Применение полиэтиленовых труб

Газопроводы на подрабатываемых территориях подвержены воздействию постоянных и временных нагрузок, возникающих под тяжестью поверхности и засыпки, давления транспортируемого газа и нагрузок, вызванных перемещениями грунта в результате горнодобывающей деятельности. Дополнительные нагрузки вызваны изменениями температуры окружающей среды газопроводов. Эти нагрузки – основная причина возникновения напряжений в стенках труб.

Влияние отдельных нагрузок на тип и величину напряжений в трубах бывает разным. В газопроводах высокого давления доминирующей является нагрузка, вызванная давлением транспортируемого газа. В газопроводах низкого и среднего давления более существенны напряжения, вызванные воздействием грунта.

Газовые сети на подрабатываемых территориях характеризуются разнообразием. Магистральные газопроводы, например, являются объектами линей-ного типа, тогда как распределительные газопроводыразветвлены. Глубина залегания газопроводов составляет от 0,8 метра и более.

Грунты, в которые укладывают газопроводы, также бывают разными – от песков (17 кN/м3) до глин (23 кN/м3). Нагрузка поверхности на трубуможет быть концентрированной (напр., гружёный грузовик) либо распределённой равномерно. Отдельный тип составляют длятрубопроводных конструкций нагрузки, возникающие вследствие эксплуатации подземных месторождений.

Именно она вызываетет деформации земной поверхности. В случае постоянных деформаций чаще всего приходится иметь дело с оседанием, профиль которого иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. Профиль оседания (деформации) грунта.

Подрабатываемые территории с постоянными деформациями согласно классификации делятся на категории в зависимости от ожидаемых экстремальных деформаций. Газовые сети можно сооружать на подрабатываемых территориях до IV категории включительно.

Таблица 1. Категории подрабатываемых территорий

Для газопроводовнаиболее существенным параметром является горизонтальная деформация грунта. Влияние эксплуатации подземных месторождений на газопроводыпроявляется, главным образом, в виде:- деформации грунта (от 1,5 мм/м для I категории подрабатываемых территорий до 9 мм/м для IV категории). Более значительные деформации относятся к V категории, при которой строить газопроводыуже нельзя; – рельефа (кривизны) территории (выпуклой либо вогнутой); – непродолжительной деформации, которую трудно определить и локализовать;- парасейсмических сотрясений.Для газовых сетей из полиэтиленовых трубна подрабатываемых территориях существенную роль играет продолжительность воздействия нагрузок, связанная с геологическими эффектами, которые проявляются в виде двух классических процессов:- ползучести материала (т.

е. увеличения деформаций при постоянных напряжениях и постоянной температуре);- релаксации напряжений (т. е.

уменьшения напряжений в материале при постоянных деформациях и постоянной температуре).Поскольку максимальная деформация поверхности грунта на подрабатываемых территориях IV категории не превышает 1% (9 мм/м), то при медленном деформировании ПЭ трубы подвергаются ему равномерно по всей своей длине, обеспечивая интегральность газовой сети (фото 1а).Важным свойством полиэтиленовых труб, применяемых на подрабатываемых территориях, является их стойкость к динамическим нагрузкам, подтверждённая практическим опытом стран с высокой сейсмической активностью, где подземная городская инфраструктура из полиэтиленаимела значительно меньшую аварийность при сейсмических колебаниях, чем инженерные сети из стали, чугуна или ПВХ. Трубопроводы из полиэтиленовых трубсохраняют работопригодность даже в случае возникновения трещин и провалов грунта (фото 2).Фото 1.Форма деформации ПЭ трубы в зависимости от скорости растяжения. а) 5 мм/мин.

б) 100 мм/мин.Фото 2. Трещина в грунте как следствие землетрясения.В качестве примера стойкости ПЭ труб к сейсмическим воздействиям можно привести данные, касающиеся последствий землетрясения 17 января 1995 г. возле города Кобэ (Япония).

Оно причинило завалы либо частичные повреждения около 191 тыс. домов. 850 000 потребителей остались без газа.Произошло 95 аварий газовых сетей среднего давления и около 10 000 – в сетях низкого давления.

