Одной из серьезнейших проблем в сфере трубопроводного транспорта является коррозия труб, приносящая колоссальные убытки эксплуатирующим их компаниям. Стоимость этих потерь стала соизмеримой с ВВП страны. Эти убытки несут и потребители, граждане нашей страны: именно убытки от изношенных трубопроводов являются главной причиной непрерывно возрастающей стоимости жилищно-коммунальных услуг.
Борьба с коррозией велась путем применения различных дорогостоящих, но малоэффективных способов антикоррозийной защиты. Но только в последние годы многие нефтегазодобывающие компании, коммунальные службы и другие организации пришли к выводу, что альтернативой подверженным коррозии стальным трубопроводам становятся трубопроводы, выполненные из композиционных материалов.
В нашей статье поговорим о более передовых материалах трубопровода – из стеклопластика, армированного волокном (он также называется FRP).
Использование труб из стеклопластика началось еще в Советском, но в основном только для оборонной промышленности. Потребовалось время, чтобы стеклопластиковые трубы стали применяться при строительстве трубопроводных систем.
Трубы из стеклопластика являются прекрасной альтернативой стали и используются во многих отраслях, поскольку намного превосходят стальные по прочности, устойчивости к химическим и механическим воздействиям, а также сроку службы.
Стеклопластиковые трубы изготавливаются методом контактного формования, или намотки нитью из стекловолокна с использованием полиэфирной смолы. По сути, это армированный стекловолокном пластик. Стеклопластик составляет внешний и внутренний слой трубы. Толщину трубы формирует внутренний слой, в котором используются кварцевый песок и полиэфирная смола.
Рисунок 1. Стеклопластиковые трубы с технологией непрерывной намотки
Рисунок 2. Стеклопластиковые трубы с технологией центробежного литья
Различные типы смол, такие как термореактивный полиэстер, эпоксидная смола, фенольная смола и другие, используются для получения конкретных свойств труб из стеклопластика в конечном продукте. В зависимости от назначения трубы — канализационная труба, водопроводная труба, труба внутреннего давления и т.д. — существуют определенные стандарты жесткости, размера, номинального давления, которые строго соблюдаются всеми производителями. Производитель может создавать самые разные трубы из армированного пластика (FRP): они обеспечивают широкий диапазон свойств и эксплуатационных характеристик за счет подбора правильного сочетания и количества составов и производственного процесса.
Рисунок 3. Области применения FRP-труб
Среди преимуществ стеклопластиковых труб в первую очередь надо отметить удельный вес и устойчивость к внешнему давлению. Стеклопластиковая труба способна выдержать нагрузку, которая привела бы трубу из металла к деформации.
Гладкая поверхность стеклопластиковой трубы уменьшает сопротивление при прохождении через нее продукта. Поэтому при установке стеклопластиковых труб можно использовать трубы меньшего диаметра по сравнению с металлическими при сохранении одних и тех же объемов перекачиваемой жидкости. Некоторые виды стеклопластиковых труб имеют также повышенную эластичность и полностью сохраняют свою функциональность при смещении, что позволяет использовать их, к примеру, в сейсмически опасных районах.
По своим свойствам труба является диэлектриком, тем самым успешно востребована при монтаже в местах с повышенным уровнем электростатических токов (так называемых блуждающих токов). Примером может послужить прокладка труб под железнодорожными магистралями, что во многом поможет экономить немалые средства по сравнению использованием трубы из углеродистой стали, подверженной коррозии и деформации.
В качестве коррозионностойкой альтернативы металлическим трубопроводам система трубопроводов из стеклопластика нашла применение во всем мире. Выбрав армированный волокном пластик (FRP) в качестве материала трубы, можно легко устранить необходимость внутренней облицовки, внешнего покрытия и катодной защиты.
Если обращаться к фактам, то можно прийти к следующим цифровым показателям.
- Текущие затраты по защите от коррозии для стальных труб составляют 30% от их стоимости, а для FRP-труб защита от коррозии не применяется.
- Затраты на монтаж и внешнюю гидроизоляцию для стальных труб диаметром до 400 мм составляют около 200% от первоначальной стоимости труб, для FRP труб – примерно 30%.
Современный рынок стеклопластиковых труб характеризуется периодом становления устойчивого и интенсивного роста. Потенциальный спрос на данную продукцию огромен. До 2010 года объем потребления стеклопластиковых труб возрастал на 30% в год. Сейчас спрос растет еще более быстрыми темпами.
Кроме изменения ценовых показателей, инженер сталкивается и с изменением нормативных документов, которые используются для расчета и анализа FRP-трубопроводных систем. В мировом масштабе мы можем встретиться с несколькими основными системами стандартизации: ISO, DIN и ASTM.
На территории Российской Федерации и стран Таможенного союза для прочностного анализа FRP труб используется нормативный документ ISO 14692.
Рисунок 4. ISO 14692 – разбираем для использования
Его подход в направлении прочности кардинально отличается от расчета стальных трубопроводов. Так как стеклопластик является ортотропным материалом, инженеру необходимо оценивать напряжения и свойства материала как в осевом, так и в кольцевом направлении. Механические характеристики материалов для расчета на прочность также отличаются от стальных трубопроводов; такие характеристики обычно выдает завод-изготовитель. Свойства материалов отличаются у каждого производителя. Удлинения стеклопластиковых трубопроводов существенно больше, чем стальных трубопроводов, а вместо допускаемых напряжений используются огибающие отказа (разные для труб и для фитингов). Допускаемые напряжения зависят от типа нагрузки, температуры, химической стойкости материала труб к продукту и коэффициента циклической прочности.
Все эти нюансы могут показаться сложными, но только на первый взгляд.
Наша компания поможет вам разобраться с основными отличиями видов стеклопластиковых труб, особенностями их эксплуатации и заказа, а также даст рекомендации по прочностному анализу таких необычных по своему компонентному составу труб.
Нормы для FRP-труб кардинально отличаются от привычных нам нормативных документов, описывающих формулы металлических труб. Поэтому преподаватели ЧУ ДПО «Институт САПР и ГИС» в составе Группы компаний «Русский САПР» разработали специальный курс, включающий я теоретическую и практическую части анализа и расчета стеклопластиковых трубопроводов.
Остались вопросы? Заинтересовало направление?
Обращайтесь к нам!
Специалисты Группы компаний «Русский САПР» с удовольствием поделятся с вами информацией и пригласят в мир новых технологий!
Работайте с нами! Работайте с удовольствием!
Наталья Гаврилина
Руководитель направления по системам инженерного анализа
АО "Бюро САПР"