Єдина Країна! Единая Страна!
Полипластик
RU   UA
     
Забули пароль? -->
Вхід         Реєстрація
Прайс-листи Акції Продукція Документація Філіали Про нас

Популярні статті

Застосування поліетиленових труб в газопостачанні на підроблюваних і сейсмічно активних територіях

10 Червня 2006г.
Газопроводи на підроблюваних територіях схильні до дії постійних і тимчасових навантажень, що виникають під вагою поверхні та засипки, тиску газу, що транспортується і навантажень, викликаних переміщеннями грунту в результаті гірничодобувної діяльності. 

Додаткові навантаження викликані змінами температури навколишнього середовища газопроводів. Ці навантаження - основна причина виникнення напружень у стінках труб. Вплив окремих навантажень на тип і величину напружень у трубах буває різним. У газопроводах високого тиску домінуючою є навантаження, викликане тиском газу, що транспортується. У газопроводах низького і середнього тиску більш істотні напруги, викликані впливом грунту. Газові мережі на підроблюваних територіях характеризуються різноманітністю. Магістральні газопроводи, наприклад, є об'єктами линійного типу, тоді як розподільні газопроводи розгалужені. Глибина залягання газопроводів становить від 0,8 метра і більше. Грунти, в які укладають газопроводи, також бувають різними - від пісків (17 кN/м3) до глин (23 кN/м3). Навантаження поверхні на трубу може бути зконцентрованим (напр., навантажена вантажівка) або розподіленим рівномірно. Окремий тип складають для трубопровідних конструкцій навантаження, що виникають внаслідок експлуатації підземних родовищ. Саме вона визиває деформації земної поверхні. У разі постійних деформацій найчастіше доводиться мати справу з осіданням, профіль якого ілюструє рис. 1.

 

Рис. 1. Профіль осідання (деформації) грунту.
Профиль оседания (деформации) грунта

 

Підроблювані території з постійними деформаціями згідно класифікації діляться на категорії залежно від очікуваних екстремальних деформацій. Газові мережі можна споруджувати на підроблюваних територіях до IV категорії включно.

 

Таблиця 1. Категорії підроблюваних територій 
Категории подрабатываемых территорий

 

Для газопроводів найбільш істотним параметром є горизонтальна деформація грунту. Вплив експлуатації підземних родовищ на газопроводи проявляється, головним чином, у вигляді: 
- Деформації грунту (від 1,5 мм / м для I категорії підроблюваних територій до 9 мм / м для IV категорії). Більш значні деформації відносяться до V категорії, при якій будувати газопроводи вже не можна; 
- Рельєфу (кривизни) території (опуклою або увігнутою); 
- Нетривалої деформації, яку важко визначити і локалізувати; 
- Парасейсмічних струсах.Для газових мереж з поліетиленових труб на підроблюваних територіях істотну роль грає тривалість дії навантажень, пов'язана з геологічними ефектами, які проявляються у вигляді двох класичних процесів: 
- Повзучості матеріалу (тобто збільшення деформацій при постійних напругах і постійній температурі); 
- Релаксації напружень (тобто зменшення напружень у матеріалі при постійних деформаціях і постійній температурі). 

Оскільки максимальна деформація поверхні грунту на підроблюваних територіях IV категорії не перевищує 1% (9 мм / м), то при повільному деформуванні ПЕ труби піддаються йому рівномірно по всій своїй довжині, забезпечуючи інтегральність газової мережі (фото 1а). 
Важливою властивістю поліетиленових труб, що застосовуються на підроблюваних територіях, є їх стійкість до динамічних навантажень, підтверджена практичним досвідом країн з високою сейсмічною активністю, де підземна міська інфраструктура з поліетилену мала значно меншу аварійність при сейсмічних коливаннях, ніж інженерні мережі зі сталі, чавуну або ПВХ. Трубопроводи з поліетиленових труб зберігають роботоздатність навіть у випадку виникнення тріщин і провалів грунту (фото 2).