В то же время не было зафиксировано аварий нагазопроводах из полиэтилена, которые были построены в начале 80-х годов. Эти газопроводысоставляли около 5% общей протяжённости распределительных сетей в районе Кобэ.Актуальный уровень знаний и практики в сфере строительства и эксплуатации трубопроводовпозволяет надёжно обезопасить их от сейсмического воздействия.Для стальных магистральных трубопроводовглавными факторами, влияющими на достижение требуемой стойкости, являются выносливость материала труби их надлежащая укладка в траншее. Для распределительных газовых сетей особое значение имеет эластичность структурытруб.

Наилучшее решение – использовать в строительстве газопроводов полиэтиленовые трубы.Трубы из полиэтилена «ПЭ 100+». Выполнение повышенных эксплуатационных требованийТребования потребителей полиэтиленовых труб сейчас обусловлены повышением рабочих давлений, бестраншейной укладкой трубопроводов, возможностями примененияПЭ труб в реновации старых стальных или чугунных трубопроводов. Наиболее соответствуют этим требованиям материалы, известные под названием ПЭ 100+.Почему ПЭ 100+?Полиэтиленовые композиции и отдельные элементы трубопроводныхсистем из полиэтиленадолжны соответствовать требованиям европейских или международных нормативов (например, EN 1555, ISO 4427, ISO 4437).

Содержащиеся там требования – результат определённого компромисса. Среди клиентов, нуждающихся в продуктах с наилучшими параметрами, ощущалась потребность создания списка рекомендованных продуктов, которые отвечали бы повышенным требованиям. Навстречу этим ожиданиям пошел Клуб «ПЭ 100+», основанный в 1999 г.Цель его создания – гарантировать наивысший уровень качества продукции и переработки материала типа ПЭ 100, предназначенного для производства напорных труб.

Основанием для внесения данного материала в список рекомендованных является, кроме соответствия основным нормативным требованиям, соответствие дополнительным требованиям, которые сформулированы Клубом и касаются трёх основных параметров труб: – стойкости к ползучести (деформации) (Creep Rupture Strength);- стойкости к медленному распространению трещин (Stress Crack Resistance);- стойкости к распространению «быстрых трещин»(Resistance to Rapid Crack Propagation). Стойкость полиэтиленовых труб к ползучести (деформации) определяется, исходя из тестов на гидростатическую стойкость при разных температурах и уровнях напряжений (фото 3). При испытаниях труб из ПЭ 100 при температуре 20° С и под давлением 12,4 МПа норматив требует, чтобы время до их разрушения составляло минимум 100 часов.

Клуб «ПЭ 100+» поднял эту «планку» до 200 часов.Соответствие этим повышенным требованиям в данной сфере позволяет гарантировать безопасность эксплуатации трубной системы, в которой основную нагрузку составляет давление транспортируемого вещества.Фото 3. Образец [B]ПЭ трубы во время испытания на гидростатическую выносливость.[/B]Стойкость к медленному распространению трещин – второй параметр, повышенный Клубом «ПЭ 100+» при квалификации полиэтиленав списке рекомендованных материалов. Норматив требует, чтобы при испытаниях на стойкость к медленному распространению трещин образецтрубы из ПЭ 100(SDR 11), на поверхности которого с интервалом 90° сделаны четыре надреза фрезой в виде литеры «V» (параллельно продольной оси, глубиной 0,2 толщины стенки (фото 4), выдержал до разрушения минимум 165 часов при температуре 80° С и давлении 9,2 бар.

В данном случае Клуб увеличил время разрушения до 500 часов. Высокие требования стойкости к медленному распространению трещин имеют существенное практическое значение. Полиэтиленовые трубы в процессе складирования, транспортировки, разгрузки и монтажа нередко получают повреждения – чаще всего, в виде «порисованности» поверхностей.

