Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ОСНОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ТРАНСПОРТА НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГАЗА 12
1.1 Исторические аспекты открытия полимеров и их промышленного использования 12
1.2 Классификация пластмассовых трубопроводов и области их применения 40
1.2.1 Эффективность применения трубопроводов из термопластов. 46
1.2.2 Преимущества использования трубопроводов из реактопластов 57
1.2.3 Применение комбинированных пластмассовых труб 58
ГЛАВА 2. ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ФАКТОРОВ, ОСЛОЖНЯЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЮ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 64
2.1 Анализ исследований изучения стойкости конструкционных полимеров к действию продукции нефтяных и газовых скважин . 64
2.2 Исследование процесса асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренней поверхности пластмассовых труб 89
2.3 Оценка и прогнозирование химической стойкости пластмассовых трубопроводов в промысловых системах сбора и транспорта продукции месторождений нефти и газа 96
ГЛАВА 3. ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАУЧНЫХ ОСНОВ МЕТОДОЛОГИИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО- ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 105
3.1 Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов из термопластов 106
3.2 Расчет напряженно-деформированного состояния трубопроводов из реактопластов 123
3.3 Расчет напряженно-деформированного состояния металлопластмассовых и бипластмассовых труб 125
3.4 Расчет устойчивости пластмассовых трубопроводов 132
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ 140
4.1 Расчет гидродинамических параметров трубопроводов, транспортирующих жидкостные системы 140
4.1.1 Разработка научных основ определения гидродинамических параметров пластмассовых трубопроводов 140
4.1.2 Особенности расчета гидродинамических параметров пластмассовых трубопроводов при транспортировании
нефти и нефтепродуктов 152
4.1.3 Оценка величины гидравлического сопротивления грата в сварных соединениях пластмассовых трубопроводов 154
4.2 Гидравлический расчет при проектировании газопроводов из полиэтиленовых тру 167
4.3 Гидравлический расчет при проектировании пластмассовых трубопроводов для транспортирования многофазных потоков 161
4.3.1 Анализ особенностей моделей расчета параметров движения многофазных потоков по трубопроводам 161
4.3.2 Влияние состояния внутренней поверхности трубопроводов
на движение газожидкостных смесей 177
4.3.3 Расчет технологических параметров перекачки газожидкостных смесей по трубопроводам из пластмассовых труб 181
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ МОНТАЖА ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ 188
5.1 Исторические этапы создания трубопроводов из пластмассовых материалов в нефтегазовой отрасли России 188
5.1.1 Исторические аспекты развития трубопроводного
транспорта 188
5.1.2 Из истории использования пластмассовых труб
в промысловых трубопроводных системах России 202
5.1.3 Развитие научных исследований в области создания
и внедрения труб из пластмассовых материалов для систем нефтегазосбора нефтяных месторождений Башкортостана в 60—70-е годы XX века 207
5.2 Анализ производства земляных, монтажных и укладочных работ. 212
5.2.1 Разработка траншейного метода строительства пластмассовых трубопроводов 212
5.2.2 Производство сварочных работ 217
5.2.3 Особенности укладки и засыпки пластмассовых трубопроводов 227
5.2.4 Строительство переходов через естественные и искусственные препятствия 232
5.3 Становление и развитие сварочной технологии при монтаже трубопроводов из термопластов 238
5.4 Бестраншейный метод прокладки трубопроводов 252
5.4.1 Прокладка в грунтах пластмассовых трубопроводов способом наклонно направленного бурения 258
5.4.2 Технология протаскивания трубопроводов в грунтах 264
5.4.3 Технология заглубления пластмассового трубопровода в грунтах 267
5.4.4 Оборудование и механизмы для бестраншейной прокладки пластмассовых трубопроводов 270
ГЛАВА 6. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ИЗНОШЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ 274
6.1 Бестраншейный метод восстановления трубопроводов 277
6.1.1 Восстановление трубопроводов способом протяжки плетей полиэтиленовых труб 277
6.1.2 Способ протаскивания трубопроводов на место старых с их предварительным разрушением 282
6.1.3 Способ восстановления трубопроводов на основе использования полимерных гибких рукавов 285
6.1.4 Способ восстановления трубопровода с помощью протаскивания предварительно сложенной вдоль оси полиэтиленовой трубы 290
6.2 Оборудование и механизмы для бестраншейной реконструкции трубопроводных систем на основе использования пластмассовых трубопроводов 293
Выводы и рекомендации 300
Список литературы 302
Приложения 335
- Исторические аспекты открытия полимеров и их промышленного использования
- Анализ исследований изучения стойкости конструкционных полимеров к действию продукции нефтяных и газовых скважин
- Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов из термопластов
Введение к работе
Актуальность темы. Большую роль в становлении нефтегазовой отрасли России сыграли возникновение и развитие системы трубопроводного транспорта продукции нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Опыт эксплуатации трубопроводной системы свидетельствует о снижении эффективности их эксплуатации из-за наличия внешней и внутренней коррозии. Для устранения этих негативных явлений наряду со специально используемыми методами борьбы с коррозией в металлических трубопроводах все более широкое распространение получает использование пластмассовых труб.
