Кратко о композитных трубах.

Газонефтяная отрасль:

У труб из углеродистой стали, которые традиционно используются в системах сбора нефти, системах закачки воды, весьма непродолжительный срок службы. Они обладают слабым антикоррозионным сопротивлением и подвержены влиянию агрессивных компонентов, которые в различной степени содержатся в углеводородах, так и, как CS2, H2S, а также минерализованной воды, продуктов коррозии. Более того, на многих нефтяных месторождениях наблюдается зараженность пластовых и сточных вод сульфаторедуцирующими бактериями. В связи с этим, вследствие активной коррозии, межремонтные сроки составляют 5-6 лет. На многих нефтяных месторождениях приходится заменять отдельные участки труб из углеродистой стали через каждые два года. На Астраханских промыслах, где содержание сероводорода в газе 30%, а углекислоты - до 15% общий срок службы трубопровода не превышает полутора-двух лет.

Увеличение срока службы трубопроводов возможно благодаря проведению дорогостоящих ремонтов, введению равномерно распределяемой катодной защиты, системе закачки антикоррозионных ингибиторов. Однако наличие в пластовой жидкости песка, солей и других примесей ведет к разрушению защитной пленки, делая ингибирование недостаточно эффективным. Актуальность вопроса борьбы с коррозией возрастает по мере старения трубопроводов. В России трубопроводы настолько старые, что, по мнению ряда экспертов, "латать дыры" становится бессмысленно. Примерно 30% трубопроводов России имеют "возраст" от 20 до 30 лет, еще 25% - старше 30 лет. По данным ВНИИСТ ежегодно на нефтепромысловых трубопроводах происходит до 40-70 тысяч отказов, 90% которых являются следствием коррозионных повреждений. Из общего числа аварий на долю систем нефтесбора приходится 50-55%, на долю коммуникаций поддержания пластового давления 30-35%. Сокращается срок службы труб. 42% из них не выдерживают пятилетней эксплуатации, а 17% служат менее двух лет. На ежегодную замену нефтепромысловых сетей расходуется 7-8 тысяч км. труб, или 400-500 тыс. тонн стали.

Напрашивается вывод, что искать решение проблемы необходимо кардинальным способом - применять трубы, которые не подвержены коррозии, что позволит впредь не заботиться об антикоррозионном покрытии, не проводить ингибирование, исключить дорогостоящие ремонты и устранение утечек, получить трубопроводы со сроком безремонтной эксплуатации эквивалентным сроку разработки месторождений - до 20-50 лет. С точки зрения экономической эффективности одним из наиболее приемлемых вариантов решения данной проблемы является переход к композитным трубам. При применении композитных труб, необходимо исходить из того, что не может быть универсального решения оптимального для любого случая применения. Выбор зависит от многих факторов: природно-климатических условий, характеристики транспортируемой среды, рабочего давления, температуры, длительности предполагаемой эксплуатации, технологических возможностей монтажа на данном объекте, условий соединения труб, глубины залегания и пр.

Жилищно-коммунальное хозяйство:

Состояние трубопроводных систем ЖКХ по-прежнему остается нерешенной проблемой, как в техническом, так и в финансовом плане. С каждым годом из-за отсутствия действенных мер протяженность трубопроводов, требующих замены, возрастает. Эффект от мероприятий по экономии топлива, теряется в тепловых сетях. Долговечность тепловых сетей в 2–3 раза ниже, чем за рубежом, и не превышает 10–15 лет. Отсутствие централизованного подхода к нормативу коэффициента полезного действия и амортизации трубопроводов горячей воды и теплоснабжения при передаче потребителю горячей воды и тепла приводит к размытости ответственности за содержание, строительство и эксплуатацию этих сетей, за что в конечном итоге расплачивается потребитель, т. е. конкретные граждане.

Проблемы повышения устойчивости и надежности функционирования инфраструктуры жилищно-коммунального хозяйства становятся, в настоящее время, актуальными как никогда. Современное состояние ЖКХ иллюстрируют следующие данные: износ коммунальной инфраструктуры составляет более 60 %, у примерно четверти основных фондов полностью исчерпан эксплуатационный ресурс. Физический износ коммунальных сетей составляет: водопровода – 65,3 %, канализации – 62,5 %, тепловых сетей – 62,8 %. И как следствие – за десятилетний период количество аварий выросло более чем в 6 раз. Более половины общего числа аварий сетей происходит из-за их ветхости. Насыщение грунта техногенными коммуникациями, блуждающими токами, электролитическими смесями способствует ускорению процессов коррозии стальных трубопроводов, а повышенные температуры, как известно, сами по себе ускоряют химические, в том числе и коррозионные процессы.

