или сплошным бетонным покрытием и заглубляют ниже дна реки. Кроме основной укладывают резервную нитку подводного перехода того же диаметра. На пересечениях железных и крупных шоссейных дорог трубопровод прокладывают в «патроне» из труб. Диаметр патрона на 100—200 мм больше диметра трубопровода.
     От нефтепроводов и газопроводов прокладывают ответвления или отводы из труб сравнительно малого диаметра, по которым часть потока нефтепродуктов (периодически) и газа (непрерывно) поставляется в населенные пункты. С интервалом 10—30 км в зависимости от рельефа трассы на трубопроводе устанавливают линейные краны (на газопроводах) или задвижки (на нефтепроводах) для перекрытия участков в случае аварии или ремонта. С обеих сторон линейного крана на газопроводе устанавливают свечи для выпуска газа в атмосферу при авариях.
     Вдоль трассы проходит линия связи (телефонная, радиорелейная), которая имеет диспетчерское назначение. Ее можно использовать для передачи сигналов телеметрии и телеуправления.
     Располагаемые вдоль трассы станции катодной и дренажной защиты, а также протекторы защищают трубопровод от наружной коррозии, являясь дополнением к противокоррозионному изоляционному покрытию трубопровода.
     На расстоянии 10—20 км друг от друга вдоль трассы размещают усадьбы линейных обходчиков, в обязанность которых входит наблюдение за исправностью своего участка трубопровода и устройствами электрической защиты трубопровода от коррозии.
     На нефтепроводах перекачивающие станции располагаются с интервалом 100—150 км. Перекачивающие (насосные) станции нефтепроводов и нефтепродуктопроводов оборудованы центробежными насосами с приводом от электродвигателя. Подача применяемых в настоящее время насосов составляет до 12500 м3/ч.
     В начале нефтепровода находится головная насосная станция (НС), которая располагается вблизи нефтяного промысла или в конце подводящих трубопроводов, если магистральный нефтепровод обслуживает несколько промыслов или один промысел, рассредоточенный на большой территории. Головная насосная станция отличается от промежуточных тем, что на ее площадке установлен резервуарный парк объемом, равным двух-трехсуточной пропускной способности нефтепровода.
     Кроме основных объектов на каждой НС имеется комплекс вспомогательных сооружений: трансформаторная подстанция, снижающая напряжение подаваемого на линию электропередач (ЛЭП) тока от ПО или 35 до 6 кВ, котельная, а также системы водоснабжения, канализации, охлаждения и т. п. Если длина нефтепровода превышает 800 км, то его разбивают на эксплуатационные участки длиной 400—600 км, в переделах которых возможна независимая работа насосного оборудования. Промежуточные НС на границах участков должны располагать резервуарным парком объемом, равным 0,3—1,5 суточной пропускной способности трубопровода. Как головная, так и промежуточные насосные станции с резервуарными парками оборудуются подпорными насосами. Аналогично устроены насосные станции магистральных нефтепродуктопроводов.
     Конечным пунктом нефтепровода обычно является сырьевой парк нефтеперерабатывающего завода, либо перевалочная нефтебаза (обычно морская) откуда нефть перевозится к нефтеперерабатывающим заводам или экспортируется за границу. Конечный пункт нефтепродуктопровода — резервуарный парк перевалочной или крупной распределительной нефтебазы.
     Магистральный газопровод подает газ к газораспределительным станциям (ГРС) и контрольно-распределительным пунктам (КРП). На ГРС или КРП газ очищают от механических примесей, конденсата и влаги, замеряют проходящий объем (расход), снижают давление и одорируют, если это не было выполнено на головных сооружениях. Затем газ поставляют потребителям.
     Основными преимуществами трубопроводного транспорта являются: 
 низкая себестоимость перекачки относительно других видов транспорта;
    небольшие удельные капитальные вложения на единицу транспортируемого груза;
    бесперебойная поставка и соответственно гарантированное снабжение потребителей в течение года;
    возможность наращивания пропускной способности трубопровода за счет строительства дополнительных насосных станций и прокладки параллельных участков;
  незначительные потери нефти и нефтепродуктов при перекачке.
      Недостатками трубопроводного транспорта являются крупные единовременные капитальные вложения в строительство, потребность в крупных материальных затратах на заполнение всего трубопровода нефтью, газом или нефтепродуктом при вводе в эксплуатацию. 
     Важнейшей является проблема коррозионного разрушения трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности и требует поиска альтернативных решений, меняющие ситуацию в нефтегазовой промышленности в лучшую сторону.
     Можно выделить следующие используемые технологии антикоррозионной защиты по конечной продукции: 
 трубы из коррозионностойких металлов;
 металлопластиковые трубы;
 металлические трубы с антикоррозионными покрытиями;
 трубы из композиционных материалов;
 пластмассовые трубы.
     В связи с развитием производства труб с защитными противокоррозионными покрытиями увеличивается долговечность труб, повышается надежность трубопроводов, процесс нанесения покрытий переносится в заводские условия, где возрастает возможность обеспечения высокой производительности и качества, а себестоимость покрытий снижается, повышается возможность уменьшить затраты на традиционные методы защиты трубопроводов с помощью противокоррозионных покрытий качественно нанесенных на поверхность трубы. 
     Конструкция металлопластиковой трубы представляет собой металлическую оболочку, с обеих поверхностей которой, нанесен слой полимерного материала (полиэтилен или полипропилен). Металлопластиковые трубы обладают прочностью, сопоставимую с прочностью металлических труб и стойкостью к воздействию агрессивных сред, эквивалентную стойкости полимеров; уменьшает затраты на обслуживание и не требует затрат электроэнергии при эксплуатации трубопроводов, но имеют недостаток в конструктивной сложности.
     Можно отметить несколько типов металлических трубах с антикоррозионным покрытием: трубы с металлическими покрытиями, трубы с покрытиями из полимерных материалов и трубы с эмалевыми покрытиями. Благодаря технологичности и высоким эксплуатационным характеристикам, покрытия на основе реактопластов (эпоксидные, пенополиуретановые) и термопластов (полиэтилена и полипропилена) пользуются большим спросом . 
     Рассмотренные нами конструктивно-технологические особенности трубопроводного транспорта, безусловно, широко используются в нефтегазовой промышленности, но часто предлагаемые конструктивные решения не удовлетворяют предъявляемым современным требованиям. В настоящее время возросла популярность к применению в качестве материала труб для трубопроводных систем неметаллов, в частности полимерных – полиэтиленов, и композитных материалов, для усовершенствования функционирования трубопроводного транспорта.
     