Трубы, отвечающие требованиям «ПЭ 100+», имеют особо высокую стойкость к воздействиям подобного рода.Это свойство приобретает огромное значение при укладке трубопроводовбестраншейными методами либо в узких траншеях. Не стоит забывать также о широком примененииполиэтиленовых труб при реновации старых трубопроводов. И при таком использовании полиэтиленовые трубы, изготовленные из сырья, находящегося в списке «ПЭ 100+», обеспечивают надлежащую длительность и безаварийность функционирования трубопроводныхсистем после реновации.Фото 4.Подготовка образца к «notch-тесту»:а) приспособление для фрезировки надрезов в ПЭ трубе;б) образецПЭ трубы с надрезом в виде литеры «V».Стойкость к быстрому распространению трещинБыстрое распространение трещин – RCP (Rapid Crack Propagation) – это явление, которое может развится в трубахна значительном растоянии со скоростью, близкой скорости звука.

Впервые проблема быстрого распространения трещин в газопроводах из полиэтилена стала предметом дискуссии в 1975 г. на заседании рабочей группы № 4, действующей в рамках Технического комитета № 138 ISO. С тех пор проводились интенсивные исследования свойств полиэтиленовыхматериалов, которые могут влиять на их способность к быстрому распространению трещин.

Появилось два основных метода определения стойкости ПЭ труб к этому явлению. Полномасштабное испытание (Full Scale Test), разработанное специалистами British Gaz, позволяет определять стойкость трубык распространению «быстрых трещин» способом, который симулирует реальные условия эксплуатации трубопровода. Однако, с точки зрения условий проведения это испытание признано трудновыполнимым и дорогостоящим.Испытание S4 – маломасштабное испытание в устойчивом состоянии (Small Scale Steady State) Отрезокполимерной трубы определённой длины, содержащий газ под определённым давлением, подвергают удару вблизи одного из концов, провоцируя распространение «быстрой трещины» вдоль продольной оси.

Температура и давление, при котором проводятся испытания, оговорены соответствующими нормативами. Использованный при этом газ должен быть идентичным транспортируемому по трубопроводу, или дающий подобные эффекты (воздух).Стремительная декомпрессия впереди трещины лимитирована внутренними ограничителями, а также внешней клеткой, ограничивающей расширение исследуемой трубына краях трещины. Описанная технология позволяет достичь типичного для распространения «быстрой трещины» состояния (RCP), при небольшой длине трубного образца и более низком давлении, чем требует для такого же эффекта та же труба при полномасштабном испытании (Full Scale Test).

Потом исследуемую трубу проверяют, остановилось ли развитие трещины или продолжается её распространение.На основании серии тестов при разных давлениях и постоянной температуре можно определить критическое давление или критические напряжения, которые вызывает распространение «быстрых трещин». Подобным образом на основании тестов при разных температурах и постоянном давлении можно определить критическую температуру, при которой возможно RCP. Требования, касающиеся стойкости полиэтиленовых труб к распространению «быстрых трещин», определены нормативным документом PN-EN 12007-2.Согласно этого норматива отношение критического давления pc (определяемого во время полномасштабного исследования) к максимальному рабочему давлению (МОР) должно быть большим или равным 1,5.

Это давление должно определяться согласно PN-EN 1555-2. Коэффициент корреляции (взаимозависимости) между полномасштабным испытанием и тестом S4 определяется как отношение безусловного критического давления полномасштабного испытания к подобному давлению теста S4:(Pc, полномасштабный тест + 1) = 3,6 (Pc,S4 + 1), или Pc = 3,6 Pc,S4 + 2,6В отношении давления RCP Клуб «ПЭ 100+» принял следующий критерий:Pc,S4 ≥ 10 барСоблюдение этого критерия относительно полиэтиленовых труб практически исключает возможность распространения «быстрых трещин» в трубопроводныхсистемах (в климатических условиях Польши). Применение полиэтиленовых труб в реновации металлических газопроводовЭксплуатационные свойства распределительных газовых сетей с течением времени могут ухудшаться.

Поэтому и возникает необходимость восстановить их первичное техническое состояние. Каждый оператор распределительной сети должен эксплуатировать, консервировать, ремонтировать или обустраивать с учётом экономической целесообразности безопасную, надёжную и исправную трубопроводнуюсистему, заботясь о бережном отношении к окружающей среде. Улучшить техническое состояние газовых сетей можно заменив их открытым способом, либо применяя бестраншейные методы реновации.