Природа материала – стали, какие бы изоляционные схемы защиты не применялись, – остается прежней, в связи с чем идет постоянное лечение больного «трубопровода» под наблюдением врача – мониторинга. Создана целая отрасль, называемая защитой трубопроводов от коррозии. Актуальность вопроса борьбы с коррозией возрастает по мере старения трубопроводов. В России трубопроводы настолько старые, что недалек тот день, когда латать дыры станет бессмысленно. Общая стоимость ремонтных работ трубопроводов ЖКХ составляет более 15 млрд. руб. в год. Планово-предупредительный ремонт инженерных сетей ЖКХ полностью уступил место аварийно-восстановительным работам, затраты на проведение которых в 3 раза выше строительства новых трубопроводов. Одна-две аварии на километр трубопровода в год. Более 600 тыс. аварий ежегодно, на устранение которых тратится более 60 млрд. рублей. Ежегодно в РФ меняется менее 1% общей протяженности сетей, или 2% аварийных фондов, в то время как для предотвращения дальнейшего их износа требуется увеличить объем работ по реконструкции и замене сетей не менее чем до 5 % их общей протяженности или 8,2 % аварийных фондов. На одного жителя России приходится 7,5 тыс. рублей платежей в год только на восстановление изношенных сетей трубопроводов и каждый год эта цифра будет возрастать.

С точки зрения экономической эффективности одним из наиболее приемлемых вариантов решения данной проблемы является переход к базальтопластиковым и стеклопластиковым трубам. Стекло- и базальтопластики являются одними из важнейших представителей группы композитных пластиков. Высокие физико-механические показатели, а также стойкость к воздействию агрессивных сред определили широкое использование этих материалов во многих областях промышленности.

Фото 1: Компенсатор трубопровода из стеклопластиковых труб.

Базальтопластиковые трубы.

Одним из направлений является использование базальтоволокнистых материалов. Получаемые из природного сырья (базальтов, диабазов, амфиболитов) тончайшие базальтовые нити с успехом можно использовать в качестве основы для производства полимерных композиционных материалов. Базальтопластиковые композиты сегодня рассматриваются как одни из наиболее перспективных материалов в современных строительных технологиях. По физико-химическим свойствам они во многом превосходят такие материалы, как сталь, асбест и другие традиционные строительные составляющие, применяемые в конструкциях трубопроводов систем горячего водоснабжения. К тому же они химически устойчивы в агрессивных средах и экологически безопасны. И еще немаловажный фактор. Огромные запасы базальтового сырья в нашей стране и относительно невысокая стоимость делают его использование весьма заманчивым, в частности, и при прокладке теплосетей.

Базальтопластиковые трубы из могут быть применены для строительства трубопровода с температурой эксплуатации до 115.С и давлении до 1,5 МПа со сроком эксплуатации при этих постоянно действующих максимальных нагрузках не менее 25 лет при утолщении стенки до 5 мм. Применяемое эпоксидное связующее обеспечивает гидролитическую стойкость до 120.С (заключение СЭС).

Базальтопластиковые теплоизолированные трубы - новая концепция высокоэнергоэффективных трубопроводов горячего водоснабжения и теплоснабжения. Пожалуй, самое главное преимущество базальтопластиковых труб - их долговечность, что в первую очередь определяется высокой коррозионной стойкостью. Такие трубы хорошо выдерживают действие корродирующих грунтов и не требуют специальной электрохимической защиты. Они устойчивы к воздействию микроорганизмов, грунтовых и сточных вод, инертны к биовредителям. Благодаря всему этому срок их службы существенно возрастает - до 50 лет и более.

Кроме того, базальтопластиковые трубы имеют существенные эксплуатационно-монтажные преимущества по сравнению с обычными стальными. При одинаковых диаметрах они обладают повышенной пропускной способностью теплоносителя, поскольку гидравлическое сопротивление в них в 1.5 раза ниже. Весьма важно и то, что базальтопластиковые трубы в 3 - 4 раза легче стальных. При укладке теплосетей их монтаж значительно упрощается и, соответственно, становится дешевле. В этом случае не требуется использование подъемно-транспортных машин и механизмов: вес погонного метра такой трубы составляет всего от 1.6 до 8 кг.

Производство базальтопластиковых труб успешно ведется с применение наших станков и оборудования.

