Технология непрерывной намотки стеклопластиковых труб



Метод непрерывной намотки

Большинство стеклопластиковых труб в мире изготавливаются методом непрерывной намотки стекловолокна со связующим компонентом (таким, как полиэфирная или эпоксидная смола) на оправку.

Труба изготавливается с применением, так называемой ‘шагающей’ оправки и ступенчатого процесса охлаждения. Движущиеся в продольном направлении сектора оправки продвигают намотанную трубу через печи, в которых производится ее предварительная термообработка, труба сходит с оправки и окончательно отверждается в последующих печах. Разрезка трубы абразивным ‘алмазным’ кругом на необходимую длину.

Технологический процесс изготовления стеклопластиковых труб и фасонных изделий заключается в послойном нанесении (на стальную оправку) стекломатериалов, пропитанных смолой «холодного» отверждения. Тип смолы выбирается в соответствии со свойствами транспортируемой по трубопроводу среды. После полимеризации образуется монолитная, инертная и высокопрочная структура со стенкой следующего строения:

— Стеклопластиковый (армированный термореактивный) лайнер (внутренняя стенка) обеспечивает герметичность и стойкость к воздействию агрессивной и/или абразивной среды, транспортируемой по трубопроводу. Абсолютная шероховатость внутренней стенки составляет 23 мкм.

— Силовой стеклопластиковый слой обеспечивает механическую прочность при совместном действии внутренних и внешних нагрузок в процессе эксплуатации трубопровода.

— Внешний слой обеспечивает гладкость внешней поверхности и стойкость к воздействию влаги, атмосферных явлений, ультрафиолетовых лучей и химических веществ.

Структура стеклопластиковой трубы, изготовленной методом непрерывной намотки

Оборудование для изготовления стеклопластиковых труб, емкостей и других тел вращения по технологии намотки состоит из следующих составляющих:

· секция подачи стеклянного ровинга,

· установка для приготовления связующего: смесь полиэфирная смола — катализатор или другой тип связующего,

· ванна с связующим — катализированной полиэфирной смолой или другим типом смолы, через которую проходят и смачиваются нити ровинга,

· секция намотки с валами вращения, размер которых определяет диаметр конечного изделия из стеклопластика,

· органы управления оборудованием для намотки.

Преимущества применения труб, изготовленных по технологии непрерывной намотки:

· высокая удельная прочность;

· малый вес в 4 раза легче стальных труб;

· высокая коррозионная стойкость;

· высокая надежность и долговечность;

· минимальные затраты на монтаж и обслуживание, высокая ремонтопригодность;

· малое гидравлическое сопротивление, отсутствие ‘зарастания’ внутреннего сечения;

· экологическая чистота транспортируемых продуктов. Имеется гигиенически сертификат;

· длительный срок эксплуатации труб: в зависимости от конкретных условий — от 20 до 60 лет, без ремонта.

Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 1037 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Стеклопластиковые трубы: технологии производства

Стеклопластик представляет собой стеклонаполненный материал композитного типа. В его состав входят связующее (в качестве которого применяется полиэфирная смола) и наполнитель (стекловолокно). Основное предназначение наполнителя заключается в армировании и придании материалу необходимой прочности. Благодаря добавлению полиэфирной смолы обеспечивается монолитность материала, защита стекловолокна от негативного воздействия агрессивных сред и максимально эффективное использование его прочности.

26.11.2014 г. 2652

Стеклопластик – это материал, характеризующийся небольшим удельным весом, имеющие достаточно широкий спектр сфер применения от ЖКХ до оборонки. Отличаясь малой теплопроводностью (приблизительно, как у дерева), высокой удельной прочностью (больше, чем у стали), влагостойкостью, биологической стойкостью и атмосферостойкостью, присущими полимерам, данный материал не имеет недостатков, которыми обладают термопласты. Это один из наименее дорогостоящих и самых доступных композиционных стройматериалов.

Основные затраты при изготовлении стеклопластиковых изделий, как правило, приходятся на оборудование и рабочую силу. Второй пункт затрат связан с трудоемкостью и значительными затратами времени. Таким образом, в настоящее время изделия из данного материала уступают в цене продукции из металла. Во многом это обусловлено сложностью и длительностью осуществления процедуры выклейки стеклопластиковых деталей, следствием чего становится возникновение серьезных препятствий при массовом производстве. Применение стеклопластика оказывается наиболее выгодным в случае с мелкосерийным производством. Высокая эффективность крупносерийного производства достигается при использовании технологии автоматической непрерывной намотки.

При изготовлении труб из стеклопластика, роль армирующих волокон обычно отводится ровингу либо стеклянной нити. Эпоксидные, полиэфирные смолы используются как связующее. Сегодня существуют два основных метода, которые находят применение при изготовлении стеклопластиковых труб: метод непрерывной намотки и метод центробежного формования.

Технология периодической намотки, которая была перенята с предприятий, функционирующих в сфере оборонной промышленности, не получила широкого распространения. Этим способом обычно пользуются при изготовлении труб из стеклопластика на эпоксидном связующем. Большая часть стеклопластиковых труб в мире производится по технологии непрерывной намотки волокна и связующего компонента на оправку. После завершения намотки труба затвердевает. Затем ее снимают с оправки, подвергают испытаниям и отправляют заказчику.

В этом случае труба производится с использованием «шагающей» оправки и реализуемой ступенчато процедуры охлаждения. Сектора оправки, которые перемещаются в продольном направлении, передвигают намотанную трубу через специальные печи, где проводится предварительная термическая обработка. Далее труба снимается с оправки. Окончательно затвердевание проводится в последующих печах. После этого полученная заготовка разрезается при помощи «алмазного» круга на куски требуемой длины.

