Глава 2. Виды стеклопластиковых труб производимых в мире Типы стеклопластиковых труб различных производителей можно разделить на три группы по следующим признакам: - Тип связующего (матрицы): эпоксидное или полиэфирное;
- Тип соединения труб: клеевое или механическое;
- Конструкция стенки трубы: чистый стеклопластик (без футеровки), стеклопластик с пленочным слоем (футерованные трубы), многослойные конструкции.
Существенным различием между стеклопластиковыми трубами различных производителей является конструкция стенки. Однослойная стеклопластиковая труба, выполняемая без футеровки, является классическим примером применения стеклопластиковых труб в мире. Однако, применение такой конструкции в жестких климатических и сложных рельефных условиях (например, 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, импортирующейся по трубопроводу, отсутствует газ. Стеклопластиковые двухслойные трубы редназначенны для эксплуатации в трубопроводах, транспортирующих разгазированные среды: трубопроводы перекачки пластовых и сточных вод, водоснабжения, канализации и т.п. Внутренний слой труб может быть из полиэтилена высокого давления (ПВД) - материала, считающегося наиболее химически стойким в средах нефтепромысловых трубопроводов. 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. 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 решается большинство вопросов обеспечения надежности и долговечности: - 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.
1.Стеклопластиковые трубы однослойные (1С) Однослойные стеклопластиковые трубы выполнены из высококачественного стеклопластика получаемого методом «мокрой» намотки. В целях увеличения химической стойкости иснижения коэффициента гидравлического сопротивления навнутренней поверхности труб выполнен лайнер. Лайнер представляет собойдвухкомпонентный композит, состоящий из низкоплотногостеклянного материала с пропиткой эпоксидным связующим,содержание которого достигает 60-70% по массе. Толщина лайнера может составлять от 0,2 до 0,8 мм. Основной слойтрубы (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 2. Стеклопластиковые трубы двухслойные (2С) Двухслойные стеклопластиковые трубы представляют из себя двухслойную конструкцию состоящую из защитного и конструкционного слоев. Защитный слой выполнен из полиэтилена высокого давления (ПВД). Толщина защитного слоя может составлять от 1 до3 мм.Защитный слой предназначен для повышения химическойстойкости трубы и сохранения ее герметичности при действии значительных внешних нагрузок. Конструкционныйслой выполнен из высококачественного стеклопластика, получаемого методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим.Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механическиххарактеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы.По технологии изготовления,конструкционныйслой укладывается поверх защитного и заготовка трубы проходит режим термообработки (полимеризации) в процессе которого оба слоя сшиваются друг с другом образуя монолитную конструкцию. Соединения труб – механические, изготавливаются как единое целое с трубой. 3. Стеклопластиковые трубы треуслойные (3С) Трехслойные стеклопластиковые трубы представляют из себя трехслойную конструкцию состоящую из внутренней стеклопластиковой оболочки защитного и конструкционного слоев.Конструктивно внутренняя оболочка независима от сшитых защитного и конструкционного слоев. Внутренняя оболочка выполнена из стеклопластика методом«мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим. Толщина внутренней оболочки можетсоставлять от 3 до 6 мм в зависимости от внутреннего диаметра трубы. Внутренняя оболочка не несет нагрузок вдоль оси трубы и ее конструкция оптимизирована длябольшей прочности в окружном направлении. Внутренняя оболочка предназначена для сглаживания циклически изменяющегося внутреннего давления в трубе возникающегопри 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.Конструкционный слой выполнен из высококачественного стеклопластика, получаемого методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов)пропитанных эпоксидным связующим до требуемой толщины. Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы. По технологии изготовления,на заранее намотанную и отвержденную внутреннею оболочку укладывается разделительный,защитный и конструкционный слои. Далее заготовка трубы проходит режим термообработки (полимеризации) в процессе которого защитный и конструкционный слои сшиваются друг с другом образуя монолитную конструкцию, а перемещение внутренней оболочки вдоль оси трубы конструктивно ограничено. Соединения труб – механические,изготавливаются заодно с трубой. Фасонные изделия из стеклопластика включают фланцы, тройники, отводы, переходники и могут изготавливаться как стандартными, так и по заказу. Отличительными особенностями данных трубопроводов являются: - высокая устойчивость к воздействию агрессивных сред;
- устойчивость к воздействию микроорганизмов, ультрафиолетовых лучей и неблагоприятных факторов окружающей среды;
- высокие механические характеристики;
- исключение необходимости защиты от электрохимической коррозии;
- эксплуатация в широком диапазоне температур (от -50°С до +100°С).
