ТРУБОПРОВОДЫ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА

В Западной Сибири наибольшее распространение при строительстве нефтегазопромысловых трубопроводов из полимерных материалов, получили стеклопластиковые трубы. От других труб из полимерных материалов их отличает значительно более высокая прочность…

В последние годы для строительства трубопроводов все большее применение находят трубы и детали из полимерных материалов. Классификация типов полимерных труб, производимых промышленностью, очень широка, но все типы имеют одно общее для них преимущество - неподверженность коррозии при перекачке высокоагрессивных сред. В зависимости от назначения и условий эксплуатации трубопроводов, могут находить применение термопластичные трубы (полиэтиленовые), гибкие полимерные трубы, металлопластиковые трубы и др.
Конструктивно стеклопластиковые трубы у различных производителей значительно отличаются друг от друга. Общим в конструкции всех стеклопластиковых труб является армирование (усиление) полимерного материала трубы стеклянными волокнами. При этом доля стеклянных волокон в материале трубы может составлять от 65 до 85%. Физико-механические характеристики стеклопластиковых труб зависят от закона армирования (направления укладки стеклянных волокон) и для каждого типа трубы различаются вдоль оси и в окружном направлении. Как правило, все производители стеклопластиковых труб стремятся к тому, чтобы прочность в окружном направлении трубы была в два раза выше прочности вдоль оси. Значение окружной прочности стеклопластиковых труб при полном разрушении материала может составлять от 400 до 650 МПа. Для сравнения, временное сопротивление для стали 20 составляет 410 МПа, предел текучести 245 МПа.
Типы стеклопластиковых труб различных производителей, применявшихся при строительстве нефтепромысловых трубопроводов в Западной Сибири, можно разделить на три группы по следующим признакам:

1. Тип связующего (матрицы): эпоксидное или полиэфирное;
2. Тип соединения труб: клеевое или механическое;
3. Конструкция стенки трубы: чистый стеклопластик (без футеровки), стеклопластик с пленочным слоем (футерованные трубы), многослойные конструкции.

Исходя из опыта работы компании ООО «Армпласт», полученного при строительстве трубопроводов из стеклопластиковых труб различных производителей, наиболее надежными в условиях Западной Сибири показали себя стеклопластиковые трубы многослойной конструкции, изготовленные как одно целое с механическими соединениями.
Как показывает практика, условия строительства трубопроводов в Западной Сибири не позволяют выполнять качественный монтаж клеевого соединения по причине сложности соблюдения технологии сборки. Стеклопластиковые трубы Армпласт выпускаются с механическим раструб-ниппельным соединением, прочность которого соответствует требованиям стандарта API 15LR. Герметичность соединения обеспечивается путем установки двух уплотнительных колец из резины, разработанной специально для условий строительства и эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов в Западной Сибири. Срок службы резиновых уплотнений эквивалентен сроку службы стеклопластиковых труб и составляет не менее 20 лет. Данные сведения подтверждены практикой. Механические соединения более просты и технологичны при монтаже, чем клеевые, более надежны эксплуатации. Кроме того, при их монтаже не требуется применения тяжелой специальной техники.
Третьим существенным различием между стеклопластиковыми трубами различных производителей, применяющихся для нефтегазопромысловых трубопроводов в условиях Западной Сибири, является конструкция стенки.
Однослойная стеклопластиковая труба, выполняемая без футеровки, является классическим примером применения стеклопластиковых труб в мире. Однако, применение такой конструкции в Западной Сибири, осложнено низкими температурами окружающей среды и внешними механическими воздействиями на трубопровод от подвижек грунтов. Для снижения влияния этих факторов требуется уделять особое внимание разработке траншеи при проведении строительно-монтажных работ: 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.
Трубы двухслойной конструкции, футерованные изнутри пленочными материалами, менее подвержены потере герметичности в условиях пролегания трубопроводов в нестабильных грунтах Западной Сибири.
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 (кессонный эффект).
Обеспечение достаточной адгезии к стеклопластику и эластичности внутреннего слоя являются взаимно противоположными проблемами. Лучшая адгезия к стеклопластиковому слою обеспечивается химической сшивкой двух материалов и для этого в качестве футеровки целесообразно применять материал термореактивной природы. Однако, такой материал теряет эластичность при низких температурах и плюсы двухслойной конструкции трубы теряются. Напротив, лучшую эластичность при низких температурах имеет термопластичный материал – полиэтилен, однако осуществить его химическую сшивку со стеклопластиковой оболочкой проблематично. При транспортировке по трубопроводу из двухслойных труб среды, содержащей газ, происходит так называемый кессонный эффект, заключающийся в отслоении внутреннего пленочного слоя от стеклопластика. При разгазировании или растворении газа из транспортируемой среды создаются условия, когда газ проходит через внутренний пленочный слой, скапливается между стеклопластиком и футеровочным слоем и создает давление на футеровку снаружи. Под действием давления газа между слоями, пленочный слой отслаивается от стеклопластика, в результате чего конструкция трубы нарушается. Данное явление не происходит, если в среде, транспортирующейся по трубопроводу, отсутствует газ.

