Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Методы испытаний и диагностики композитных изделий и стеклопластиковых труб

Применение композитных трубопроводов в России осложняется большим количеством факторов. Во-первых, на протяжении длительного времени отсутствовала нормативная документация на композитную продукцию и ее проектирование. Со временем этот вопрос был решен, хотя работы продолжаются, но при этом остро встал не менее важный вопрос диагностики композитных трубопроводов для определения остаточного ресурса и предотвращения аварийных ситуаций.

В представленной Вашему вниманию статье предлагается анализ основных причин возникновения аварийных ситуаций на композитных трубопроводах, разработанные и перспективные методы диагностики, а также концепция единого испытательного центра, разработанная ООО «Нанотехнологический центр композитов».

17.11.2017 Инженерная практика №10/2017
Волков Алексей Станиславович Руководитель направления промышленных трубопроводов ООО «НЦК»

По данным ФГБУ «Центральное диспетчерское управление топливно-энергетического комплекса», за 2015 год в России было зафиксировано более десяти тысяч случаев разливов нефти, из которых 92% произошли по причине коррозии. При этом значительная часть трубопроводов (около 45%), пролегающих по территории нашей страны, работают в агрессивных средах, 30% – в слабоагрессивных и только 10% не требуют активной антикоррозионной защиты. Всего, по данным Ростехнадзора, общая протяженность промысловых трубопроводов составляет 300 тыс. км. При этом износ основного фонда промысловых труб составляет около 70%.

Примечательно, что Минприроды подготовило изменения и поправки к КоАП и закону «Об охране окружающей среды», согласно которым при отсутствии плана ликвидации разливов компания должна будет уплатить штраф от 100 тыс. до 300 тыс. руб. Повторное нарушение этих требований повлечет штраф уже в 150–500 тыс. руб. либо приостановление деятельности на срок до 90 суток. В случае, если компания не сообщит о разливе, ей грозит штраф от 150 тыс. до 500 тыс. руб., а при повторном нарушении — до 1 млн руб.

Международный опыт показывает, что около 30% композитных труб используются в агрессивных средах. При этом средняя наработка превышает 10 лет, тогда как средний срок службы металлического трубопровода в агрессивной среде составляет всего два года.

По приблизительным подсчетам экономическая эффективность использования композитных труб на участках с агрессивными средами на один километр за восемь лет может составлять до 28 млн руб.

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПОЗИТНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ПУТИ РЕШЕНИЯ

Можно выделить несколько основных факторов, негативно влияющих на эффективность применения композитных трубопроводов:

  • неправильное проектирование и подбор трубопровода: для различных сред и условий эксплуатации подходят определенные композитные трубы. Одни работают под большим давлением и в агрессивной среде, но для них необходима жесткая отсыпка без смещения грунтов, другие, с меньшим давлением, но со средами, насыщенными газами, третьи можно прокладывать в болоте и успешно эксплуатировать в условиях западной Сибири. Везде необходим индивидуальный подход (рис. 1). На деле получается, что «побеждает» «стеклопластиковая труба» и ее стоимость без учета технических характеристик.
Рис. 1. Негативный опыт применения композитных труб
Рис. 1. Негативный опыт применения композитных труб
  • отсутствие сертифицированного испытательного центра. Для подтверждения заявленных характеристик производителем необходимо компетентное подтверждение, в специализированном центре, который имеет возможность всесторонних испытаний и диагностики и может испытывать предлагаемые композитные трубы в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, а также к экстремальным условиям и экстремальным нагрузкам, граничащим с предельными. Специалисты такого центра смогут определить запас прочности, подтвердить правильность выбора композитной трубы в закладываемом проекте, учитывая все параметры (перепады температур, подвижки грунтов, химический состав транспортируемой смеси и т.д.).
  • изменение технологических параметров при производстве труб. На производство композитной трубы влияет много параметров, начиная от качества смолы и ровинга и заканчивая температурой в цеху при производстве трубы. Изменение хотя бы одного параметра приводит к снижению качества выпускаемой продукции. Нарушение температурного режима полимеризации трубы может привести к внутреннему расслоению, которое визуально не определить, но которое влияет на характеристики трубы. Производство, выпускающее композитную продукцию для нефтяной, газовой и химической промышленности, должно проходить сертификацию и периодическую проверку на соблюдение технологических параметров выпускаемой продукции.
  • отсутствие методов и оборудования для диагностики композитных труб при входном контроле и эксплуатации у значительной части испытательных центров и потребителей. На данный момент приемка продукции осуществляется на основании предоставленных документов от поставщика, а также визуальным контролем. Скрытые дефекты выявляются уже в процессе эксплуатации.

К числу прочих факторов традиционного относится «человеческий», а также повреждения, которые могут возникать в ходе неправильных транспортировки и монтажа трубопровода (рис. 2).