 Анализ использования полиэтиленовых трубопроводов
     
     Применение полиэтиленовых материалов  вывело развитие научно-технического прогресса при сооружении и эксплуатации объектов нефтяной и газовой промышленности на новую ступень.
     Основной особенностью полиэтиленовых труб, в отличие от металлических, является не подверженность к коррозионным процессам, что повышает срок их эксплуатации.
     Гладкая поверхность позволяет уменьшить потери напора в пластмассовых трубах в 1,1 - 1,3 раз, по сравнению со стальными, а пропускная способность увеличивается на 2 - 3 % и аналогична пропускной способности стальной трубы условного прохода следующего по номиналу . Более того, гладкая внутренняя поверхность даёт возможность уменьшить количество отложений солей и парафина, что позволяет отказаться от операции депарафинизации. Пластмассы имеют низкую теплопроводность (примерно в 300 раз меньше, по сравнению с теплопроводностью стали), что дает существенное преимущество при транспортировке жидкостей в зимой, и позволяет избежать дополнительных издержек на теплоизоляцию. Надо отметить, замерзание транспортируемых продуктов не ведет к разрушению трубопроводов из полимерных материалов, это связано с тем, что их эластичные свойства сохраняются при температурах минус 40 -5- минус 50 °С. При этом, надо учитывать, что неметаллические трубопроводы намного легче стальных.
     Эти достоинства способствуют постоянному увеличению потребления ПЭ труб в развитых промышленных странах.
     Низкая механическая прочность по сравнению с металлическими стала недостатком ПЭ труб. Несмотря на это, ПЭ материалы составили большую конкуренцию стали, так как большинство трубопроводов работают при низких давлениях, а прочностные свойства стали в этом случае используются только на 3 – 10%. Анализ, проведенный с использованием в промысловых трубопроводных системах данных труб, показывает, что толщина стенок в значительной мере превышает расчетные данные, особенно это касается трубопроводов с рабочим давлением 0,6 МПа и меньше.
     Основным способом производства пластмассовых труб является непрерывная шнековая экструзия. Приготовленные гранулы полиэтилена засыпают в бункер экструдера, откуда захватываются шнеком и транспортируют через обогревательный цилиндр. Во время прохождения через него материал пластифицируется и в вязкотекучем состоянии продавливается через образуемый дорном и мундштуком кольцевой зазор экструзивной головки. Труба, которая выходит из экструдера, дальше поступает на калибровку, где ее охлаждают водой, а затем ее маркируют и нарезают на отрезки заданной длины при помощи резака или наматывают на катушку (рис. 3).
     