ООО «АРМПЛАСТ» выпускает стеклопластиковые двухслойные трубы «2С» предназначенные для эксплуатации в трубопроводах, транспортирующих разгазированные среды: трубопроводы перекачки пластовых и сточных вод, водоснабжения, канализации и т.п. Внутренний слой труб Армпласт выполняется из полиэтилена высокого давления (ПВД) - материала, считающегося наиболее химически стойким в средах нефтепромысловых трубопроводов. Внутренний слой труб Армпласт имеет высокую эластичность в нормальных условиях и при низких температурах, что обеспечивает герметичность труб даже при незначительных повреждениях стеклопластикового слоя и подвижках грунтов, в которых прокладываются трубопроводы. Адгезия полиэтилена к стеклопластику обеспечивается за счет использования специальной марки полиэтилена, сшивающегося в процессе отверждения трубы, рецептуры эпоксидного связующего, и разработанного ООО «Армпласт» 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.
Таким образом, на основе опыта эксплуатации стеклопластиковых труб различных производителей на нефтепромыслах Западно-Сибирского региона, в двухслойной конструкции стеклопластиковых труб Армпласт (2С) устранены все ранее отмеченные недостатки и данные трубы успешно применяются для транспортировки разгазированных сред.
Для транспортировки сред содержащих газовую фазу применяются трехслойные стеклопластиковые трубы (3С). Конструкция трехслойных труб отличается от двухслойных наличием внутренней стеклопластиковой оболочки, конструктивно раскрепленной с футеровочным слоем. 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. 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.

Таким образом, в трехслойной конструкции стеклопластиковой трубы Армпласт решены все вопросы обеспечения надежности и долговечности, которые когда-либо возникали при эксплуатации различных стеклопластиковых труб в условиях Западно-Сибирского региона:
• механическая прочность и долговечность труб достигается применением композиционного материала – стеклопластика на эпоксидном связующем;
• надежная стыковка труб в трубопроводе обеспечивается применением механического раструб-ниппельного соединения соответствующего требованиям международных стандартов в данной отрасли;
• герметичность труб при возникновении внешних нагрузок в процессе эксплуатации и строительства трубопроводов обеспечивается применением эластичного футеровочного пленочного слоя, химическая стойкость которого является эталонной в нефтяных средах;
• решен вопрос сохранения эластичности футеровки при низких температурах при одновременном обеспечением ее адгезии к стеклопластику;
• для транспортировки сред с высоким содержанием газа разработана и запатентована уникальная трехслойная конструкция трубы, не имеющая аналогов в мире.

Подробнее о текущей ситуации и прогнозе российского рынка труб из сшитого полиэтилена смотрите в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок стеклопластиковых труб в России».

С.Г. Фуныгин, генеральный директор ООО АРМПЛАСТ