Рис. 2. Контроль качества деталей
Рис. 2. Контроль качества деталей

Для решения данных проблем предлагается внедрение многоуровневого поэтапного контроля качества композитных труб, который включает измерительный, инструментальный и статистический контроль, а также диагностику дефектов как трубных изделий, так и сборных конструкций (рис. 3).

Рис. 3. Лаборатория ООО «Нанотехнологический центр композитов»
Рис. 3. Лаборатория ООО «Нанотехнологический центр композитов»

Кроме того, необходимо создать общую базу данных, в которой будет содержаться информация о наработке трубопроводов, причинах и особенностях аварий, условиях эксплуатации и материалах, из которых произведены трубы. Данное решение позволит сформировать статистический фонд, который в перспективе поможет предотвращать наиболее распространенные проблемы, а также более точно подбирать продукт под эксплуатацию в тех или иных условиях.

Отдельно надо отметить, что на сегодняшний день разработано большое количество ГОСТов, регулирующих качество производимых композитных труб. Однако большая часть из них направлена на визуальный осмотр и испытания небольших элементов трубы за исключением ГОСТ 56277, который предусматривает полномасштабные испытания целой трубы (см. таблицу).

Таблица 1. Существующие ГОСТы на композитные трубы (испытания)
Таблица 1. Существующие ГОСТы на композитные трубы (испытания)

КОНЦЕПЦИЯ ЕДИНОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА

Для консолидации усилий по подтверждению качества выпускаемой трубной продукции из композитных материалов, а также разработке и испытанию новых методов диагностики композитных труб предлагается создать единый испытательный центр, в задачи которого будут также входить вопросы, связанные с испытанием композитных труб на подтверждение заявленных технических характеристик, рекомендации по применению композитных труб для транспортировки агрессивной среды, тестирование новых типов диагностического оборудования и его сертификация в соответствии с действующим законодательством.

Процесс создания данного центра можно условно разделить на следующие этапы: привлечение инвестиций и закупка оборудования, разработка ТЗ для производства испытательного и диагностического оборудования, а также его сертификация в государственных органах, привлечение профильных организаций для разработки методов обучения по проведению диагностики композитных изделий и наконец, создание вышеупомянутой базы данных по эксплуатации композитных изделий.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ООО «НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР КОМПОЗИТОВ»

Лаборатория ООО «Нанотехнологический центр композитов» оборудована всем необходимым для проведения большинства видов испытаний композитных труб (рис. 4).

Рис. 4. Испытание стеклопластиковой трубы с системой диагностики на деформацию
Рис. 4. Испытание стеклопластиковой трубы с системой диагностики на деформацию

Центром также разработаны и различные комплексы испытаний, в том числе:

  • система с использованием гидравлических захватов для проведения испытаний на прочность при растяжении и сжатии, а также для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона;
  • набор температурных исследований, применяемый в комплексе испытаний на растяжение и изгиб, адгезионную прочность на сдвиг, определение модуля упругости при изгибе, прочности при межслоевом сдвиге, прочности на сдвиг в плоскости листа;
  • система испытаний на удар, включающая испытание на удар падающим грузом;
  • система анализа деформированного состояния, предназначенная для проведения полноценного анализа деформации при испытаниях материалов, изделий и конструкций;
  • система испытаний в различных климатических условиях, использующаяся при подготовке образцов для ускоренных испытаний на климатическое старание (мороз, тепло/влажность, ультрафиолет с дождеванием, выдержка в различных химических средах).

Также промышленные мощности ООО «Нанотехнологический центр композитов» позволяют разрабатывать и производить продукты по индивидуальным требованиям заказчика. Благодаря современному оборудованию возможно применение таких технологий, как инфузия, пултрузия, намотка, контактное формование, напыление и т.п.

ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ ПРОИЗВОДСТВА, ИСПЫТАНИЙ И ДИАГНОСТИКИ КОМПОЗИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Рис. 5. Методы диагностики трубы при помощи оптико-волоконных и тензодатчиков
Рис. 5. Методы диагностики трубы при помощи оптико-волоконных и тензодатчиков
Рис. 6. Производство композитных труб и оборудования для испытаний
Рис. 6. Производство композитных труб и оборудования для испытаний

На базе ООО «Нанотехнологический центр композитов» проводятся различные исследования и испытания методов диагностики труб. Так, например, в 2014 году проходили испытания стеклопластиковой трубы с системой диагностики на деформацию (рис. 5), которая включала в себя оптоволоконные температурные датчики с широким диапазоном, тензодатчики (привариваемые или приклеиваемые эпоксидной смолой), датчики деформации для металлических и композитных объектов, а также датчик давления с резьбовым креплением (рис. 6). Это позволило получить всестороннее представление о поведении трубы в различных условиях эксплуатации (рис. 7).

