VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Внедрение полимерных материалов в системы газоснабжения прошло относительно сложный и долгий процесс становления и совершенствования. Это объяснялось недоверием использования пластмасс для изготовления трубопроводов и имевшимся неудачным опытом использования полиэтилена. Только к середине 1990-х годов полиэтиленовые технологии стали представлять одно из наиболее динамичных направлений в совершенствовании и реконструкции трубопроводных сетей.

В настоящее время протяженность газопроводов, требующих замены и реконструкции, служащих 40-летний срок, насчитывает уже более 20 000 км. С каждым годом их протяженность становится всё больше и больше. Данная ситуация ставит вопросы обеспечения надежности как эксплуатируемых, так и вновь создаваемых сетей. Наблюдается стабильное увеличение изношенных сетей на 2200 – 2400 км в год. К 2013 году более 10% подземных газопроводов окажутся за пределами сроков безопасной эксплуатации. Динамика изношенных сетей такова, что если в качестве мер по их восстановлению и замене в землю будут закапываться тонны ржавеющего металла, в ближайшие годы ситуация с обеспечением безопасности газовых сетей может оказаться кризисной.

Одним из самых эффективных способов обеспечения надежности систем транспортировки газа является использование в них изделий (труб, фитингов, запорной арматуры) более долговечных, чем сталь. Наиболее приемлемыми является полимеры. Они отвечают всем основным требованиям, предъявляемым к трубопроводам. Полиэтиленовые трубы экологически безопасны, т.е. не оказывают воздействия на природную среду.

Существующая система учета повреждений на газопроводах не позволяет провести достоверный и сравнительный анализ нештатных ситуаций на полиэтиленовых и стальных газопроводах. Тем не менее, статистические данные и экспертные оценки позволяют с уверенностью утверждать, что аварийные ситуации на полиэтиленовых газопроводах в 10 – 12 раз меньше, чем на аналогичных стальных.

В России насчитывается порядка 50 заводов, производящих полиэтиленовые трубы, треть из которых небольшие и оснащены одной – двумя экструзионными линиями и выпускают трубы для потребителей своего региона.

Полиэтилен – СН₂- СН₂ – твердый полимер белого цвета, является высокомолекулярным соединением, состоящим из длинных цепей с ответвлениями различной длины. В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена – бесцветного углеводородного газа, являющегося продуктом крекинга нефти и нефтепродуктов. Для выпуска газопроводных труб используется PEHD и PEMD полиэтилен высокой и средней плотности соответственно. Полиэтилен обладает низкой газо- и паронепроницаемостью. Другое положительное свойство полиэтилена - его высокая химическая стойкость, которая определяется его плотностью. Полиэтилен стоек к щелочам любой концентрации, растворам нейтральных кислых и основных солей. Органическим кислотам, сложным эфирам, бензину, минеральным маслам и др. При повышении температуры химическая стойкость полиэтилена к некоторым веществам резко уменьшается. С целью улучшения полиэтилена его модифицируют, проведя сополимеризацию этилена с ненасыщенными углеводородами: бутеном, гексеном или оксеном.

Классификация трубных марок полимеров осуществляется в соответствии с минимальной длительной прочностью изготовленных из них полиэтиленовых труб (Minimum Reguired Strengl или MRS). MRS определяется по зависимости стойкости трубных образцов, выполненных из рассматриваемого материала, к внутреннему давлению и времени его воздействия при заданной температуре [1]. Для определения значения MRS используют показатель кольцевых напряжений, которые полиэтиленовая труба может выдержать в течение минимум 50 лет, при температуре окружающей среды 20⁰ С. Минимальный срок службы пластмассовых труб в 50 лет принят как в международных, так и в отечественных нормативных документах (ГОСТ Р50838 – 2009, ПБ 12–529-03 и др.).

В инженерных расчетах значения MRS используется для определения максимального рабочего давления МОР (Maximum Allowable Operating Presse), которое вычисляется по формуле:

МОР = 2MRS/(С(SDR-1)),

где С – коэффициент запаса прочности, определяемый условиями работы трубопровода; SDR – стандартное отношение номинального наружного диаметра к номинальной толщине стенки (D_e/s).

Классификация труб и соединительных деталей из полиэтилена проводится, в основном, по значению минимальной длительной прочности (MRS) и стандартному размерному соотношению (SDR) [2]. Пример условного обозначения полиэтиленовой трубы для газопровода: труба ПЭ80 ГАЗ SDR11 – 63*5.8 ГОСТ Р50838 – 2009.

Трубы изготавливают и поставляют на объект в прямых отрезках, бухтах и на катушках. Трубы диаметром 200 мм и выше – только в прямых отрезках 6,5 или 12 м, в бухтах от 80 до 200 м, на катушках от 250 до 2500 м [3].

Соединительные детали для газопроводов (фитинги) предназначены как для сварки полиэтиленовых труб между собой, так и для осуществления соединения полиэтиленового газопровода с запорной арматурой и стальными участками, изменения диаметра труб, выполнения ответвлений, поворотов и других целей. Детали разделяются по назначению и способам присоединения к трубам. Для изготовления фитингов используются полиэтилен с минимальной длительной прочностью MRS 8,0 МПа (ПЭ80) и MRS 10,0 МПа (ПЭ100). Детали имеют однородный цвет - черный или желтый.

Кроме соединительных соединений на газопроводах применяется специальная полиэтиленовая запорная арматура, к которой относятся шаровые краны. Шаровые полиэтиленовые краны являются альтернативой стальным и чугунным задвижкам. Полиэтиленовые краны выпускаются для газопроводов диаметром от 20 до 315 мм (иногда до 400) и присоединяются к ним стыковой сваркой или при помощи деталей с закладными электронагревателями. Некоторые модели кранов оснащены с одной из сторон седловой накладкой с встроенным нагревателем, а также могут иметь дополнительные отводы с обеих сторон запорного элемента, выполняющих функцию сбросных свечей. Открытие и закрытие кранов осуществляется специальной телескопической штангой, свободный конец которой с размером «под ключ» выводятся под крышку наземного защитного устройства - ковера. Краны больших диаметров (315 – 400 мм) оснащаются шестеренчатыми передачами для обеспечения поворота крана.

Одним из главных преимуществ полиэтиленовых кранов является то, что они не требуют обслуживания в течение всего срока службы и защиты от коррозии, и поэтому могут монтироваться непосредственно в грунте без колодца. Другое преимущество заключается в сроке их службы, который сопоставим со сроком службы самих полиэтиленовых труб. По стоимости полиэтиленовые шаровые краны дороже стальных или чугунных задвижек. Но они не требуют затрат на возведение поддерживающих опор, колодцев, ограждений, затрат на эксплуатацию [1].

Для обеспечения устойчивости полиэтиленовых газораспределительных сетей к авариям используют клапаны безопасности – быстродействующие запорные клапаны «Газ-Стоп». Клапаны устанавливаются на определенных участках газопровода и срабатывают при возникновении утечки газа. Клапаны являются необслуживаемыми изделиями, имеющими очень небольшое гидравлическое сопротивление.

При сооружении газопроводов из полиэтилена широко применяют сигнальную полиэтиленовую ленту желтого цвета с несмываемой надписью «ГАЗ». Главное предназначение сигнальных лент состоит в предупреждении о наличии на данном участке газопровода и предотвращении возможных повреждений труб при проведении земляных работ. Лучшим качеством с точки зрения долговечности обладают полиэтиленовые ленты с толщиной не менее 200 мкм. Для этих же целей служит детекционные ленты, обеспечивающие кроме того, обнаружение газопровода с поверхности земли. Такие ленты бывают двух типов: металлизированные и с встроенным проводом – спутником.

Требования к качеству труб и деталей, в основном определяющие надежность и долговечность работы газопроводов, установлены ГОСТ Р 50838-2009 «Трубы из полиэтилена для газопроводов» и соответствующими техническими условиями на соединительные детали. При использовании для строительства газопроводов продукции зарубежных поставщиков, она должна иметь разрешение Ростехнадзора на их применение. Основные положения ГОСТ Р 50838-2009 соответствуют требованиям международного стандарта ISO 13447, применяемого для систем газораспределения [4].

Одним из способов обеспечения надежности систем транспортировки газа является использование полимеров. По сравнению со сталью, трубы из современных марок полиэтилена обладают исключительной долговечностью, снижают потери транспортируемого продукта и негативное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. Они гарантированно служат не менее 50 лет, сохраняя после этого достаточный запас прочности, позволяющий без особых проблем продолжать их нормальную эксплуатацию.

Библиографический список

1. Шурайц, А.Л. Газопроводы из полимерных материалов / А.Л. Шурайц, В.Ю. Каргин, Ю.Н. Вольнов. - Саратов: Издательство «Журнал «Волга-XXI век», 2007. – 612 с.

2. СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы. – Введ. 2002-12-23. – М.: ГУП ЦПП, 2003. – 42 с.

3. СП 42-103- 2003. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. – Введ. 2003-11-26. – М.: ФГУП ЦПП, 2003. – 47 с.

4. ГОСТ 50838-2009. Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия. – Введ. 2009-12-15. – М.: Стандартинформ, 2010. – 55 с.