 

 

Фото 1. Форма деформації ПЕ труби в залежності від швидкості розтягування. 
а) 5 мм / мін.б) 100 мм / хв. 
Форма деформации ПЭ трубы в зависимости от скорости растяжения
Фото 2. Тріщина в грунті як наслідок землетрусу. 
Трещина в грунте как следствие землетрясения

 

Як приклад стійкості ПЕ труб до сейсмічних впливів можна навести дані, що стосуються наслідків землетрусу 17 січня 1995 біля міста Кобе (Японія). Воно заподіяло завали або часткові пошкодження близько 191 тис. будинків. 

850000 споживачів залишилися без газу. Сталося 95 аварій газових мереж середнього тиску і близько 10 000 - в мережах низького тиску.У той же час не було зафіксовано аварій на газопроводах з поліетилену, які були побудовані на початку 80-х років. Ці газопроводи становили близько 5% загальної протяжності розподільних мереж у районі Кобе. 

Актуальний рівень знань і практики у сфері будівництва та експлуатації трубопроводів дозволяє надійно убезпечити їх від сейсмічної дії. Для сталевих магістральних трубопроводів головними факторами, що впливають на досягнення необхідної стійкості, є витривалість матеріалу труб та їх належне укладання в траншеї. Для розподільних газових мереж особливе значення має еластичність структури труб. Найкраще рішення - використовувати в будівництві газопроводів поліетиленові труби.

 

Труби з поліетилену « ПЕ 100 + ». Виконання підвищених експлуатаційних вимог 

 

Вимоги споживачів поліетиленових труб зараз обумовлені підвищенням робочих тисків, бестраншейного укладанням трубопроводів, можливостями застосування ПЕ труб в реновації старих сталевих або чавунних трубопроводів. Найбільш відповідають цим вимогам матеріали, відомі під назвою ПЕ 100 + .

 

Чому ПЕ 100 +?

 

Поліетиленові композиції і окремі елементи трубопровідних систем з поліетилену повинні відповідати вимогам європейських або міжнародних нормативів (наприклад, EN 1555, ISO 4427, ISO 4437). Вміщені там вимоги - результат певного компромісу. Серед клієнтів, які потребують продуктів з найкращими параметрами, відчувалася потреба створення переліку рекомендованих продуктів, які відповідали б підвищеним вимогам. Назустріч цим очікуванням пішов Клуб «ПЕ 100 +», заснований в 1999 р. 
Мета його створення - гарантувати найвищий рівень якості продукції та переробки матеріалу типу ПЕ 100 , призначеного для виробництва напірних труб. Підставою для внесення даного матеріалу в список рекомендованих є, крім відповідності основним нормативним вимогам, відповідність додатковим вимогам, які сформульовані Клубом і стосуються трьох основних параметрів труб: 

- Стійкості до повзучості (деформації) (Creep Rupture Strength); 
- Стійкості до повільного поширення тріщин (Stress Crack Resistance); 
- Стійкості до поширення «швидких тріщин» (Resistance to Rapid Crack Propagation). 

Стійкість поліетиленових труб до повзучості (деформації) визначається, виходячи з тестів на гідростатичну стійкість при різних температурах і рівнях напруг (фото 3). При випробуваннях труб з ПЕ 100 при температурі 20 ° С і під тиском 12,4 МПа норматив вимагає, щоб час до їх руйнування становив мінімум 100 годин. Клуб «ПЕ 100 +» підняв цю «планку» до 200 годин. Відповідність цим підвищеним вимогам в даній сфері дозволяє гарантувати безпеку експлуатації трубної системи, в якій основне навантаження становить тиск речовини, що транспортується.