Последние стали сейчас очень популярными, так как проведение земляных работ и необходимость последующего ремонта дорожных покрытий в городских условиях сопряжены с большими затратами средств и времени. По сравнению с традиционными методами бестраншейные технологии позволяют минимизировать площади вскрытия грунта, снизить затраты и негативное воздействие на среду.Для реновации металлических газопроводовшироко применяются полиэтиленовые трубы. Над вопросами реновации газопроводов работал Технический комитет CEN-TC «Системытруб и полимерных трубопроводов».

В этой сфере созданы следующие нормативы:N 14408-1 Plastics piping systems for renovation of underground gas supply networks – Part 1: General (Системы полимерных трубопроводов для реновации подземных газовых сетей – Часть 1: Общие положения);EN 14408-3 Plastics piping systems for renovation of underground gas supply networks – Part 3: Lining with close-fit pipes (Системыполимерных трубопроводов для реновации подземных газовых сетей – Часть 3: Укладка из плотно прилегающих труб).Критерии выбора и подробные характеристики методов реновации газовых сетей содержатся в нормативе PN-EN 12007-4:2002 «Системы газоснабжения – Трубопроводыс максимальным рабочим давлением до 16 бар – Часть 4: Подробные практические рекомендации по реновации».Фото 5.Оборудование для проведения исследований стойкости полиэтиленовых труб к распространению «быстрых трещин» в Институте нефти и газа (г. Краков, Польша).Фото 6.Форма повреждения полиэтиленовой трубы после проведения теста S4Технологии реновации газопроводовВведение сплошной трубы (sliplining)Самым простым и наиболее популярным методом реновации газопроводовявляется втягивание вовнутрь восстанавливаемого трубопровода полимерной трубы (чаще всего – из полиэтилена или полиамида РА 11) меньшего диаметра. Ремонтируемый газопроводв то же время превращается в защитную трубу-оболочку.

Недостатки этого метода – уменьшение пропускной способности газопровода, необходимость тщательной очистки его внутренней поверхности, возможность «зарисования» втягиваемойтрубы. Стоимость реновации этим методом может дополнительно возрасти в случае необходимости заполнения межтрубного пространства цементным раствором. Существует две разновидности данного метода: – реновация при сохранении подачи газа (live insertion);- реновация газопровода, выведенного из эксплуатации (dead insertion).Введение плотно прилегающей [B]трубы(close-fit pipe)[/B]Суть этих технологий состоит во временном уменьшении диаметра вводимой в газопровод трубы с последующим её распрямлением под воздействием водяного пара и давления, благодаря чему достигается плотность её прилегания к внутренним стенкам трубопровода, который подлежит реновации (фото 7).Фото 7.Форма повреждения полиэтиленовой трубы после проведения теста S4.В случае, когда диаметр чугунного газопровода не позволяет увеличить его пропускную способность, можно применить технологию, суть которой – во введении вовнутрь старого трубопроводаспециального гидравлического пробойника («крота»), который, продвигаясь вперёд, разрушает чугунные трубыи вдавливает их осколки в грунт (burstlining).

Когда же старый газопровод состоит из стальных труб, то в этом случае «крот» оборудован остриём, которое разрезает трубы, что также позволяет увеличить пространство для введенияПЭ труб большего диаметра.Новые материалы для строительства газовых сетейИсследования, касающиеся применяемых в строительстве газовых сетей материалов, ведутся сейчас в следующих направлениях:- разработка полиэтиленовых труб, укреплённых волокном;- разработка трубиз композитных материалов;- внедрение труб из сшитого полиэтилена (РЕ-Х).Для транспортирования углеводородов под высоким давлением всё шире применяются эпоксидные трубы, укрепленные стекловолокном (GRE – Glass fibre reinforced epoxy). Целью проведенных исследований было определение их пригодности к транспортированию газа под давлением до 7,0 МПа. Они получили положительную оценку для этого рода применения.Интересное решение, которое может служить альтернативой стальным газопроводам, представляет собой полиэтиленовые трубы, укрепленные арамидным волокном, с защитным слоем из сшитого полиэтилена.