Технологический процесс производства стеклопластиковых труб состоит в послойном нанесении на выполненную из стали оправку стекломатериалов, которые заранее пропитываются смолой «холодного» отверждения. При подборе типа смолы учитываются свойства жидкости, которую планируется транспортировать по трубопроводу. Схему армирования определяют путем проведения расчета, который следует выполнять согласно международных стандартов ASTM/AWWA, основываясь на заданных условиях установки и последующей эксплуатации трубопровода. После завершения полимеризации происходит образование инертной, монолитной, очень прочной структуры со стенкой, состоящей из нескольких слоев. Стеклопластиковый лайнер (внутренняя стенка) обеспечивает требуемую стойкость к влиянию агрессивных, а также абразивных сред, транспортируемых по трубопроводу, и герметичность.

Величина абсолютной шероховатости внутренней стенки равна 23 мкм. Силовой слой предназначен для обеспечения механической прочности при объединенном воздействии внешних и внутренних нагрузок во время эксплуатации трубопровода. Функцией внешнего слоя (его еще называют гель-коут) является обеспечение необходимой гладкости наружной поверхности трубы, влагостойкости, стойкости к влиянию химикатов, ультрафиолетового излучения, различных атмосферных явлений.

Технологическая линия производства стеклопластиковых труб по методу непрерывной намотки включает в себя секцию подачи ровинга, установку, предназначенную для подготовки связующего, ванну со связующим (через нее перемещаются и смачиваются нити ровинга), секцию намотки, оснащенную валами вращения (от размера последних зависит диаметр конечной продукции), а также органы, обеспечивающие управление всем оборудованием.

Трубы из стеклопластика, изготавливаемые по данной технологии, имеют целый ряд достоинств, среди которых следует отметить высокую удельную прочность, стойкостью к коррозии, небольшой вес, долговечность (срок эксплуатации до шестидесяти лет без проведения ремонта), надежность, малые затраты на установку и последующее обслуживание, высокую ремонтопригодность, небольшое гидравлическое сопротивление, гарантию сохранения чистоты транспортируемой продукции с точки зрения экологии.

Второй способ производства труб из стеклопластика – центробежное формование, был предложен фирмой Hobas. Технологический процесс изготовления труб по данной технологии происходит в направлении от внешней поверхности к внутренней, с использованием вращающейся формы. Сырьем для изготовления труб по этому методу служат рубленые волокнистые жгуты из стекла, песок и полиэфирная смола. Названные материалы подаются на вращающуюся матрицу. В итоге образование структуры трубы начинается с внешнего слоя. Во время изготовления происходит добавление в жидкую смолу наполнителя, стеклянного волокна и твердого сырья. Полимеризация смолы осуществляется под воздействием катализатора. Дополнительное ускорение данного процесса достигается за счет нагревания. Необратимость процедуры полимеризации обусловлена 3-хмерными пространственными химическими связями. Таким образом, материал в полной мере сохраняет пространственную стабильность, даже если температура окружающей среды бывает повышенной.

Стеклопластиковые трубы, выполненные по методу центробежного формования, находят применение при прокладке канализации, устройстве дренажа, сооружении трубопроводов, по которым транспортируется питьевая, техническая вода, промышленных трубопроводов, на гидроэлектростанциях и т.д.

Помимо этого, нужно отметить, что такие стеклопластиковые трубы могут использоваться с применением разных способов укладки. Сюда относятся: технология протаскивания, метод микротуннеля, метод надземной укладки и укладка открытым способом.

Источник

Стеклопластиковые трубы. Метод непрерывной намотки Технология изготовления стеклопластиковых труб

Стеклопластиковые трубы. Метод непрерывной намотки Технология изготовления стеклопластиковых труб

Из всего разнообразия материалов, которые используются для изготовления полимерных труб различного назначения, особое внимание всегда уделяется именно стеклопластику, так как он обладает действительно уникальными эксплуатационными свойствами. Как правило, стеклопластиковые трубы используются больше для промышленных целей и отличаются тем, что легко переносят любые эксплуатационные условия и имеют достаточно высокий рабочий ресурс. И, невзирая на то, что стоит этот материал относительно дорого, он в последние годы обретают все большую популярность, в том числе среди простых частных застройщиков.

Трубы из стеклопластика

Что собой представляют такие трубы?

Итак, стеклопластик – это особый композитный материал, который отличается повышенными прочностными характеристиками. Изготовители описываемых в данной статье труб уверяют в том, что их изделия, которые пропитываются эпоксидными/полиэфирными смолами, могут быть использованы при наземной/подземной прокладке трубопроводов различного назначения. Такие трубы отлично демонстрируют себя в условиях повышенного давления транспортируемого вещества, с их помощью прокладываются магистрали в самых разных климатических зонах (сюда относится даже Крайний Север).

Обратите внимание! Если потребуется, то на внутреннюю поверхность изделий может быть нанесено защитное покрытие, благодаря которому их можно будет применять для транспортировки разных газообразных либо жидких сред.

Маркировка стеклопластиковых труб, которые имеют подобное покрытие, выглядит следующим образом.

1. «П». Такие изделия могут быть использованы для трубопроводов холодного водоснабжения.
2. «А». Трубы, имеющие такую маркировку, предназначаются для перемещения жидких сред, включающих в себя различные абразивные примеси.
3. «Г». Это трубы, которые применяются для прокладки сетей горячего водоснабжения.
4. «Х». Изделия, которые имеют такую маркировку, рассчитаны на химически активные жидкости, среди которых и продукты нефтеперерабатывающей промышленности.
5. «С». Последняя категория труб, которая предназначается для всех остальных целей.

Особенности появления стеклопластиковых труб

Изготовление такого рода труб возникло еще в 50-х годах прошлого столетия, поскольку именно тогда производство эпоксидных смол обрело промышленные масштабы. Данная технология, равно как и любая другая новинка, поначалу особой популярностью не пользовалась: у людей не было опыта применения стеклопластика, более того, традиционные материалы (такие как алюминий или сталь) стояли относительно недорого.