Пластмассовые трубопроводы используются при создании современных нефтепроводных напорных систем для транспортировки нефти, газа, многофазных многокомпонентных систем и нефтепродуктов, выкидных линий нефтяных скважин, сборных нефтяных коллекторов и различных трубопроводных систем инженерной инфраструктуры нефтегазовой отрасли, что обусловлено их стойкостью к воздействию агрессивных сред, большой долговечностью, удельной прочностью и высокой технологичностью.
В связи с необходимостью обеспечения высокой эксплуатационной надежности трубопроводной системы в нефтегазовой отрасли России исследование исторических этапов использования пластмассовых трубопроводов и разработка рекомендаций по усовершенствованию способов их практического применения являются крайне важными и актуальными задачами.
Цель диссертационной работы – исследование исторических этапов использования пластмассовых трубопроводов в нефтегазовой отрасли и разработка рекомендаций по повышению эффективности их практического применения. В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
анализ историко-технического состояния научных и практических исследований в области применения полимеров с начала XIX до середины XX вв.;
исследование исторических этапов развития научных и практических основ использования пластмассовых трубопроводов в нефтегазовой отрасли России;
изучение этапов применения и эксплуатации пластмассовых трубопроводов при транспортировании продуктов нефтяных и газовых месторождений и вклада научно-исследовательских организаций и промышленных предприятий нефтегазового комплекса России по созданию пластмассовых трубопроводных систем;
проведение исторического анализа развития технологического оборудования строительства и реконструкции пластмассовых трубопроводов;
исследование технологических параметров транспортирования нефти, газа и многофазных многокомпонентных потоков по пластмассовым трубопроводам и разработка методики их расчета при транспортировании газонефтяных смесей;
исследование и прогнозирование химической стойкости пластмассовых трубопроводов при транспортировании продукции нефтегазовых месторождений;
исследование влияния грата в сварных соединениях на гидродинамические характеристики пластмассовых трубопроводов;
анализ способов технологии монтажа при строительстве и реконструкции пластмассовых трубопроводов и их совершенствование.
Научная новизна работы. В результате изучения литературных и архивных материалов впервые создана целостная историческая картина хронологии развития и промышленного производства синтетических полимеров.
Проанализированы особенности создания и развития трубопроводных транспортных коммуникаций при формировании систем жизнеобеспечения человеческого общества. Впервые исследованы исторические этапы развития научных и практических основ использования пластмассовых трубопроводов.
Впервые проведено комплексное историко-техническое исследование деятельности научно-исследовательских учреждений России в области разработки технологии транспорта углеводородного сырья по пластмассовым трубопроводам. Показан значительный вклад научно-исследовательских организаций и предприятий нефтегазового комплекса Республики Башкортостан в промышленное внедрение пластмассовых труб при добыче и транспортировке нефти и газа на нефтепромыслах республики.
Впервые проведен анализ становления способов строительства и создания технологического оборудования для траншейного и бестраншейного строительства, выявлены два основных исторических этапа их развития.
Разработаны новые классификации пластмассовых труб по конструктивным особенностям, используемым материалам и способам технологии сооружения.
Впервые осуществлено прогнозирование химической стойкости пластмассовых трубопроводов в условиях перекачки агрессивных сред. Установлен характерный минимум зависимости коэффициента химической стойкости материала трубы от диаметра пластмассового трубопровода и смещение этого минимума в сторону больших значений диаметра труб с ростом температуры.
Обоснована величина гидравлического сопротивления грата в сварных соединениях пластмассовых трубопроводов.
Проведено исследование изменения производительности реконструируемого трубопровода методом протаскивания в нем пластмассового трубопровода, выявлена зависимость величины изменения производительности от режима движения жидкостного потока (увеличение 35–40 % в области квадратичного трения).
Практическая значимость работы
Разработана информационная база данных по истории открытий искусственных полимеров и их промышленного применения, развития трубопроводного транспорта и научных исследований в области пластмассовых трубопроводов, используемых в нефтегазовой отрасли России.
Разработан новый способ ограничения высоты грата в сварных соединениях при контактной тепловой сварке встык пластмассовых труб, и предложена конструкция устройства для его осуществления.