Это трубыструктурированного типа (фото 8). В процессе исследований стойкости этихтрубк внутреннему давлению при температуре 65 °С давления, при которых образец разрушался, составляли:> 210 бар для трубдиаметром 100 мм;> 168 бар для трубдиаметром 125 мм При реновации газопроводовлибо их укладке в узких траншеях особое значение приобретает стойкость полиэтиленовых труб к царапанию («зарисованию») или повреждениям вследствие точечных нагрузок. Высокую стойкость к воздействиям этого типа имеют многослойные (multilayer) трубы, которые производятся в двух вариантах – «М» и «Р».

Вариант «М» содержит один или более слоёв металла, а вариант «Р» состоит из двух или более слоёв полимера.Фото 8. Структурированная трубаВыводыСреди полимерных труб для подачи горючих газов, доминирующие позиции занимает полиэтилен.Трубы из него широко применяются как в строительстве новых газопроводов, так и в реновации старых чугунных или стальных трубопроводов. Их применение – наилучшее решение для подрабатываемых или сейсмически активных территорий.

Трубы структурированного типа создают возможность преодолеть в будущем очередные барьеры по показателям рабочих давлений.Александр КЛЮПА,Институт нефти и газа (г. Краков, Польша).Источник: ETP.com.UAУ полиэтиленовых (ПЭ) труб, как и у любого строительного материала, область применения обусловлена физическими свойствами. Так, например, выделяют полиэтилен низкого, среднего и высокого давления в зависимости от способа производства.Полиэтилен высокого давления обладает наименьшей механической прочностью и используется для производства канализационных труб или в качестве защитной оболочки кабельных линий.Полиэтилен низкого давления, напротив — наиболее прочен.

Данный материал также называют полиэтиленом высокой плотности. Из него изготавливают трубы для напорных трубопроводов (ГОСТ 18599-2001), способные выдерживать значительные механические нагрузки и напоры воды.Главным ограничением для всех видов полиэтилена является легкоплавкость: при 80˚C материал размягчается, а полностью плавится уже при температурах 105–135˚C. Это свойство является определяющим при использовании полиэтиленовых труб.

Область применения ПЭ труб

Сфера использования материала ограничена высокими температурами. Однако, несмотря на это, область применения ПЭ труб достаточно широка:

системы полива в сельском хозяйстве;канализация;холодное водоснабжение;рытье колодцев, бурение скважин;системы газоснабжения с низким давлением;электромонтажные работы (благодаря отличным диэлектрическим свойствам материала).

Требования и нормативные документы

К полиэтиленовым трубам, как и к другой продукции, предъявляется ряд требований, среди которых:

требования к складированию и перевозке с учетом безопасности на транспорте и соответствию документам по охране труда;создание материала, не выделяющего вредных веществ в атмосферу и воду (которая может быть питьевой) во всем диапазоне рабочих температур.

Помимо этого ГОСТ предусматривает некоторые особенности ПЭ труб:

Форма поставки для напорных трубопроводов: прямые отрезки трубы;бухты;катушки.Прямые отрезки характерны для труб большого диаметра с длиной от 5 до 24 метров с кратностью 0,25 метра. При диаметрах менее 180 мм изделие поставляется в формах бухт или катушек.

Марки полиэтилена.Для напорных трубопроводов используются марки от ПЭ32 — полиэтилен высокого давления до ПЭ100 — низкого давления. ПЭ80 и ПЭ100 используются для городских магистралей холодного водоснабжения.Диаметр и толщина стенок.Согласно ГОСТ 18599-2001 внешний диаметр ПЭ трубы не может быть ниже 10 мм при толщине стенки 2 мм. Такой трубопровод при марке ПЭ32 выдерживает давление до 1МПа.Максимальные параметры — 1200 мм диаметр при толщине 58,8 мм.