Однако лет через 10-15 ситуация кардинальным образом изменилась. По какой причине?

1. В первую очередь, это объясняется тем, что стоимость стали и цветных металлов заметно возросла.
2. Насосно-компрессорные трубы из стеклопластика имели преимущество перед стальными – весили они немного и отличались при этом устойчивостью к коррозии (трубы никак на страдали от продолжительного контакта с соленой водой чего об их «конкурентах» сказать нельзя).
3. Еще одна причина, которая во многом касается предыдущей – начала развиваться коммерческая разработка газовых/нефтяных месторождений.
4. И, наконец, изменилась и сама производственная технология – теперь стеклопластиковые трубы обходились дешевле и становились все более прочными.

Вполне очевидно, что долго ждать результатов не пришлось – уже к концу шестидесятых компания «Амерон» из США ворвалась на рынок стройматериалов с качественными стеклопластиковыми трубами повышенного давления. Вначале продукция компании завоевала Северную Америку, а потому перешла и на ближневосточный рынок. Уже в восьмидесятые годы «в игру» вошли европейские страны, еще спустя некоторые время – и Советский Союз.

Видео – Трубы из стеклопластика

Разновидности труб в зависимости от типа смол

Эксплуатационные свойства описываемых в статье труб могут меняться в зависимости от того, на основе каких именно смол они изготовлены. Именно по этой причине во время покупки необходимо в обязательном порядке уточнять, что за стеклопластик вам продают. С этой точки зрения изделия делятся на две категории, ознакомимся с особенностями каждой из них.

1. Стеклопластик, изготовленный на основе полиэфирных смол. Данный материал характеризуется химической нейтральностью, устойчивостью к влиянию разного рода веществ; материал является очень важным элементом при прокладке трубопроводов для нефтеперерабатывающей отрасли. Однако вы должны знать, что такие трубы непригодны для эксплуатации в условиях высоких температур (свыше +95-ти градусов) либо высокого давления (максимум – 32 атмосферы).
2. Стеклопластик, выполненный на основе эпоксидных смол. Благодаря эпоксидному связующему, которое применяется в производственном процессе, готовая продукция получается гораздо более прочной. Трубы, изготовленные по такой технологии и имеющие больший диаметр, способны переносить очень высокое давление (максимум – 240 атмосфер) и температуру не более +130-ти градусов. Другим преимуществом этого материала считается его относительно низкая теплопроводность, в связи с чем нет необходимости в обустройстве дополнительной теплоизоляции (изделия практически не отдают тепловой энергии). Стоимость таких труб несколько дороже, если сравнивать с аналогичным показателем полиэфирного стеклопластика.

Где могут использоваться трубы из стеклопластика?

Сразу оговоримся, что они могут применяться в самых разных промышленных и хозяйственных отраслях. Но если говорить более конкретно, то такие трубы отлично зарекомендовали себя в приведенных ниже сферах.

1. Энергетика . Здесь такие трубы активно применяются при прокладке магистралей, функционирующих при высоком показателе давления.
2. Нефтяная промышленность . В данном случае трубы из стеклопластика используются как для транспортирования ценных ископаемых (речь идет о магистральных линиях), так и для обеспечения всех остальных производственных процессов, в том числе для добычи газа/нефти.
3. В системе ЖКХ . А здесь описываемые в статье изделия применяются для прокладки водопроводов (ГВС и ХВС), а также для монтажа отопительных систем.
4. Медицинская, химическая промышленности . Благодаря химической нейтральности, а также устойчивости к разного рода агрессивным воздействиям, стеклопластиковые трубы просто незаменимы для транспортировки щелочей, кислот и иных смесей/жидкостей.

Обратите внимание! Помимо всего прочего, в последнее время такие трубы все больше используются в бытовых целях. Причем это использование вполне оправдано – их безаварийный (то есть, без ремонта) эксплуатационный срок составляет более полувека.

Особенности изготовления стеклопластиковых труб

Как на сегодняшний день производятся такие трубы? Существует четыре основных способа, мы рассмотрим каждый из них. Но для начала отметим, что эксплуатационные свойства готовых изделий могут значительно меняться в зависимости от того, каково число конструктивных слоев.

1. Простейшие однослойные трубы считаются самыми дешевыми. И неудивительно, ведь стеклопластик в данном случае практически ничем не защищен.
2. У двухслойных изделий имеется наружная защитная оболочка, повышающая устойчивость к УФ-излучению и разного рода агрессивным средам.
3. Наконец, в изделиях, состоящих из трех слоев, один слой является дополнительным силовым – он располагается между наружным и внутренним. Подобные трубы очень прочны, а потому могут использоваться при очень высоком давлении. Однако следует помнить, что и стоят они при этом недешево.

А теперь рассмотрим основные технологии изготовления.

Технология №1. Экструзия

В данном случае отвердитель перемешивается со смолой, а также измельченным стекловолокном, а затем полученная смесь продавливается через отверстие посредством специального экструдера. В результате получаем технологичное и достаточно дешевое производство, однако армирующий каркас отсутствует, что влияет на прочностные характеристики продукции.

Технология №2. Пултрузия

Здесь изделия формируются уже между внешней и внутренней оправками. Благодаря этому, все поверхности выходят идеально ровными, но по причине производственных ограничений такие трубы не могут изготавливаться с большим диаметром или рассчитанными на повышенное рабочее давление.

Технология №3. Формование центробежное

Особенностью метода является то, что армирование в данном случае – это уже готовый рукав, выполненный из стеклоткани, прижимаемый к поверхностям формы, которая вращается благодаря центробежным силам. Из-за этих же сил смола распределяется по стенкам изделий максимально равномерно. Но главное преимущество – это то, что можно получать идеально гладкую внешнюю поверхность. Хотя есть и минус – технология достаточно энергоемкая, а значит, и дорогая.