     Рисунок 3 – Технология производства полиэтиленовых трубопроводов
     Широкое применение ПЭ трубопроводы нашли при транспортировке нефти и газа в экстремальных условиях: агрессивные грунты, вечная мерзлота, повышенная сейсмичность, болотистая и гористая местность. Однако низкие прочностные характеристики ограничивают их использование, поэтому ведутся работы по созданию армированных ПЭ труб, способных работать при давлениях до 40 МПа. (обработанное)      Кроме этого, при использовании пластмассовых труб в нефтяной промышленности следует учитывать их старение и эффект набухания. Как показали исследования, процесс набухания идет довольно активно, что приводит к снижению прочности и модуля упругости материала. Например, увеличение концентрации нефти в ПЭ до 5 % снижает его прочность на 10%.
     В связи с этим, для повышения эффективности функционирования полиэтиленовых трубопроводов, работающих под действием высоких давлений и в контакте с агрессивными средами, необходимо усовершенствовать конструкцию, придав им более высокие прочностные характеристики, либо взамен использовать трубы из материала, который, с одной стороны, обладает высокой коррозионной стойкостью, а с другой, не уступает по прочности или превосходит используемые стальные трубы. Такими трубами являются конструкции из композиционно-волокнистых материалов.
     
 Анализ использования композитных трубопроводов

     Многие проблемы трубопроводного транспорта можно решить, принимая за базовые технологии создания труб высокоэффективные, проверенные временем и доведенные до совершенства технологии по созданию надежных, долговечных сосудов высокого давления из композиционно-волокнистых материалов, и в частности из стеклопластика.
     Композитные трубы, состоящие из двух и более компонентов, необходимых для улучшения их свойств и характеристик, возможности использования трубы при повышенных давлениях, улучшению их гибкости, к действию высоких и низких температур, в последнее время получают широкое использование для транспорта нефти и газа. 
     Комплекс свойств композита образуется в результате совмещения армирующих элементов и матрицы определяемыми исходными характеристиками его компонентов и включающими свойствами, которыми изолированные компоненты не обладают.
     Многообразие волокон и матричных материалов, а также схем армирования, используемых при создании КМ, позволяет направленно регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур, химическую стойкость и другие свойства. В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита не только определяемый исходными характеристиками его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. КМ позволяют использовать новые принципы проектирования и изготовления изделий, основанные на том, что материал и изделие создаются одновременно в рамках одного и того же технологического процесса. Они обладают рядом неоспоримых преимуществ, которые определяют в последние годы их приоритет перед металлическими материалами :
     - для нефтегазовой промышленности важное значение имеют такие свойства КМ, как высокая коррозионная стойкость и инактивность по отношению к парафиновым и другим видам отложений ввиду высокой чистоты внутренней поверхности получаемых изделий, что значительно повышает пропускную способность трубопроводов и снижает потребление энергетических ресурсов; 
     - применение композитов позволяет значительно снизить пассивную массу изделий благодаря высоким физико-механическим показателям, таким как удельная прочность, жесткость и т.д. (например, масса трубы диаметром 200 мм, толщиной стенки 10 мм и длинной 12 м составляет всего около 140 кг, что в 4 раза меньше массы такой же стальной трубы); 
     - композиционные материалы позволяют довести коэффициент использования материала в различных изделиях до значений 0,8 - 0 ,9, вместо 0,5 у металлических конструкций;
      - использование анизотропных свойств композитов позволяет создавать конструкции с заданными свойствами;
      - вследствие невысокой чувствительности к концентрации напряжений, эти материалы обладают высокой усталостной прочностью; 
     - с точки зрения безопасности для человека и конструкции в целом важное значение приобретает факт безосколочного разрушения изделий из КМ; 
     - простота создания монолитных конструкций различных конфигураций без необходимости использования заклепочных, болтовых и других типов соединений способствует значительному снижению трудоемкости (в 1,5 - 3 раза) изготовления конструкций, а также массы;
      - относительно низкая теплопроводность (например, коэффициент теплопроводности у стеклопластика составляет (0,28 - 0,43) Вт/(м*К); у сплавов алюминия – (83,75 - 217,50); у сплавов титана – (7,54 - 14,54); у стали – (14,65 - 57,00);
      - применение композиционно-волокнистых материалов позволяет снизить энергоемкость производства в 8 ^ 10 раз;
      - кроме вышеперечисленных, следует отметить и такие свойства КМ, как высокая теплостойкость, хорошее поглощение вибраций.
     В зависимости от типа армирующего наполнителя:
     •СПТ - стеклопластиковые (стеклянные волокна)
     •БПТ - базальтопластиковые (базальтовые волокна)
     •СБПТ - стеклобазальтопластиковые (комбинация стеклянных и базальтовых волокон)
     •ПСБТ – песчаностеклопластиковые (комбинация песка и рубленного стекловолокна).
