Инновационные трубы для полиэтиленовых газопроводов

Технологии интеллектуального строительства 2019 год выпуск 4

Инновационные трубы для полиэтиленовых газопроводов

Инновационные трубы для полиэтиленовых газопроводов

Производители трубопроводной продукции разрабатывают и выпускают новые композиционные конструкции, позволяющие повышать надежность и эксплуатационные характеристики инженерных сетей

И. В. Волков, к. т. н., эксперт ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК»

Трубопроводы из полиэтиленовых труб завоевали достойное место в мировой практике строительства газораспределительных систем, вытеснив из этой сферы традиционные стальные трубопроводы. Успех полиэтиленовым (ПЭ) трубам обеспечили их монтажно-эксплуатационные преимущества и, соответственно, значительный экономический эффект от их применения:ПЭ газопроводы в процессе эксплуатации сохраняют герметичность, устойчивы к динамическим нагрузкам (в том числе при техногенных и природных катастрофах),отличаются стойкостью к коррозиии не нуждаются в электрохимической защите и изоляции. Гибкость,хорошая свариваемость и малый вес обусловливают значительную экономию при строительстве ПЭ газопроводов и позволяют использовать высокоэффективные технологии.

В настоящее время в мировой практике строительства ПЭ газораспределительных сетей используются разновидности полиэтилена высокой плотности (ПЭВП),часто называемого из-за особенностей технологии его производства полиэтиленом низкого давления(ПНД). Для классификации ПЭВП используют такую характеристику, как минимальная длительная прочность (MRS). За последние 40 лет в результате совместных усилий химиков, переработчиков и материаловедов удалось повысить MRS полиэтилена трубных марок с 5 МПа (ПЭ 50) более чем в два раза —до 10 МПа (ПЭ 100) и выше.

Согласно ГОСТ Р 58121.1–2018 (ИСО 4437–1:2014), для производства газопроводных труб в России разрешается применять только предварительно изготовленные,специальные композиции полиэтилена.

Композиция представляет собой гомогенную экструдированную смесь базового полиэтилена и добавок целевого назначения - антиоксидантов, пигментов, технического углерода (сажи),УФ-стабилизаторов и других веществ —в количестве, необходимом для обеспечения изготовления и использования элементов трубопровода, соответствующих требованиям нормативных документов или технической документации.
Согласно нормам, композиции проверяются на соответствие комплексу показателей. Ряд важных эксплуатационных характеристик исследуется на образцах в виде отрезков труб.

Преимущества ПЭ труб в полной мере могут раскрыться только при строгом соблюдении технологии их укладки и монтажа. Следует учитывать, что грунт обратной засыпки не должен содержать каменистых обломков и других твердых включений, поскольку точечные нагрузки при их контакте с трубой могут привести к концентрации напряжений и образованию трещин.Но в то же время использование для подсыпки привозного песка существенно повышает себестоимость газопровода.

Необходимо заметить, что уязвимость ПЭ трубы к внешним повреждениям вызывает у потребителей недоверие и настороженность к использованию высокоэффективных бестраншейных методов прокладки трубопроводов —горизонтально направленного бурения, восстановления ветхих газопроводов методом протяжки ПЭ труб и других.

Действенной мерой защиты трубы от повреждений в процессе транспортировки и эксплуатации является применение удаляемого защитного слоя из полипропилена с минеральными наполнителями(рис. 1). Защитный слой наносится методом экструзии и плотно прилегает к трубе. При сварочных работах он достаточно легко снимается с поверхности трубы.

Рис. 1. Газопроводные трубы с защитным удаляемым слоем из полипропиленовой композиции

Важным шагом к обеспечению безопасной эксплуатации ПЭ трубопроводов стала разработка и внедрение специальных композиций полиэтилена, обладающих повышенной стойкостью к растрескиванию. Эти композиции получили обозначение PE100-RC или ПЭ 100-RC (полиэтилен, устойчивый к растрескиванию под напряжением).

Различия в поведении разных композиций полиэтилена при точечных нагрузках иллюстрирует рис. 2. Поскольку комплекс напряжений, возникающих при использовании альтернативных методов монтажа, не может быть точно описан в статических расчетах для трубопровода, фактор влияния локальных напряжений определяется экспериментально. Испытания показали многократное увеличение долговечности материалов ПЭ 100-RC по сравнению с обычными трубными марками ПЭВП.

Рис. 2. Влияние точечной нагрузки на трубы из полиэтилена разных марок

Эффективным решением, позволяющим улучшить эксплуатационные характеристики ПЭ трубопроводов, является конструкция труб с соэкструзионными слоями:например, с внутренним слоем из ПЭ 100-RC, обеспечивающим стойкость трубы к точечным нагрузкам, и с наружным слоем, стойким к механическим повреждениям. Композиции полиэтилена, используемые для соэкструзионных слоев, должны иметь одинаковый MRS и соответствовать требованиям ГОСТ Р 58121.1.