Технология №4. Намотка

Здесь стекловолокно, которое пропитано связующим, наматывают на оправку цилиндрической формы. То оборудование, что используется для такого производства, получило наибольшее распространение по причине повышенной производительности и простоты.

Обратите внимание! Этот способ может быть нескольких видов. Рассмотрим особенности каждой из разновидностей намоток.

Разновидность первая. Спирально-кольцевая

Специальный укладчик движется возвратно-поступательно параллельно вращающейся оправке. После каждого такого прохода остается слой волокон, а шаг при этом перманентный. Благодаря подобной методике намотки, получаются предельно прочные на разрыв стеклопластиковые трубы.

Обратите внимание! Что характерно, если нить предварительно натянуть, то прочность готового изделия из-за этого также повысится, а риск возникновения трещин при изгибах будет минимальным.

При использовании данного метода производятся насосно-компрессные изделия (они способны выдерживать высокие показатели рабочего давления), различные несущие элементы (в том числе опоры для линий электропередач), а также корпусы для ракетных двигателей.

Разновидность вторая. Спирально-ленточная

Отличается от предыдущей разновидности только тем, что укладчик после каждого прохода оставляет небольшую ленту, состоящую из нескольких десятков волокон. По этой причине (необходимо больше проходов) армирующий слой получается не таким плотным. Преимущество методики в том, что используется более простая, а значит, и более дешевая техника.

Разновидность третья. Продольно-поперечная

Главное отличие состоит в непрерывной намотке – нити одновременно укладываются как продольные, так и поперечные. На первый взгляд, сама технология в данном случае должна быть более простой и дешевой, однако имеется одна трудность – чисто механическая. Так, сама оправка вращается, а потому и катушки тоже должны вращаться (те, из которых наматываются нити). Что характерно, чем больший диаметр будет иметь труба, тем большее число этих катушек понадобится.

Разновидность четвертая. Поперечно-продольная косослойная

Методика была создана в Харькове еще во времена СССР и предназначалась для применения в изготовлении ракетных снарядов. Вскоре технология была распространены и в других странах. Суть состоит в том, что укладчиком формируется широкая лента, которая, в свою очередь, состоит из многочисленных волокон, которые пропитаны связующим веществом. Эта лента обматывается не пропитанной нитью еще до намотки — так создается осевая арматура. Каждый новый слой после укладки необходимо прокатывать валиком, который выдавливает излишки связующего и уплотняет армирование.

У данной методики имеются важные преимущества, ознакомимся с каждым из них более детально.

1. Производственный процесс является непрерывным, а толщина стенок может быть любой (требуется лишь изменение нахлеста ленты).
2. В готовых трубах стекловолокна содержится достаточно много (данный показатель может достигать 85-ти процентов; для примера – у других способов это максимум 40-65 процентов).
3. Показатель производительности в данном случае также достаточно высокий.
4. Наконец, появляется возможность изготавливать трубы самых больших размеров (теоретически никаких ограничений нет вообще), которые зависят исключительно от габаритов оправки.

Таблица. Основные разновидности описываемых в статье труб.

Таблица. Диаметр обсадных и насосно-компрессорных изделий по ГОСТу.

Таблица. Диаметр линейных изделий по ГОСТу.

Ключевые преимущества труб, выполненных из стеклопластика

В чем же заключается причина столь высокой популярности таких труб? Ниже приведен перечень преимуществ данного материала – он не слишком большой, зато каждый из пунктов имеет огромное значение.

1. Стоят стеклопластиковые трубы более чем приемлемо, особенно если сравнивать их с изделиями из нержавеющей/высоколегированной стали.
2. Благодаря той или иной схеме армирования (все они были перечислены в предыдущем разделе статьи), можно получить изделия, имеющие конкретные механические свойства. К примеру, первая разновидность намотки (спирально-кольцевая) дает возможность изготовить трубы крайне устойчивые к высокому рабочему давлению.
3. Еще стеклопластик характеризуется отменной устойчивостью к различным агрессивным средам и коррозии.
4. Наконец, материал просто немного весит. Если говорить более конкретно, то его удельная прочность выше примерно в 3,5 раза, чем аналогичный показатель у стали. Следовательно, трубы из этих материалов, имея одинаковую прочность, будут иметь совершенно разную массу.

Примерная стоимость стеклопластиковых труб

Современный ассортимент описываемых в статье изделий достаточно большой, а потому и производителей немало. Тем не менее, все они изготавливают трубы по ГОСТам, а потому размеры и характеристики должны быть идентичными. Но все же ознакомимся с особенностями нескольких разновидностей труб, а также выясним сегодняшние среднерыночные цены. Для удобства посетителей нашего сайта все сведения ниже приведены в виде небольшой таблицы.

Таблица. Сколько стоит трубы из стеклопластика – цены, характеристики.

Обратите внимание! Как видим, стоимость может быть разной и зависит от конкретной формы изделий, их габаритов и толщины стенок. Еще цена может варьироваться в зависимости от конкретного производителя, но не сильно. Как бы то ни было, выбрать в любом случае есть из чего.

Видео – Достоинства стеклопластиковых труб

Подводя итоги

В конце стоит заметить, что сегодня мы рассказали, конечно же, только о малой части столь обширной и интересной темы, как применение стеклопластика (в частности – труб, выполненных из данного материала). Мы лишь вскользь упомянули, могут ли такие трубы использоваться в канализационных или отопительных системах, лучше ли они, чем пластиковые или, скажем, металлополимерные аналоги. Как бы то ни было, к этой теме мы еще вернемся. На этом все, удачи в работе!