 

Фото 3. Зразок [B] ПЕ труби під час випробування на гідростатичну витривалість. [/ B] 
Образец ПЭ трубы во время испытания на гидростатическую выносливость

 

Стійкість до повільного поширення тріщин - другий параметр, підвищений Клубом «ПЕ 100 +» при кваліфікації поліетилену в списку рекомендованих матеріалів. Норматив вимагає, щоб при випробуваннях на стійкість до повільного поширення тріщин зразок труби з ПЕ 100 (SDR 11), на поверхні якого з інтервалом 90 ° зроблені чотири надрізу фрезою у вигляді літери «V» (паралельно поздовжній осі, глибиною 0,2 товщини стінки (фото 4), витримав до руйнування мінімум 165 годин при температурі 80 ° С і тиску 9,2 бар. В даному випадку Клуб збільшив час руйнування до 500 годин. 

Високі вимоги стійкості до повільного розповсюдження тріщин мають істотне практичне значення. Поліетиленові труби в процесі складування, транспортування, розвантаження і монтажу нерідко отримують ушкодження - найчастіше, у вигляді «порісованності» поверхонь. Труби, що відповідають вимогам «ПЕ 100 +», мають особливо високу стійкість до впливів подібного роду. Ця властивість набуває величезне значення при укладанні трубопроводів безтраншейним методом або у вузьких траншеях. Не варто забувати також про широке застосування поліетиленових труб при реновації старих трубопроводів. І при такому використанні поліетиленові труби, виготовлені із сировини, що знаходиться в списку «ПЕ 100 +», забезпечують належну тривалість і безаварійність функціонування трубопровідних систем після реновації.

 

Фото 4. Підготовка зразка до «notch-тесту»: 
а) пристосування для фрезіровкі надрізів в ПЕ трубі; 
б) зразок ПЕ труби з надрізом у вигляді літери «V». .

приспособление для фрезировки надрезов в ПЭ трубе образец ПЭ трубы с надрезом в виде литеры «V»

 

Стійкість до швидкого розповсюдження тріщин

Швидке поширення тріщин - RCP (Rapid Crack Propagation) - це явище, яке може развитись в трубах на значній відстані зі швидкістю, близькою швидкості звуку. Вперше проблема швидкого поширення тріщин в газопроводах з поліетилену стала предметом дискусії в 1975 р. на засіданні робочої групи № 4, що діє в рамках Технічного комітету № 138 ISO. Відтоді проводилися інтенсивні дослідження властивостей поліетиленових матеріалів, які можуть впливати на їх здатність до швидкого поширення тріщин. З'явилося два основні методи визначення стійкості ПЕ труб до цього явища. 

Повномасштабне випробування (Full Scale Test), розроблене фахівцями British Gaz, дозволяє визначати стійкість труби до поширення «швидких тріщин» способом, який симулює реальні умови експлуатації трубопроводу. Однак, з точки зору умов проведення це випробування визнано важко виконуваним і дорогим. 

Випробування S4 - маломасштабне випробування в стійкому стані (Small Scale Steady State) Відрізок полімерної труби певної довжини, що містить газ під певним тиском, піддають удару поблизу одного з кінців, провокуючи поширення «швидкої тріщини» уздовж поздовжньої осі. Температура і тиск, при якому проводяться випробування, обумовлені відповідними нормативами. Використаний при цьому газ повинен бути ідентичним транспортованого по трубопроводу, або дає подібні ефекти (повітря). Стрімка декомпресія попереду тріщини лімітована внутрішніми обмежувачами, а також зовнішньої кліткою, що обмежує розширення досліджуваної труби на краях тріщини. Описана технологія дозволяє досягти типового для поширення «швидкої тріщини» стану (RCP), при невеликій довжині трубного зразка і більш низькому тиску, ніж вимагає для такого ж ефекту та ж труба при повномасштабному випробуванні (Full Scale Test). Потім досліджувану трубу перевіряють, зупинився розвиток тріщини або продовжується її поширення. На підставі серії тестів при різних тисках і постійній температурі можна визначити критичний тиск або критичні напруги, які викликає поширення «швидких тріщин». Подібним чином на підставі тестів при різних температурах і постійному тиску можна визначити критичну температуру, при якій можливе RCP. Вимоги, що стосуються стійкості поліетиленових труб до поширення «швидких тріщин», визначені нормативним документом PN-EN 12007-2. Згідно цього нормативу відношення критичного тиску pc (визначеного під час повномасштабного дослідження) до максимального робочого тиску (МОР) повинно бути більшим чи рівним 1,5. Це тиск повинен визначатись згідно PN-EN 1555-2. Коефіцієнт кореляції (взаємозалежності) між повномасштабним випробуванням і тестом S4 визначається як відношення безумовного критичного тиску повномасштабного випробування до подібному тиску тесту S4:

 

(Pc, повномасштабний тест + 1) = 3,6 (Pc, S4 + 1), або 
Pc = 3,6 Pc, S4 + 2,6 
Відносно тиску RCP Клуб «ПЕ 100 +» взяв наступний критерій: 
Pc, S4 ≥ 10 бар 

Дотримання цього критерію щодо поліетиленових труб практично виключає можливість поширення «швидких тріщин» у трубопровідних системах (в кліматичних умовах Польщі). 

Застосування поліетиленових труб в реновації металевих газопроводів 
Експлуатаційні властивості розподільних газових мереж з плином часу можуть погіршуватися. Тому і виникає необхідність відновити їх первинний технічний стан. Кожен оператор розподільної мережі повинен експлуатувати, консервувати, ремонтувати або облаштовувати з урахуванням економічної доцільності безпечну, надійну і справну трубопровідну систему, піклуючись про дбайливе ставлення до навколишнього середовища. Покращити технічний стан газових мереж можна замінивши їх відкритим способом, або застосовуючи безтраншейні методи реновації. Останні стали зараз дуже популярними, так як проведення земляних робіт і необхідність подальшого ремонту дорожніх покриттів у міських умовах пов'язані з великими витратами коштів і часу. У порівнянні з традиційними методами безтраншейні технології дозволяють мінімізувати площі розкриття грунту, знизити витрати і негативний вплив на середовище. 
Для реновації металевих газопроводів широко застосовуються поліетиленові труби. Над питаннями реновації газопроводів працював Технічний комітет CEN-TC «Системи труб та полімерних трубопроводів». У цій сфері створені такі нормативи: 
N 14408-1 Plastics piping systems for renovation of underground gas supply networks - Part 1: General (Системи полімерних трубопроводів для реновації підземних газових мереж - Частина 1: Загальні положення); 
EN 14408-3 Plastics piping systems for renovation of underground gas supply networks - Part 3: Lining with close-fit pipes (Системи полімерних трубопроводів для реновації підземних газових мереж - Частина 3: Укладання з щільно прилеглих труб). 
Критерії вибору і докладні характеристики методів реновації газових мереж містяться в нормативі PN-EN 12007-4:2002 «Системи газопостачання - Трубопроводи з максимальним робочим тиском до 16 бар - Частина 4: Детальні практичні рекомендації по реновації».

 


Фото 5. Обладнання для проведення досліджень стійкості поліетиленових труб до поширення «швидких тріщин» в Інституті нафти і газу (м. Краків, Польща). 
Оборудование для проведения исследований стойкости полиэтиленовых труб
Фото 6. Форма пошкодження поліетиленової труби після проведення тесту S4 
Форма повреждения полиэтиленовой трубы

 

Технології реновації газопроводів

 

Введення суцільної труби (sliplining) 
Найпростішим і найбільш популярним методом реновації газопроводів є втягування всередину відновлюваного трубопроводу полімерної труби (найчастіше - з поліетилену або поліаміду РА 11) меншого діаметру. Ремонтований газопровід водночас перетворюється на захисну трубу-оболонку. Недоліки цього методу - зменшення пропускної здатності газопроводу, необхідність ретельного очищення його внутрішньої поверхні, можливість «зарісованія» втягується труби. Вартість реновації цим методом може додатково зрости у разі необхідності заповнення міжтрубному простору цементним розчином. 
Існує два різновиди цього методу: 
- Реновація при збереженні подачі газу (live insertion); 
- Реновація газопроводу, виведеного з експлуатації (dead insertion).