Рис. 7. Проводимые методы испытаний
Рис. 7. Проводимые методы испытаний
Рис. 8. Неразрушающие методы контроля композитных труб
Рис. 8. Неразрушающие методы контроля композитных труб

Кроме того, были разработаны и апробированы несколько методов неразрушающего контроля композитных труб (рис. 8). Для предотвращения потенциального прорыва труб используется тепловизионное исследование, которое позволяет выявить наиболее уязвимые места трубопровода. Для комплексной диагностики можно использовать как рентгеновский метод, так и метод активной термографии, которые позволяют обнаружить практически все дефекты труб (расслоения, трещины и т.п.) Для дальнейшей работы в этом направлении для определения эффективного метода диагностики и определения остаточного ресурса композитной трубы необходима совместная работа с нефтяными и газодобывающими компаниями не только в рамках испытательного центра, но и непосредственно на эксплуатаионных площадках. От качества определения остаточного ресурса, а также от своевременности определения слабых мест зависит сокращение числа порывов на трубопроводах, расширение диапазона применения композитных труб, а также изменение отношения к ним на рынке.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Алексей Станиславович, скажите, пожалуйста, вы сейчас уже готовы проводить диагностику трубопроводов в реальных полевых условиях и выдавать отчеты?
Алексей Волков: На данный момент нет, но где-то через два-три месяца, думаю, появится такая возможность.
Вопрос: А есть разработанные методики, методички?
А.В.: Пока нет, потому что их нужно нарабатывать и разрабатывать.
Вопрос: Вы говорите, что около 30% отказов на стеклопластиковых трубопроводах происходят по причине неправильного применения труб данного типа. Может быть, тогда нет смысла делать акцент на исследовании труб, а обратить внимание на вопросы их применения? Возможно, если мы правильно их начнем применять, то и количество отказов существенно сократится?
А.В.: Я с Вами полностью согласен, но Ростехнадзор вам не даст их эксплуатировать без методов диагностики. Дело в том, что сейчас магистральные трубопроводы регулярно проходят диагностирование на коррозию. Та же самая ситуация и по композитным трубам.
Вместе с тем, нужно, конечно, работать с проектными институтами, и именно организация такого центра позволит, так скажем, компетентно оценивать правильность подбора и применения в проекте композитных труб.
Вопрос: Вы привели много данных, касающихся механических испытаний, различных методов. А есть ли у вас результаты уже механических испытаний труб с длительным сроком эксплуатации?
А.В.: Когда мы обратились в одну из компаний с просьбой предоставить нам возможность диагностики и замены сегментов композитного трубопровода нашего производства, то получили отказ из-за нежелания останавливать добычу сырья. На данном участке труба эксплуатируется более 8 лет. Но если компания решит остановить трубопровод и его демонтировать, тогда мы сможем в полной мере его испытать и произвести диагностику
Вопрос: Скажите, пожалуйста, какие методы представляются Вам наиболее перспективными для проведения именно эксплуатационной диагностики?
А.В.: Очень сложный вопрос, и здесь я не готов однозначно сказать, какой метод эффективный и что надо выбирать. Поэтому я и предлагаю организацию такого центра, который помог бы систематизировать имеющийся опыт эксплуатации композитных труб, смог разработать методы диагностики подобрать и рекомендовать для этого необходимое оборудование, проводить диагностику на предприятиях производителях и эксплуатирующих организациях.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Возможности оценки и прогнозирования состояния металлополимерных трубопроводов в процессе эксплуатации на основе данных неразрушающего контроля
Мобильная трубопроводная система на основе полиуретановых плоскосворачиваемых рукавов: теория и практика
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №10/2017

Инженерная практика

Выпуск №10/2017

Промысловый трубопроводный транспорт
Актуализация нормативно-технической базы трубопроводного транспортаРезультаты испытаний новых марок сталей, защитных покрытий и химреагентовТрубопроводный транспорт высоковязкой нефтиОценка способов защиты стыков сварных соединенийДиагностика и эксплуатация неметаллических трубопроводных системОсобенности углекислотной коррозии и антикоррозионной защиты газопроводов
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Разработка месторождений
ОРЭ — 2017
Производственно-технический семинар-совещание

ОРЭ '2017. Практика применения технологий ОРД и ОРЗ, проектирования и интеллектуализации разработки многопластовых месторождений

Мероприятие перенесено на 16-18 апреля 2018 г., г. Москва
Обсуждение в кругу руководителей и специалистов в области разработки месторождении и эксплуатации механизированного фонда скважин результатов новых ОПИ и эксплуатации скважинных компоновок для ОРЭ, геофизического оборудования для раздельного учета и методик мониторинга параметров добычи, систем управления для ОРЭ и перспектив развития данного направления.
Общая информация Планируется
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — февраль 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

12 – 16 февраля 2018 г, г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.