За номинальный наружный диаметр dn таких труб принимают наружный диаметр, включающий соэкструзионный черный или цветной слой снаружи трубы, а номинальная толщина стенки en определяется как совокупная толщина стенки всех слоев. Толщина слоев и допуски на них устанавливаются в технической документации или стандарте изготовителя.

С 1 июля 2019 года вступил в силу ГОСТ Р 58121.2–2018 (ИСО4437–2:2014) «Пластмассовые трубопроводы для транспортирования газообразного топлива.Полиэтилен (ПЭ). Часть 2. Трубы»,регламентирующий требования к материалам, трубам и их соединениям. Оба указанных выше вида труб —с удаляемым защитным слоем и с соэкструзионными слоями —нашли отражение в этом стандарте.

Рассмотрим некоторые актуальные разработки конструкций газопроводных труб, удовлетворяющих требованиям максимальной защиты от внешних воздействий.

МУЛЬТИПАЙП RC Газ (рис. 3)—труба, стойкая к точечным на-грузкам, позволяет применять ее при укладке непосредственно на выровненное основание, а также при бестраншейных методах прокладки и реконструкции, в том числе предварительно обжатыми трубами. Внутренний слой из ПЭ 100-RC предотвращает образование трещин.

Рис. 3. Труба МУЛЬТИПАЙП RC Газ:
1 — наружный слой из ПЭ 100;
2 — внутренний слой оранжевого цвета из ПЭ 100-RC

ПРОТЕКТ RC Газ(рис. 4)—труба,стойкая к точечным нагрузкам,с защитным удаляемым слоем,позволяет применять ее при прокладке трубопроводов без устройства песчаного основания непосредственно на спланированное дно траншеи (кроме крупно-обломочных грунтов) с обратной засыпкой местным грунтом без крупных включений, а также в узких траншеях. Наружный слой из термопласта желтого цвета обеспечивает защиту как от УФ-излучения, так и от повреждений поверхности труб при хранении,транспортировке, монтаже, бестраншейных методах строительства. Внутренний соэкструзионный слой предотвращает образование трещин.

Рис. 4. Труба ПРОТЕКТ RC Газ:
1 — защитный удаляемый слой;
2 — наружный соэкструзионный слой из ПЭ 100; 3 — внутренний соэкструзионный слой оранжевого цвета из ПЭ 100-RC

Трубы серии ГазДетект (рис. 5),под защитное покрытие которых интегрирована токопроводящая лента специальной конструкции,обеспечивают:
•возможность быстрого опре-деления планово-высотного положения полимерных трубопроводов;
•проверку соответствия фактического местонахождения поли-мерного трубопровода проектному, в том числе при бестраншейной прокладке (например,горизонтально направленном бурении);возможность точного определения местоположения искомого полимерного трубопровода в местах с большим количеством коммуникаций, что позволяет избежать шурфовки и связанных с ней возможных повреждений других коммуникаций.

Рис. 5. Трубы серии ГазДетект

Поиск полимерного трубопровода под землей производится с помощью специального генератора, подающего напряжение определенной амплитуды и частоты на подземный проводник(токопроводящую ленту). При этом местоположение искомого трубопровода определяется с помощью локатора (трассоискателя),улавливающего электромагнитное излучение, исходящее от ленты.

ПРОТЕКТ ГазДетект (рис. 6)—труба с токопроводящей лентой,ориентированной вдоль оси трубы и позволяющей быстро идентифицировать точное местоположение полимерного трубопровода подводой, под землей или в местах с большим количеством коммуникаций. Наружный удаляемый слой из термопласта желтого цвета обеспечивает защиту как от УФ-излучения, так и от повреждений поверхности труб при неправильном хранении, транспортировке,монтаже, бестраншейных методах строительства.

Рис. 6. Труба ПРОТЕКТ ГазДетект:
1 — защитный удаляемый слой;
2 — токопроводящая лента

ПРОТЕКТ RC ГазДетект (рис. 7)—труба, стойкая к точечным нагрузкам (МУЛЬТИПАЙП RC Газ), с токопроводящей лентой, ориентированной вдоль оси трубы.

Рис. 7. Труба ПРОТЕКТ RC ГазДетект:
1 — защитный удаляемый слой;
2 — токопроводящая лента;
3 — внутренний соэкструзионный слой оранжевого цвета из ПЭ 100-RC

Журнал Технологии интеллектуального строительства №4 2019
И. В. Волков, к. т. н., эксперт ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК»