Подход к внедрению композитных труб для нефтепромысловых трубопроводов
Впервые полимерная труба ANACONDA появилась на рынке в 2003 году и с тех пор успешно продается не только в России, но и в Казахстане и Узбекистане. Высокая коррозионная и гидроабразивная стойкость, повышенная пропускная способность, универсальность применения и легкость монтажа сделали ее одним из оптимальных решений как в нефтяной промышленности, так и во многих других отраслях.
Однако в 2015 году специалисты ООО «Технология Композитов» приступили к разработке новой полиэтиленовой трубы, которая главным образом будет ориентирована на нефтегазовый рынок и в перспективе придет на смену трубам ANACONDA.
В представленном материале Вашему вниманию предлагается обзор процесса разработки и производства первых образцов нового продукта, а также опыт применения новых методов ремонта и диагностики трубопроводов.
В процессе подготовки к разработке нового продукта специалистами ООО «Технология Композитов» был проведен очень обстоятельный анализ продукции различных зарубежных компаний, в том числе труб марок Fiberspar™ (NOV) и FlexPipe (Flexpipe Systems, ShawCor). Результатом этого стал выбор стекловолокна в качестве армирующего материала, так как оно представляется оптимальным вариантом для условий эксплуатации на объектах нефтяной и газовой промышленности. Для опытных образцов была использована сетка производства АО «НПО Стеклопластик» с максимальным тексом 9 600 единиц, которая на сегодняшний день остается одной из лучших в своем классе.
Для производства пробных образцов в ООО «Климовский трубный завод» была модернизирована действующая производственная линия, которая позволяет изготавливать трубы диаметром до 315 мм методом прямой экструзии. Для экспериментальной отработки труб был выбран диаметр 250 мм.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Технологический процесс производства трубы выглядит следующим образом: после изготовления внутренней трубы методом экструзии с помощью инфракрасных нагревателей разогревают наружную поверхность трубы и обматывают стеклосеткой, после чего сушат и с помощью угловой головки покрывают ее расплавленным полиэтиленом (рис. 1-3).
Опытные работы показали, что для получения равновесной системы особенно важно, чтобы армирующий материал и матрица представляли собой монолитное изделие. Для этого после нанесения первого слоя сетки наматывается второй слой, но в противоположном направлении. Далее прогревается поверхностный слой, сушится и наносится полиэтиленовый защитный слой.
Одновременно с этим был опробован альтернативный метод нанесения армирующего материала «директ-ровинг». Преимущество данного метода заключается в том, что на трубу наносится не сетка, а непосредственно нить стекловолокна. Это в свою очередь позволяет снизить итоговую стоимость продукта, так как стеклосетки стоят ощутимо дороже ровинга (рис. 4).
СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
В ходе испытаний опытные образцы, изготовленные по технологии директ-ровинга, показали такие же результаты, как и образцы, армированные сеткой. Единственная разница в том, что применение директ-ровинга позволяет в перспективе настраивать осевые и радиальные свойства трубы: можно повышать либо радиальную, либо осевую прочность трубы посредством увеличения или уменьшения угла. А используемое оборудование позволяет изготавливать трубы, которые могут работать на значительно более высоких давлениях, что, впрочем, ограничивается качеством применяемых материалов.
Испытания проводились на оборудовании немецкой фирмы IPT в соответствии с международными стандартами и техническими условиями на трубу ANACONDA. Важно отметить, что при испытаниях на разрыв по стандарту ISO/TS 18226 предполагается, что нагружение трубы будет происходить со скоростью 10 бар/мин (1 бар ~ 1 атм).
На практике это практически невозможно, так как, хоть труба и монолитная, но разные давления отрабатывают разные составные части. Так, до 15 бар работает внутренняя труба, после чего натягивается сетка и основная нагрузка приходится уже на нее (до 38 бар), а далее идет нагружение до разрушения (рис. 5). Для экспериментальных образцов этим показателем стало значение 95 бар, что позволяет утверждать, что трубы пригодны к работе с рабочим давлением до 40 бар.
В ходе разработки нового продукта особое внимание было уделено вопросу изготовления фитингов. Для этого совместно с ООО «Мепос» были разработаны и изготовлены металлические каркасы отводов и тройников, которые в дальнейшем будут использоваться в литьевых машинах для получения готовых изделий (рис. 6).
НОВЫЕ МЕТОДЫ РЕМОНТА И ОБСЛУЖИВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ
Одной из новейших разработок в области обслуживания трубопроводов стал ремонт с помощью стальных вставок и муфты.
Монтаж такого фитинга требует минимальных приготовлений: необходимо лишь убедиться, что труба обрезана довольно ровно, нет больших заусенцев, а наружный корпус установлен точно над местом соединения. Для установки фитинга с помощью специально разработанного ручного насоса через ниппель в наружный корпус накачивается биодеградируемое масло, которое заполняет пустоты между стальным и медным элементами.
Под воздействием гидравлического давления медь начинает деформироваться и по всей длине давит на наружную стенку трубы, вследствие чего полимер трубы проникает в специально выполненные пазы на втулке внутри трубы. Втулка таким образом выполняет функцию пресс-формы. Свойства меди также изменяются в процессе деформации – она становится более твердой и обеспечивает прочное соединение после снижения давления.
Также был испытан виброакустический метод контроля качества сварных соединений полимерно-армированных труб «ПАТ контроль». Он основан на оценке изменения характеристик акустического сигнала (амплитудно-частотная характеристика, затухание, рассеивание и т.д.) при прохождении по исследуемому объекту и сопоставления изменения акустического сигнала с изменением физико-механических свойств материала и наличием в нем дефектов (рис. 7).
Близок к предыдущему и виброакустический метод контроля трубопроводов, который основывается на анализе прохождения волны в широком диапазоне частот по конструкции трубопровода. О наличии и типе дефекта говорит характеристика прохождения волны в зоне дефекта (потери, рассеивание, интерференция, дифракция), то есть изменение спектров амплитудно-частотных характеристик трубопровода на исследуемом участке (рис. 8).
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.