Стеклопластиковые трубопроводы имеют четыре вида соединений.
1. Раструбно-шиповое соединение с двойным кольцевым уплотнением. Обеспечивает быструю и надежную сборку труб и фасонных элементов. Два эластичных кольцевых уплотнения круглого сечения, устанавливаемые в параллельные окружные канавки на шиповой законцовке, обеспечивают герметичность стыка в напорных и безнапорных трубопроводах. Канавки для уплотнений на шиповой законцовке обрабатываются на станке с электронным управлением, что обеспечивает точность посадочных поверхностей.В зависимости от характеристик транспортируемой по трубопроводу среды применяются кольцевые уплотнения из различных марок резиновых смесей.
Резиновые кольцевые уплотнения поставляются в комплекте с элементами трубопровода. 2. Раструбно-шиповое соединение с двойным кольцевым уплотнением и стопорным элементом. Для компенсации действия на трубопровод осевых сил (например, в надземных трубопроводах) в раструбно- шиповом соединении применяется стопорный элемент, который устанавливается через отверстие в раструбе в кольцевые пазы на шиповой и раструбной законцовках и препятствует осевому перемещению элементов трубопровода относительно друг друга. В зависимости от уровня осевых сил стопорный элемент может быть круглого или прямоугольного сечения и выполняться из различных материалов (полиамид, ПВХ, металлический трос). Стопорные элементы, как и резиновые кольцевые уплотнения, поставляются в комплекте с элементами трубопровода. 3. Фланцевое соединение. Используется для соединения элементов стеклопластикового трубопровода с металлическими трубопроводами и арматурой. Присоединительные размеры стеклопластиковых фланцев выполняются по ГОСТ 12815-80. 4. Клеевое стыковое соединение. Выполняется путем послойного нанесения на гладкие законцовки труб армирующих стекломатериалов, пропитанных полиэфирным связующим "холодного" отверждения. Соединение обеспечивает герметичность и прочность конструкции в осевом и окружном направлении. В отличие от остальных видов соединения, является неразборным. Стенка стеклопластикового трубопровода является многослойной конструкцией, включающей три слоя. Внутренний слой (армированный, термоактивный) обеспечивает полную герметичность конструкции и стойкость ее к воздействию агрессивной среды, транспортируемой по трубопроводу. Абсолютная шероховатость внутренней стенки составляет 23 мкм, что позволяет сократить затраты на перекачку транспортируемых по трубопроводам вод и стоков. Средний слой является силовым и обеспечивает механическую прочность конструкции при совместном действии внутренних и внешних нагрузок в процессе эксплуатации трубопроводов. Внешний слой обеспечивает гладкость внешней поверхности трубопровода и стойкость его в воздействию ультрафиолетовых и неблагоприятных факторов окружающей среды. Принципиальном моментом в производстве стеклопластиковой трубы является тип связующего материала. Наибольшее распространение в мире получили два вида связующего элемента: - Полиэфирное связующее;
- Эпоксидное связующее.
Отличительные особенности стеклопластиковых труб на обоих типов связующих: - идеальная гладкость внутреннего канала, обеспечивающая высокие гидравлические характеристики, снижающие энергозатраты на перекачку транспортируемой среды, и препятствующая образованию отложений;
- высокая устойчивость к химической и электрохимической коррозии, не требующая специальных средств антикоррозионной защиты, обеспечивающая постоянство гидравлических характеристик и длительный (50 и более лет) срок эксплуатации;
- низкий вес по сравнению с металлическими, железобетонными и некоторыми другими трубами, что упрощает транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы и монтаж трубопровода, и в итоге существенно снижает трудозатраты при его строительстве;
- устойчивость к внутренним и внешним силовым воздействиям, обеспечивающая стойкость к гидравлическому удару, возможности подводной и подземной прокладки с заглублением до 12–16 м, надежность при перемещениях от усадки грунта;
- высокая абразивостойкость, препятствующая снижению прочностных характеристик трубы при транспортировке жидкостей, содержащих механические примеси;
- устойчивость внешней поверхности к воздействию ультрафиолетового излучения и к факторам биологического воздействия;
- возможность изготовления труб различной длины (от 6 до 18 м), высокое качество соединений без какой-либо предварительной обработки стыков, простота и легкость обработки материала труб, исключение сварки на месте монтажа.
| 
