Применение труб из термопластов при строительстве газопроводов

Аннотация. В статье представлены основные виды полиэтилен высокой плотности, и их применение в современном строительстве. Отмечены основные достоинства полиэтиленовых труб, такие как прочность, надежность, незначительный вес, возможность быстрого монтажа и др. Оценка эффективности использования полиэтиленовых труб в строительстве показала, что существенно снижаются расходы, уменьшаются трудозатраты.

Ключевые слова: труб из полиэтилена, коррозия, соединения труб.

Более чем полувековой опыт эксплуатации стальных распределительных газопроводов показал, что в большинстве случаев нормативный срок их службы в 40 лет не выдерживается. В связи с этим, не прекращались поиски альтернативного материала для подземных газопроводов, подверженных коррозионному разрушению на весь период эксплуатации в 40-50 лет и способов соединения труб, которые не снижали бы его надежности.

Несмотря на то, что технология производства труб из полиэтилена уже не однократно подвергалась существенным усовершенствованиям на всех своих этапах, по -прежнему остается потенциал для дальнейшего ее развития. Ведущие производители постоянно занимаются разработками по дальнейшему повышению длительной прочности полимерных материалов. Основной целью является повышение экономичности, чего можно достичь посредством оптимального проектирования системы с точки зрения повышения ее надежности, увеличения пропускной способности и удлинения срока службы, а также уменьшения затрат на монтаж.

Территория нашей Республики расположена на территории характеризующая различными природными факторами:

• высокая сейсмичность;
• высокий уровень грунтовых вод с агрессивной минерализованностью;
• грунты имеющие различные физико-механические свойства;
• различный рельеф местности;
• низкой температурой в зимнее время, и высокой в летнее;

Все перечисленные факторы строго влияют на срок службы полиэтиленовых газопроводов, при осуществлении, которых необходимо произвести особо сложные расчеты и мероприятия. 

Если иметь в виду производителей сырья, то благодаря разработке материалов с улучшенными свойствами, можно добиваться повышения экономичности, а именно:

• расчетная долговечность и фактический срок службы материала являются важными экономическими параметрами, т.к. непосредственно влияют на сроки замены трубопроводов.
• коэффициенты запаса прочности, учитываемые при проектировании трубопроводных систем, включают в себя ряд факторов.

В большей или меньшей степени не контролируемых, зависящих от свойств материала, эксплуатационного режима и окружающей среды. Повышение класса минимальной краткосрочной и длительной прочности материала позволит максимально увеличить пропускную способность труб и, следовательно, минимизировать затраты.

Максимальный срок службы полиэтилена определяется термическим старением, которое вызывает охрупчивание материала. Кроме температуры и времени влияние оказывают и такие параметры, как среда и доступный кислород. Вода, насыщенная кислородом, оказывает наибольшее действие на снижение максимального срока службы, поскольку вызывает ускоренное термостарение. Согласно энергии активации термическая деструкция при высокой температуре (например, 80°С) происходит довольно быстро, а при низких температурах (20 °С) случается спустя длительное время.

В конструкциях трубопроводов наиболее широкое применение получил полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления). Полиэтилен легко сваривается, в нем не возникают высокие усталостные напряжения.

В зависимости от условий полимеризации получают полимер с различными структурой и свойствами: при высоком давлении – полиэтилен низкой плотности, а при низком или среднем –высокой плотности (ПНД). С увеличением плотности возрастают твёрдость, модуль упругости при изгибе, предел текучести, химическая стойкость.

В действующих нормативных документах надежная эксплуатация полиэтиленовых трубопроводов зависит от соблюдения при проектировании и строительстве следующих взаимосвязанных показателей:

• температуры транспортируемой среды;
• рабочего давления продукта;
• срока службы трубопровода.

Полиэтиленовые трубы при перепаде температур значительно изменяют свою длину, так как коэффициент линейного расширения материала пластмассовых труб 8 – 25 раз выше, чем у стальных труб.

Трубопровод проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он имел возможность свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала и соединений трубопровода.

Это достигается за счёт самокомпенсации трубопровода, которая не требует дополнительного расхода труб и не увеличивает стоимость трубопровода.

С целью повышения несущей способности полиэтиленовых газопроводов и, как следствие этого, повышения в них рабочего давления до 2,5 МПа к настоящему времени разработаны новые типы так называемых комбинированных труб на основе полиэтилена с использованием сочетания в них различных материалов.

Это биопластмассовые трубы, представляющие собой тонкостенные полиэтиленовые трубы, упрочненные формированием наружной стеклопластиковой оболочки и металлопластовые трубы, представляющие собой полиэтиленовые трубы, монолитная стенка которых армирована сварным проволочным каркасом с разработанными для них равнопрочными с телом трубы соединениями. К настоящему времени смонтировано и успешно эксплуатируется в системах газосбора в общей сложности около тысячи километров трубопроводов из биопластмассовых и металопластовых труб.