Общими преимуществами базальтопластиковых труб являются:

  • высокая герметичность и прочность, нечувствительность к истиранию,
  • высокая ремонтнопригодность – аналогично свойствам стальных труб с однородной структурой стенки;
  • конструкция резьбового соединения, его высокая прочность и применяемый клей позволяют производить монтаж при любых погодных условиях при температуре до –25°С. Время сборки одного резьбо-клеевого стыка менее 5 мин., что позволяет смонтировать до 1000 м трубопровода в день;
  • высокоэффективная теплоизоляция исключает тепловые потери: не более 2 °С на километр;
  • материал труб и конструкция соединений допускает повышение температур до 130 °С, рабочее давление регламентируется толщиной стенки;
  • малая масса, что снижает затраты при транспортировке и монтаже. Например, базальтопластиковая труба ДВН = 150 мм длиной 6 м без теплоизоляции весит 30 кг, в теплоизоляции – 50 кг;
  • гладкая внутренняя поверхность, что позволяет использовать в трубопроводах меньший диаметр;
  • отсутствие любых видов коррозии, в том числе электрохимической от воздействия блуждающих токов;
  • высокая термостабильность, коэффициент температурного расширения в 10 раз меньше, чем у труб из термопластов;
  • имеют свойство самокомпенсации, температурные осевые нагрузки на опоры в 10 раз меньше, чем возникают при эксплуатации стальных трубопроводов;
  • простота ремонта в случае внешних повреждений (бандаж, накладка, клеевая заплата, замена части трубы и т. п.);
  • соединение труб не требует сварочной техники и соответствующей проверки сварных швов;
  • стоимость теплоизолированной трубы с учетом затрат на монтаж практически равна стоимости теплоизолированной стальной трубы с учетом затрат на монтаж и ниже стоимости труб из термопластов в изоляции.

Стеклопластиковые трубы.

Благодаря способности стеклопластиковых труб противостоять коррозии, выдерживать экстремальные температуры (–50 – +120oС) и высокое давление, они находят широкое применение в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Стеклопластиковые трубы производятся по технологии намотки на оправку пропитанного эпоксидным (или полиэфирным) связующим стекловолокна. Основным сырьем являются стекловолокна и смолы, которые производятся в России.

Особое значение имеют процесс намотки и научно обоснованный подход к разработке технологии этого процесса. Автоматизация намотки, увеличение числа контролируемых технологических параметров, а также повышение точности их контроля и измерения способствуют не только повышению производительности труда и улучшению качества изделий, но и позволяют уменьшить число операций, снизить численность персонала и сделать технологию безотходной.

Фото 2 и 3: Резьбовое крепление стеклопластиковых труб.

Область применения

Из-за своих уникальных свойств стеклопластиковые трубы имеют следующее при­менение:

  • системы горячего и холодного питьевого и технического водоснабжения;
  • промышленное и коммунальное водоотведение;
  • транспортировка агрессивных сред;
  • технологические трубопроводы для промышленных установок;
  • транспортировка нефтепродуктов;
  • системы сероочистки;
  • системы пожаротушения;
  • прокладка трубопроводов по морскому и речному дну;
  • дымоходы для агрессивных сред;
  • вентиляционные трубы;
  • дренажные и обсадные трубы;
  • колодцы;
  • фильтры для водоподготовки и др.

Преимущества стеклопластиковых труб:

  • В процессе эксплуатации трубопроводов не происходит отложение солей и парафинов, что значительно снижает гидравлические потери;
  • Температура эксплуатации от -50 до +120°С, что превышает температурный диапазон эксплуатации полимерных труб;
  • Высокая стойкость к абразивному и гидроабразивному износу;
  • Трубы могут иметь антистатическое покрытие (при необходимости);
  • Высокая стойкость к воздействию бактерий обеспечивает хорошее качество питьевой воды;
  • Стойкость к электрохимической коррозии исключает проведение мероприятий по электрохимической защите стеклопластиковых трубопроводов;
  • Диэлектрические свойства стеклопластика позволяют использовать трубы в качестве изоляционных изделий;
  • Радиопрозрачность;
  • Низкая стоимость текущего ремонта;
  • Срок эксплуатации стеклопластиковых труб выше в 10 и более раз, чем у металлических, что в комплексе с вышеперечисленным даёт ощутимый экономический эффект от замены металла стеклопластиком.

Мы производим станки модельного ряда РПН-Ф3, предназначенные для производства стеклопластиковых труб диаметром от 70мм до 1000 мм и более.

Фото 4 и 5: Процесс намотки и обработки стеклопластиковой трубы.

 

В обзоре ипользованы материалы:
В. И. Грейлих "Новая концепция высокоэнергоэффективных трубопроводов горячего водоснабжения и теплоснабжения"
В. Е. Бухин "Стеклопластиковые трубы"