Производством трубопродукции из стекловолоконного сырья команда ООО “Полиэк” занялась не так давно, но в сегодняшнем дне такие трубы стали успешным решением многих задач. Процесс изготовления подразумевает использование различных методов, благодаря которым трубы получаются и очень узкими, и составляют 600, 1000 и более миллиметров. Основными составляющими их являются:

синтетическая смола, обладающая, как связующий элемент, высокой сопротивляемостью ударным нагрузкам;

стекловолокно, армирующее стенки в трубах для повышения их прочности. Помимо стекла, может также применяться волокно углепластиковое или базальтовое;

синтетические волокна, позволяющие создать дополнительное армирование;

резины и фторопласты — для повышения оболочки к внешним агрессорам.

В зависимости от разновидностей, в Москве популярны все варианты производства стеклопластика, в соответствие конструкции стенки которого трубы различают: однослойные трубы, с массой эпоксидной пропитки до 60-70% общего веса и толщиной стенки 0,2. 0,8 мм; двухслойные — химически устойчивый защитный и конструкционный слои с общим параметром толщины 1. 3 мм; трехслойные — состоят из внутренней оболочки стеклопластикового происхождения обшитой конструкционными и защитными слоями, где внутренняя оболочка может составить 3-6 мм, а защитный полиэтиленовый (ПВД) слой — 1-3мм. Также, вместо полиэтилена может использоваться полипропилен. При этом стеклопластиковые трубы производят следующими способами:

намотки пропитанного стекловолокна на цилиндрическую оправку

центробежного формования, путем армирования смолами готового стеклотканевого рукава;

пултрузии, использующей две оправки для формования;

экструзии — смесь рубленого стекловолокна с отвердителем и смолой продавливают через кольцевое отверстие при помощи экструдера.

Но через ряд недостатков и невозможность выполнения больших диаметров, наибольшее распространение получили первый и последний вариант.

Намоточное производство

Непрерывная намотка является самым распространенным в Санкт-Петербурге и прочих труба-промышленных городов способом, использующим оправку как основное средство формирования трубы. Ведь процесс состоит из выпуска пропитанной смолой стекловолоконной нити, которая наматывается на оправку. Далее продольные ее сектора подают формирующиеся трубы сквозь печь предварительной термообработки и последующие, до максимального отведения. В результате, полимеризация образует инертное, с монолитным строением стенок высокопрочные материалы следующей структуры:

армированная стеклопластиковая оболочка внутреннего слоя (термореактивный лайнер). Ее поверхность имеет всего 23 мкм шероховатости для максимально эффективного прохождения рабочих жидкостей. Конструкцией обеспечивается полная устойчивость к средам-агрессорам и обеспечивается абсолютная герметичность.

слой силовой стеклопластиковый. Он придает трубам особую механическую прочность, необходимую для противодействия нагрузкам действия внутреннего и внешнего, которые возникают во время эксплуатации трубопроводов.

гелькоут или внешний слой. Его задачи: стойкость к влаге и прочим атмосферным явлениям, к влиянию ультрафиолета, химическим веществам. Меж тем, внешняя поверхность получает необычайную гладкость.

В зависимости от используемого оборудования, укладка армирующих стекловолокон также имеет некоторые особенности. В промышленности нашли распространение такие способы как продольно-поперечный и такой же косослойный, спирально-ленточный и спирально-кольцевой.

Экструдированное производство

Экструзией в промышленности называют формирование полимерных изделий за счет продавливания подготовленной массы сквозь имеющееся в экструдере формирующее изделие. Данная технология производства труб предполагает подготовку сырья из рубленного хаотичным способом стекловолокна. Очень высокая производительность, за счет непрерывной подачи труб позволяет значительно быстро получить необходимое количество материала.

Какие трубы лучше

Конечно же, экструзия является более дешевой технологией производства материала для стеклопластикового трубопровода. Но экструзионные системы не предполагают выполнение регулярного каркаса сплошной арматуры. Его отсутствие ведет к значительному ухудшению физико-механических характеристик. Поэтому такие конструкции идеальны при построении систем не в пределах агрессивных сред с транспортировкой жидкостей под малыми давлениями, или как временные конструкции.

Но более дорогой и менее быстрый способ наматывания имеет значительные эксплуатационные преимущества. Так, покупка таких труб в городе Белгород и по всем российским округам популярна благодаря:

устойчивости к внешним агрессорам среды эксплуатации;

высокой гибкости с сохранением прочности;

стойкости к деформациям;

большой долговечности, с минимальным пределом в 50 лет, даже при перепадах температур и высокой сырости.

Поэтому, если нет необходимости строгой экономии или предполагается работа труб в особых условиях, конечно же, полученные изделия вторым способом более предпочтительны. Ведь выполненные на заводе ООО “Полиэк” стеклопластиковые трубы могут работать даже в самых суровых условиях. Поэтому их покупают для добычи нефтегазовых ископаемых, для ливневых канализационных систем, при подачи водоснабжения в ЖКХ, где долговечность труб и меньшая стоимость, по сравнению с металлами, поможет сэкономить городской бюджет.

Благодаря комбинации положительных характеристик стекла и полимеров стеклопластиковые трубы получили практически безграничные перспективы применения – от обустройства вентканалов до прокладки нефтехимических трасс.

В этой статье рассмотрим основные характеристики труб из стеклопластика, маркировку, технологии изготовления полимерного композита и составы связующих компонентов, которые определяют сферу эксплуатации композита.

Также приведем важные критерии выбора, уделив внимание лучшим производителям, ведь немаловажная роль в качестве продукции отведена техническим мощностям и репутации изготовителя.

Стеклопластик – пластический материал, в составе которого есть стекловолокнистые компоненты и связующий наполнитель (термопластичные и термореактивные полимеры). Наряду с относительно невысокой плотностью стеклопластиковые изделия отличаются хорошими прочностными качествами.