Такой трубопровод выдерживает до 1,6 МПа (16 атмосфер) — более чем достаточно для магистрали холодного водоснабжения.Прочность.Прочность напрямую зависит от толщины стенок и в обратном отношении от диаметра. В маркировке значение прочности указывается после букв SDR: чем параметр меньше, тем изделие прочнее.Внешний вид напорных труб.ГОСТ не допускает наличие видимых дефектов на изделии. Цвет напорной трубы либо черный, либо черный с продольными синими полосами (не менее 4).Трубы для газопровода представляют особый случай:используются исключительно трубы из полиэтилена низкого давления ПЭ80 или ПЭ100;допустимые диаметры: по ГОСТ Р 50838-2009 от 16 до 630 мм, по ТУ до 1200 мм;цвет либо желтый, либо черный с желтыми полосами (ГОСТ Р 50838-95).

Подобрать необходимую трубу в соответствии с ГОСТ вам помогут специалисты ООО «Деловая Труба».

Полиэтиленовые трубы

Трубы из полиэтилена – достаточно новый вид изделий, который набирает популярность с каждым годом. Во многом это связано с большими возможностями материала, которые дарят им свойства, а также с невысокой ценой.

Применение полиэтиленовых труб регламентируется ГОСТом 18599 2001. Учитывая способ производства, такой материал классифицируется следующим образом:

низкого;среднего;высокого давления.

И нужно сказать, что название не указывает на свойства этого материала, а лишь на условия его изготовления. Интересно, что давление в автоклаве и прочность материала – это обратно зависимые величины. Поэтому полиэтилен низкого давления обладает самой высокой прочностью.

Два основных вида этого материала имеют такие свойства:

ПВД

Используется в местах, где требуется высокая механическая прочность.

Например, для укладки в грунт кабелей используется гофрированная труба из полиэтилена. Чем выше гибкость материала, тем выше его прочность. Используется лучше всего там, где траншея для кабеля имеет различную глубину и не имеет уровня.

ПНД

ПНД трубы

Устойчив к давлению и механическим воздействиям в трубе. Это самый прочный вид, из него делают напорные трубопроводы.

Такие изделия не пропускают наружу звуков, прекрасно гнутся без хрупкости, свойственной ПВХ.

Рекомендация: не забывайте о таком свойстве полиэтиленовых изделий, как легкоплавность. Трубы ПНД начинают размягчаться при температуре 80 градусов, а плавиться — более 105 градусов. А некоторые типы могут плавиться и при более низких температурах – 60 градусов.

Применение

Полиэтиленовые трубы могут использоваться там, где нет высоких температур:

системы газоснабжения с низким давлением;системы полива;при электромонтаже;при бурении скважин и выкапывании колодцев;холодные водопроводы;крупный трубопроводный транспорт;системы канализации.

Водопровод

Эффективность применения в этой области полиэтиленовых труб доказывает тот факт, что ранее Япония централизовано произвела замену магистралей водоснабжения, меняя стальные изделия на полиэтиленовые. Учитывая технологический опыт этой страны, такой шаг говорит о многом.

Канализация

В этой области такой материал можно назвать чемпионом. Его широко сейчас используют, заменяя старые стальные или чугунные канализационные трубы.

Обсадные трубы для скважин

Обсадные трубы

Несмотря на свою прочность, подобные изделия очень хорошо свариваются встык.

Альтернативный вариант – сборка на резьбах. Обсадной трубе из полиэтилена не страшны подвижки грунта. Ведь благодаря пластичности она прекрасно деформируется, но при этом продолжает выполнять поставленную ей задачу.

Рекомендация: чтобы трубу было удобнее опускать в скважину, лучше использовать изделия с резьбами. Таким образом, места соединений не будут иметь утолщений. А низ трубы можно сделать перфорированным, дабы не было преград для поступления воды в скважину.

Как видим, применение полиэтиленовых труб захватывает самые разные области жизнедеятельности человека. И все это стало возможным благодаря открытию свойств этого материала. А благодаря нескольким видам для каждой области можно применить наиболее подходящий полиэтиленовый материал.

Главное, учесть все условия и требования, и тогда такие трубы прослужат долго, продемонстрировав себя, как надежный, прочный и эффективный инструмент в решении промышленных вопросов.

Источники:

• polyplastic.ua
• www.best-pipe.ru
• trubygid.ru