Введення щільно прилягає [B] труби (close-fit pipe) [/ B]

Суть цих технологій полягає у тимчасовому зменшенні діаметра ввідної до газопроводу труби з подальшим її распрямлением під впливом водяної пари і тиску, завдяки чому досягається щільність її прилягання до внутрішніх стінок трубопроводу, який підлягає реновації (фото 7).

 

Фото 7. Форма пошкодження поліетиленової труби після проведення тесту S4. 
Форма повреждения полиэтиленовой трубы после проведения теста S4

 

У разі, коли діаметр чавунного газопроводу не дозволяє збільшити його пропускну здатність, можна застосувати технологію, суть якої - у введенні всередину старого трубопроводу спеціального гідравлічного пробійника («крота»), який, просуваючись вперед, руйнує чавунні труби і вдавлює їх осколки в грунт ( burstlining). Коли ж старий газопровід складається зі сталевих труб, то в цьому випадку «кріт» обладнаний вістрям, яке розрізає труби, що також дозволяє збільшити простір для введення ПЕ труб більшого діаметра. 

Нові матеріали для будівництва газових мереж 
Дослідження, що стосуються застосованих у будівництві газових мереж матеріалів, ведуться зараз у наступних напрямках: 
- Розробка поліетиленових труб, укріплених волокном; 
- Розробка труб з композитних матеріалів; 
- Впровадження труб із зшитого поліетилену (РЕ-Х). 

Для транспортування вуглеводнів під високим тиском все ширше застосовуються епоксидні труби, укріплені скловолокном (GRE - Glass fibre reinforced epoxy). Метою проведених досліджень було визначення їх придатності до транспортування газу під тиском до 7,0 МПа. Вони отримали позитивну оцінку для цього роду застосування. Цікаве рішення, яке може служити альтернативою сталевим газопроводам, являє собою поліетиленові труби , укріплені арамідним волокном, із захисним шаром із зшитого поліетилену. Це труби структурованого типу (фото 8). У процесі досліджень стійкості цих труб до внутрішнього тиску при температурі 65 ° С тиску, при яких зразок руйнувався, становили: > 210 бар для труб діаметром 100 мм; > 168 бар для труб діаметром 125 мм. При реновації газопроводів або їх укладанні у вузьких траншеях особливого значення набуває стійкість поліетиленових труб до дряпання («зарісуванню») або пошкоджень внаслідок точкових навантажень. Високу стійкість до впливів цього типу мають багатошарові (multilayer) труби , які виробляються в двох варіантах - «М» і «Р». Варіант «М» містить один або більше шарів металу, а варіант «Р» складається з двох або більше шарів полімеру .

 

Фото 8 . Структурована труба 
Структурированная труба

 

Висновки 

Серед полімерних труб для подачі горючих газів, домінуючі позиції займає поліетилен. Труби з нього широко застосовуються як в будівництві нових газопроводів , так і в реновації старих чавунних або сталевих трубопроводів . Їх застосування - найкраще рішення для підроблюваних або сейсмічно активних територій. Труби структурованого типу створюють можливість подолати в майбутньому чергові бар'єри за показниками робочих тисків.



Олександр Клюпа, Інститут нафти і газу (м. Краків, Польща). Джерело: ETP.com.UA



Знайшли помилку? Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter.
Знайшли помилку?
Виділіть мишкою текст, і натисніть Ctrl + Enter
Виділений текст
Коментар