Последние 30-40 лет стеклопластик массово применяется для изготовления трубопроводов разного назначения.

Полимерный композит является достойной альтернативой стекла, керамики, металла и бетона при производстве конструкций, рассчитанных на эксплуатацию в экстремальных условиях (нефтехимия, авиация, добыча газа, судостроение и т.п.)

Магистрали сочетают в себе качества стекла и полимеров:

1. Малый вес. Средний вес стеклопласта составляет 1,1 г/куб.см. Для сравнения, этот же параметр по стали и меди гораздо выше – 7,8 и 8,9 соответственно. Благодаря легкости, облегчаются монтажные работы и транспортировка материала.
2. Коррозийная стойкость. Составляющие композита имеют низкую реакционную способность, поэтому не подвергаются электрохимической коррозии и бактериальному разложению. Это качество – решающий аргумент в пользу стеклопласта для подземных инженерных сетей.
3. Высокие механические свойства. Абсолютный предел прочности композита уступает показателю стали, но параметр удельной прочности значительно превосходит термопластичные полимеры (ПВХ, ПНД).
4. Атмосферостойкость. Диапазон граничных температур (-60 °С..+80 °С), обработка труб защитным слоем из гелькоута обеспечивает невосприимчивость к лучам УФ-диапазона. Кроме того, материал стоек к ветру (предел – 300 км/ч). Некоторые производители заявляют о сейсмостойкости трубной арматуры.
5. Огнеупорность. Негорючее стекло – главный компонент стеклопласта, поэтому материал трудновоспламеняем. При горении не выделяется отравляющий газ диоксин.

Стеклопластик имеет низкую теплопроводность, что объясняет его теплоизоляционные качества.

Недостатки композитных труб: подверженность абразивному износу, образование канцерогенной пыли вследствие механической обработки и высокая стоимость в сравнении с пластиком

По мере истирания внутренних стенок оголяются и обламываются волокна – частицы могут попадать в транспортируемую среду.

В настоящее время российский рынок слабо знаком со стеклопластиковыми трубами. Между тем потенциальный спрос на данную продукцию огромен. До 2010 года объем потребления стеклопластиковых труб будет возрастать на 30% в год. Затем спрос будет расти еще более быстрыми темпами. В качестве потенциальных производителей могут рассматриваться все производители стекловолокна.

Основные характеристики стеклопластиковых труб

Во всем мире подземные коммуникации стареют. Миллионы водопроводных и канализационных труб требуют реконструкции. Проблема имеет мировой характер. Там, где ее нет, обычно нет и самих коммуникаций, либо они только должны быть построены (именно так обстоит сейчас дело во многих развивающихся странах), но это не делает проблему, стоящую перед этими странами менее сложной: им необходимо выбрать, какие же материалы использовать для того, чтобы избежать той ситуации, которая сложилась в развитых странах.

В большинстве случаев, причиной возникновения проблем является коррозия. Внутренняя незащищенная поверхность бетонных канализационных коллекторов быстро разрушается под действием серной кислоты, образующейся в процессе окисления сероводорода. Разрушению внешней поверхности металлических трубопроводов способствуют воздействие грунта и блуждающие токи. Металлические трубы могут корродировать, если проложены в плохо дренированных и слабо эрируемых нестабильных грунтах. В присутствии сульфат-редуцирующих бактерий процесс коррозии ускоряется.

Разрушительные процессы, описанные выше, могут быть существенно снижены или совсем ликвидированы при правильном выборе материалов, устойчивых к коррозии. И выбор этот очень прост – стеклопластиковые трубы.

Не поддающиеся гальванической и электролитической коррозии, стеклопластиковые трубы являются идеальным выбором для систем подачи воды, а доказанное сопротивление кислотной среде сливов санитарной канализации позволяет использовать данный вид труб в системах сточных вод. За последние 20 лет эти трубы были выбраны для многих канализационных сетей региона Среднего Востока, известного наиболее агрессивными в мире сточными водами.

Более 35 лет в мире широко применяются стеклопластиковые трубы как наиболее эффективное и экономичное решение проблемы увеличения срока эксплуатации, надежности и безопасности трубопроводных систем, обновления устаревшего трубопроводного фонда.

Стеклопластики представляют собой композитные конструкционные материалы, сочетающие высокую прочность с относительно небольшой плотностью. В разных отраслях промышленности они успешно конкурируют с такими традиционными материалами, как металлы и их сплавы, бетон, стекло, керамика, дерево. В ряде случаев конструкции, отвечающие специальным техническим требованиям, могут быть созданы только из стеклопластика. Изделия из этого материала получили особенно широкое распространение в аппаратах, предназначенных для работы в экстремальных условиях – в судостроении, авиации и космической технике, оборудовании нефтехимической и газодобывающей отраслей.

Мировым лидером в производстве и потреблении изделий из композитных материалов являются США, где их промышленное производство было налажено еще в 1944 г.

Стеклопластиковые трубы были впервые использованы в конце 50-х. В 70-х годах на Западе они стали обычным решением проблемы коррозии трубопроводов.

Под трубами из полимерных композитных материалов (ПКМ) понимаются стеклопластиковые, базальтопластиковые, органопластиковые или иные трубы (в зависимости от типа армирующего наполнителя) с полимерным связующим из термореактивного материала. Для композитных труб применяются, как правило, эпоксидные или полиэфирные связующие.

Для изготовления труб, в зависимости от назначения, места и способа прокладки могут применяться различные материалы:

• Базальтовые, стеклянные или углеродные волокна;
• Синтетические волокна из различных материалов;
• Резины, резинопласты и фторопласты различных марок;
• Связующие материалы на базе различных смол и клеевых композиций.