     В нефтегазовой промышленности чаще всего используются стеклопластиковые трубопроводы.
     Технологический процесс изготовления стеклопластиковых труб намного проще, чем металлических и состоит из следующих основных этапов: подготовки оправок, намотки, полимеризации смолы и изготовления узлов соединения труб.
     Типы стеклопластиковых труб различных производителей разделяются на три группы по следующим признакам:
- по типу связующего (матрицы): эпоксидные или полиэфирные; 
- по типу соединения труб: клеевое или механическое; 
     - по конструкции стенки трубы: чистый стеклопластик (без футеровки), стеклопластик с пленочным слоем (футерованные трубы), многослойные конструкции.
     В нефтегазовой промышленности используются трубы, изготавливаемые на основе эпоксидных смол. Это объясняется тем, что эпоксидные смолы обладают большей эластичностью (относительное удлинение до 5% против 2% у полиэфирных смол), большей прочностью на разрыв (86 МПа против 65 МПа у полиэфирных смол) и более стойки к агрессивным средам. В ряде случаев, когда необходима надежная работа труб в специфических условиях эксплуатации (высокие температуры, повышенная агрессивность сред и т.д.), стеклопластиковые трубы могут изготавливаться с использованием углеродных или базальтовых волокон с внутренним покрытием из химически стойких материалов.
     Таким образом, выбирая нужный тип используемых смол и наматываемых волокон, можно получать трубы с заранее заданными свойствами под конкретные условия эксплуатации. Это одно из главных достоинств композиционно-волокнистых материалов.
     Существенным различием между стеклопластиковыми трубами различных производителей является конструкция стенки.
     1. Cтеклопластиковые однослойные трубы производится из высококачественного стеклопластика получаемого методом «мокрой» намотки. В целях увеличения химической стойкости и снижения коэффициента гидравлического сопротивления на внутренней поверхности труб выполняется лайнер. 
     Лайнер представляет собой двухкомпонентный композит, состоящий из низкоплотного стеклянного материала с пропиткой эпоксидным связующим, содержание которого достигает 60-70% по массе. Толщина лайнера может составлять от 0,2 до 0,8 мм. Основной слой трубы (конструкционный слой) состоит из стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим. Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы. 
     Однослойная стеклопластиковая труба выполняется без футеровки и является классическим примером применения стеклопластиковых труб. При проведении строительно-монтажных работ с такими трубами требуется уделять особое внимание подготовке траншеи: разрабатывать траншею больших размеров, выполнять песчаную подушку трубопровода и т.п. Стоимость однослойных труб может быть несколько ниже стоимости труб, футерованных пленочными материалами и многослойных труб, однако стоимость выполнения строительно-монтажных работ значительно выше. Кроме того, трубопроводы, изготовленные из однослойных труб, менее надежны в эксплуатации. Эти обстоятельства существенно снижают технико- экономический эффект от применения стеклопластиковых труб однослойной конструкции (рис.4 вар.1).
     Однослойные трубы применяются в трубопроводах для транспортирования продукции нефтяных скважин и нефтепродуктов.
     2. Двухслойные стеклопластиковые трубы  представляют из себя двухслойную конструкцию состоящую из защитного и конструкционного слоев.
      Защитный слой выполнен из полиэтилена высокого давления (ПВД) - материала, считающегося наиболее химически стойким в средах нефтепромысловых трубопроводов, толщиной от 1 до 3 мм. Адгезия полиэтилена к стеклопластику обеспечивается за счет использования специальной марки полиэтилена, сшивающегося в процессе отверждения трубы, рецептуры эпоксидного связующего и режима термообработки труб. В процессе термообработки обеспечивается одновременная сшивка полиэтилена и отверждение эпоксидного связующего. В результате этого отслоить внутренний полиэтиленовый слой трубы от стеклопластика без разрушения последнего практически невозможно (рис.4 вар.2).
     Защитный слой предназначен для повышения химической стойкости трубы и сохранения ее герметичности при действии значительных внешних нагрузок. Конструкционный слой выполнен из высококачественного стеклопластика, получаемого методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим. 
     Трубы двухслойной конструкции, футерованные изнутри пленочными материалами, менее подвержены потере герметичности в условиях пролегания трубопроводов в нестабильных грунтах.
     Однако, за время эксплуатации двухслойных труб в нефтепромысловых трубопроводах, был выявлен ряд серьезных недостатков, требующих изменения конструкции и технологии изготовления трубы: 
     - недостаточная адгезия между футеровочным и стеклопластиковым слоем, что не позволяет обеспечить монолитность стенки трубы;
      - нарушение эластичности материала футеровки при низких температурах окружающей среды; 
     - отслоение футеровки от стеклопластиковой оболочки трубы при транспортировке по трубам газосодержащих сред.
     Трехслойные стеклопластиковые трубы представляют собой трехслойную конструкцию (рис. 3), состоящую из внутренней стеклопластиковой оболочки, защитного и конструкционного слоев. 
     