Высокие удельные показатели прочности и жесткости волокнистых композиционных материалов наряду с химической стойкостью, сравнительно малым весом и другими свойствами, сделали эти материалы привлекательными для изготовления трубопроводов различного назначения. Применение стеклопластиковых труб взамен металлических увеличивает срок службы трубопроводов в 5-8 раз, исключает применение антикоррозионных защитных средств, в 4-8 раз снижает массу трубопровода, исключает применение сварочных работ. При этом остается открытым вопрос применения стеклопластиковых труб работающих при повышенных температурах (до 120°С).

Трубы из стеклопластика классифицируются по жесткости и номинальному давлению и по диаметру.

Жесткость трубы определяется ее способностью сопротивляться нагрузкам от окружающего грунта и движения транспорта, а также отрицательным внутренним давлениям.

Чем толще стенка, тем выше жесткость и способность к сопротивлению нагрузкам. По жесткости в разных системах стандартизации трубы делятся на следующие классы.

Показатели жесткости трубы в различных системах стандартизации

Источник: данные «American Composites manufactures Association» (США).

По давлению трубы классифицируются по номинальному давлению (PN), под которым подразумевается величина безопасного давления воды в МПа при +20 °С в течение нормируемого срока службы (обычно 50 лет).

Например, стандартные стеклопластиковые трубы фирмы Hobas имеют комбинированные характеристики по рабочему давлению и жесткости, показанные в табл. 1.2.

Технологические процессы производства стеклопластиковых труб позволяют изготавливать трубы с внутренним покровным слоем, стойким к воздействию разных сред (табл. 1.3).

В России стеклопластиковые трубы и детали в зависимости от температуры, содержания твердых компонентов, химического состава транспортируемого вещества изготовляют с различными защитными внутренними покрытиями. Их подразделяют на следующие виды:

а – для жидкостей с абразивными компонентами,
х – для химически агрессивных сред,
п – для питьевой холодной воды,
г – для горячей (до 75 °С) воды хозяйственно-питьевого водоснабжения,
с – для других сред.

Толщина слоя внутреннего защитного покрытия составляет от 0,5 до 3 мм, в зависимости от вида покрытия и транспортируемой среды.

В табл. 1.4 приведены физико-механические свойства стеклопластиковых труб.

Трубы и соединительные детали из стеклопластика имеют обозначения и изготавливаются под стыковые соединения следующих типов:

Ф – фланцевый,
Б – бугельный,
М – муфтовый,
МК – муфтовый клеевой,
Р – раструбный,
С – специальный (например, резьбовой).

Сортаменты стеклопластиковых труб довольно обширны. Так, например, трубы по ТУ 2296 250-24046478 95 на эпоксидном связующем изготовляются диаметром от 60 до 400 мм на номинальное давление от 0,6 до 4,0 МПа. По ТУ 2296011-26598466 96 изготовляются стеклопластиковые трубы на поли­эфирном связующем с раструбношиповым типом соединения диаметром от 50 до 1000 мм на номинальное давление 0,6, 1,0 и 1,6 МПа.

Комбинированные характеристики по рабочему давлению и жесткости стеклопластиковых труб

Зависимость рабочей температуры и предельного значения рН от внутреннего слоя стеклопластиковой трубы

Источник: данные компании «Hobas».

Физико-механические свойства стеклопластиковых труб на эпоксидном связующем, по данным АО «Прогресс», ТУ 2296-250-24046478-95

Источник: данные компании АО «Прогресс»

Виды стеклопластиковых труб производимых в мире

Типы стеклопластиковых труб различных производителей 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.

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 предназначены 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 и снижения коэффициента гидравлического сопротивления на внутренней поверхности труб выполнен лайнер.

Лайнер представляет собой двухкомпонентный композит, состоящий из низкоплотного стеклянного материала с пропиткой эпоксидным связующим, содержание которого достигает 60-70% по массе. Толщина лайнера может составлять от 0,2 до 0,8 мм. Основной слой трубы (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 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.

Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы. По технологии изготовления, конструкционный слой 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 трехслойные (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 может составлять от 3 до 6 мм в зависимости от внутреннего диаметра трубы. Внутренняя оболочка не несет нагрузок вдоль оси трубы, и ее конструкция оптимизирована для 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.

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 лучей 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 от стальных труб:

• 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.

Стеклопластиковые трубы на ПЭФ связующем

Конструкция стенки трубы формируется на основе армированных стекловолокном термореактивных полиэфирных смол и песчаного наполнителя. Применяемая технология позволяет создать структуру стенки трубы с использованием характерных свойств основных сырьевых материалов:

• непрерывная стекловолокнистая нить и рубленое стекловолокно вводятся для создания стягивающего усилия и осевой прочности;
• наполнитель (кварцевый песок) используется в центральной части стенки трубы для создания необходимой жесткости;
• стеклоткани используются для придания необходимых свойств наружному слою трубы.

Таким образом, стенка трубы образуется из связующих и армирующих компонентов, наполнителя, поверхностных усилителей и дополнительных компонентов. В качестве связующих компонентов для создания матрицы композита используются полимеры — ненасыщенные термореактивные полиэфирные смолы. Используемые смолы обладают важными для производимых труб свойствами:

• отверждение при комнатной температуре;
• низкая степень токсичности;
• химическая инертность;
• прочная сцепка со стекловолокном.

Трубы полимеризируются (отверждаются) с помощью катализаторов на основе органических пероксидов (перекись метилэтилкетона) и акселераторов на основе кобальтовых омыляющих веществ (октоат кобальта). В зависимости от сферы применения труб используются разные типы полиэфирных (изофталевая, ортофталевая, бисфенольная, винилэфирная) и других смол.

Армирующими компонентами являются различные виды стеклопластика, обеспечивающие необходимую прочность, а также коррозионную стойкость трубы. Применяются комбинации непрерывного (нити или жгуты) и рубленого стекловолокна. Ориентация и количество стекловолокна обеспечивает разные механические характеристики труб. Для улучшения эксплуатационных характеристик стеклопластика волокна «проклеиваются», что увеличивает смачиваемость смолы и волокон.

В качестве поверхностных усилителей используются легкие стеклопластиковые покрытия для того, чтобы усилить слои с высоким содержанием смол. Поверхностные оболочки из стекломатов обеспечивает высокую устойчивость поверхностей трубы к воздействию внутренней и внешней среды.

Структура стенки стеклопластиковой трубы

Выпускаемые трубы подразделяются на несколько классов по давлению и удельной прочности, промежуточные классы труб, и трубы, рассчитанные на более высокие характеристики, поставляются по запросу.

Толщина стенки трубы определяется ее структурой, включающей в себя несколько слоев.

Внутренний слой – лайнер (толщиной 0,8–1,2 мм), обеспечивает герметичность, максимальную устойчивость к химической коррозии, к абразивному истиранию, гладкость внутренней поверхности, исключает отложения на стенках трубы. Лайнер выполнен из специальной смолы.

Структурный (несущий) слой, задающий механические свойства, гарантирует устойчивость всей трубы к внутреннему и/или внешнему давлению, к наружной нагрузке в результате транспортировки и установки, к нагрузке почвы, нагрузке потока, к термическим нагрузкам, и т.д. Структурный слой образуется путём нанесения и намотки на частично отвердевший нижний (лайнер) слой:

• термореактивного полимера (полиэфирной смолы);
• непрерывной намотки стекловолокна;
• рубленных стекловолокон;
• кварцевого песка.

Толщина структурного слоя рассчитывается исходя из заданных параметров трубы. Наружный слой имеет толщину 0,2–0,3 мм или более, служит для защиты трубы от воздействия солнечного света, агрессивной почвы или коррозионной среды. Обычно он состоит из чистого полимера с добавлением (при наземной прокладке трубопровода) ультрафиолетового ингибитора для защиты трубы от воздействия солнечного света.

Трубы на основе ПЭФ устойчивы к коррозии и к химически агрессивным веществам, а потому имеют широкую область применения.

Сферы применения стеклопластиковых труб на полиэфирном связующем.

Ограничивающим фактором широкого применения коррозионностойких полиэтиленовых труб на нефтепромыслах является их относительно низкая несущая способность (рабочие давления транспортируемой среды не превышают 1,0 МПа). Для расширения областей применения полиэтиленовых труб при более высоких давлениях и для работы в условиях Крайнего Севера разработаны и успешно применяются на нефтегазопромыслах комбинированные трубы нового поколения с рабочим давлением до 20,0 МПа и равнопрочными с телом трубы соединениями. Усилие полиэтиленовой оболочки обеспечивается формированием на ней стеклопластиковой оболочки — бипластмассовые трубы (БПТ).

В настоящий момент имеется опыт применения стеклопластиковых труб, использующихся для транспортировки шламов, абразивосодержащих, химически активных сред, нефти и газа, а также единичные случаи использования насосно-компрессорных и обсадных труб из стеклопластиков в артезианских и нефтегазовых скважинах глубиной до 2600 м.

Широкое использование стеклопластиков сдерживается на данный момент отсутствием научно обоснованных положений, позволяющих еще на этапе конструирования сформулировать требования к характеристикам таких труб и апробированных методик расчета, учитывающих как специфику свойств самого материала труб, так и конкретных условий их эксплуатации.

Таким образом, разработка новых и адаптация уже существующих методик конструирования и расчета обсадных труб, создание многослойных оболочек из стеклопластиковых композиционных материалов, а так же исследование поведения стеклопластикового материала под нагрузкой в условиях, близких к эксплуатационным, становится в настоящее время актуальным и современным фактором развития нефтегазовой отрасли.

В 2000 году на базе АОЗТ «Композит-нефть» (г. Пермь) были выбраны материалы и предложена новая конструкция бипластмассовых труб, внешняя силовая оболочка которых состоит из нескольких слоев однонаправленного стеклопластика, внутренний герметизирующий слой — из полиэтилена низкого давления (ПЭНД), для обеспечения адгезии между данными слоями разработана специальная композиция на основе сэвилена.

Предложены новые конструкции разъемного и неразъемного стыка и соединительных деталей бипластмассовых труб, обеспечивающие равно-прочность и герметичность внутрипромысловых нефтепроводов высокого давления (до 20 МПа).

Разработана технология и оборудование для серийного автоматизированного производства бипластмассовых труб и соединительных деталей.

Технология изготовления бипластмассовых труб внедрена в серийное производство. В г. Чернушка Пермской области развернуто производство бипластмассовых труб и соединительных деталей объемом 180 км в год. Разработана инструкция по монтажу, эксплуатации и ремонту трубопроводов, по которой смонтированы и в настоящее время успешно эксплуатируется более 1000 км трубопроводов из бипластмассовых труб по стоимости на 25-30% ниже зарубежных аналогов в ОАО «ПК ЛУКОЙЛ», ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефть», ОАО «Удмуртнефть», ОАО «Ставрополь-нефтегаз» на месторождеггиях Пермской и Тюменской областей, Ставропольском крае, Удмуртии. Оценка экономической эффективности замены металлических трубопроводов на трубопроводы из разработанных бипластмассовых труб показала, что вследствие низких расходов на строительство и эксплуатацию последних затраты на приобретение более дорогих бипластмассовых труб окупаются через пять лет.

СТАЛЬНЫЕ ТРУБЫ С ОБОЛОЧКОЙ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА

На «Московском трубозаготовительном комбинате» (www.mostzk.ru) в 2015 года было освоено эпоксидное покрытие для стальных газопроводов.

В марте 2015 года было выпущено десятки километров труб диаметром 426 мм. Данное покрытие труб заинтересует потребителей прокладывающих наземные стальные газопроводы.

Источник