     Рисунок 3 – Структура стенки трехслойных труб
     
     Конструктивно внутренняя оболочка независима от сшитых защитного и конструкционного слоев. Толщина внутренней оболочки может составлять от 3 до 6 мм в зависимости от внутреннего диаметра трубы. Внутренняя оболочка не несет нагрузок вдоль оси трубы, и ее конструкция оптимизирована для обеспечения большей прочности в окружном направлении. Внутренняя оболочка предназначена для сглаживания циклически изменяющегося внутреннего давления в трубе, возникающего при растворении или разгазировании содержащегося в транспортируемом продукте газа. Защитный слой выполнен из полиэтилена высокого давления (ПВД). Толщина защитного слоя может составлять от 1 до 3 мм. Защитный слой предназначен для повышения химической стойкости трубы и сохранения ее герметичности при действии значительных внешних нагрузок (рис.4 вар.3).
     Транспортируемая среда проникает в область между внутренней оболочкой и пленочным слоем, создавая тем самым область постоянного давления вблизи футеровки, которое равно рабочему давлению в трубопроводе. За счет того, что давление вблизи пленочного слоя не изменяется, условия проникновения газа через него отсутствуют и кессонный эффект не происходит. Вместе с этим внутренняя оболочка дополнительно повышает жесткость труб и уменьшает температурное воздействие среды на несущий стеклопластик, что также повышает долговечность их использования.
     
     Рисунок 4 – Виды конструктивно-технологических решений производства стеклопластиковых труб
     
     Подводя итог вышеизложенного, можно отметить, что применение труб из композиционных материалов взамен морально и физически устаревших стальных, не удовлетворяющих современным требованиям в связи с тенденцией увеличения давлений транспортируемых сред и их агрессивности, наиболее целесообразно и эффективно и с экономической, и с технической точек зрения.
      КВМ представляет собой волокнистую силовую систему, т.е. пространственную волокнистую конструкцию из высокопрочных непрерывных волокон, которые скреплены между собой в монолитные жесткие элементы определенной формы и размеров с помощью связующего компонента – матрицы. Матрица представляет собой важный элемент, она обеспечивает монолитность КВМ, фиксирует форму изделия и взаимное расположение армирующих волокон. В качестве матрицы используются чаще всего эпоксидные и полиэфирные смолы, реже некоторые другие термореактивные смолы, металлы, керамика, а также полимерные термопластичные материалы.
     Основной отличительной особенностью КВМ является технологическое совмещение формирования его состава и структуры с изготовлением самой конструкции изделия. Поэтому вопросы конструирования изделия и КВМ должны решаться уже на этапе разработки технического предложения одновременно и комплексно с вопросами технологической подготовки производства.
     
     
      

   Ресурсо- и энергосбережение за счет внедрения композитных и полиэтиленовых трубопроводов в нефтегазовую промышленность

     В основном на рынке для строительства нефте- и газопроводов применяются трубы большого диаметра из нержавеющей и углеродной стали.
         В то же время одной из главных проблем таких трубопроводных транспортных систем страны является их подверженность коррозионным разрушениям вследствие контакта материала труб с агрессивными средами. По статистике, до 90% аварий, происходящих на нефтегазопроводах, являются следствием коррозионных процессов.
          Используемые средства защиты (средства ЭХЗ, ингибиторы коррозии, изоляционные материалы и т. д.) чаще всего оказываются малоэффективными. В связи с этим остро стоит проблема поиска альтернативных путей модернизации нефтегазопроводных систем страны, особенно при транспортировке агрессивных сред. Одним из перспективных и современных направлений является применение труб из высокопрочных и коррозионностойких композиционно-волокнистых материалов (КВМ).
Тем не менее, существуют альтернативные варианты. Это трубы, производимые на основе композитной технологии. Композитная технология – объединение двух и более различных компонентов, которые не изменяют своих свойств в отдельности, но в итоге полученный материал обладает свойствами, отличными от свойств своих составляющих. Трубы производятся из специального волокна, которое пропитывается специально подобранной смолой. В зависимости от целей и задач, волокно может быть стеклянным, базаль.......................