Предложены новые технические решения при осуществлении бестраншейной технологии восстановления изношенных трубопроводов и создании технологического оборудования для их проведения.
Результаты диссертационного исследования используются при проектировании промысловых трубопроводных систем и разработке стандартов предприятий АНК «Башнефть», ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (г. Уфа), АН РЦ НТО «Башпромбезопасность» (г. Уфа).
Материалы диссертационного исследования применены при разработке и внедрении на ЗАО «Нижнетагильский трубный завод» (г. Н. Тагил) технологии производства полимерных армированных труб, их соединений и соединительных деталей.
Результаты диссертационного исследования используются при подготовке студентов специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газохранилищ» (направление 130500 «Нефтегазовое дело») и специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» (направление 270100 «Строительство»).
Практическое применение проведенных исследований отражено в 4 патентах Российской Федерации.
Апробация работы. Результаты работы представлены: на IV Международной научно-технической конференции «Казахстанский нефтегаз. Оборудование и сервисная индустрия нефтегазового комплекса. Химия-2003» (15-17 апреля 2003 г., г. Астана); III Российской конференции с международным участием «Трубопроводные системы: реконструкция, ремонт, строительство» (23-26 ноября 2004 г., г. Москва); Международном научно-техническом Российско-Германском семинаре «Трубопроводные системы инженерной инфраструктуры из полимерных материалов» (3 октября 2005 г., г. Уфа); IV Российской научно-технической конференции «Трубопроводные системы: строительство, эксплуатация, ремонт» (22-24 ноября 2005 г., г. Москва); XV ежегодном Международном конгрессе «Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи» CITOG’ 2005-Югра (6-10 сентября 2005 г., г. Ханты-Мансийск); научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России (25-28 мая 2005 г., г. Уфа); V Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (7-9 июня 2006 г., г. Новополоцк, Республика Беларусь); Международной научно-технической конференции при XIV Международной специализированной выставке «Газ. Нефть. Технологии-2006» (22-25 мая 2006 г., г. Уфа); VII Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (21-23 ноября 2006 г., г. Уфа); VII Конгрессе нефтегазопромышленников России «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (22-25 мая 2007 г., г. Уфа); IX Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (15-17 декабря 2008 г., г. Уфа).
Публикации. По теме диссертации имеется 93 публикации, в том числе 2 монографии и 35 статей.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 368 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц, 37 рисунков и состоит из введения, шести глав, выводов, приложений и списка литературы из 325 наименований.
Исторические аспекты открытия полимеров и их промышленного использования
нефтегазовой отрасли экономики России во второй половине XX в. вызвало расширение промышленного производства конструкционных пластмасс, которые, в свою очередь, позволили повсеместно использовать трубы и различные детали из них для трубопроводов при сборе и транспортировании продукции нефтегазовых месторождений. Первоначально синтетические полимерные вещества нашли применение в качестве заменителей природных полимеров. Развитие производства полимерных материалов в середине XX в. привело к появлению новых материалов - пластмасс, которые стали использоваться в качестве исходного сырья для изготовления различных промышленных изделий и конструкций.
Полимеры (от греч. polymeres - состоящий из многих частей, многообразный) представляют собой химические соединения с высокой молекулярной массой, макромолекулы которых состоят из большого числа мономерных звеньев [65].
Химия полимеров как наука стала формироваться в конце XIX — начале XX вв., когда ученые начали искать методы получения полимерных молекул химическим путем. На начальном этапе синтетические вещества использовались вместо известных природных полимеров и материалов: древесины, каучука, шёлка, шерсти, слоновой кости, черепаховых панцирей и др. Дальнейшее развитие промышленности полимерных материалов привело к появлению пластмасс и эластомеров, многие из которых обладают специфическими свойствами. В таблице 1 приведен исторический обзор появления и промышленного производства наиболее важных полимеров за период с 1823 по 1970- е гг. Термин «полимерия» был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 г. для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой [65]. Химия полимеров возникла в связи с созданием A.M. Бутлеровым теории химического строения (начало 60-х гг. XIX в.) [65]. A.M. Бутлеров, в частности, изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакции полимеризации Именно с этого периода формируется сырьевая база производства для вновь синтезируемых полимеров и пластмасс, а потребности различных отраслей экономики развитых стран побудили их развернуть массовое производство различных товаров на основе синтетических смол и пластмасс.
Передовые научные исследования ученых Англии, Германии, США в конце XIX - начале XX вв. составили основу для развития соответствующих отраслей в экономике этих стран в начале и середине XX в. Большой вклад в развитие химии полимеров внесли российские ученые. Одной из первых известных работ в этой области можно считать синтез термореактивной смолы - карболита, осуществленный в 1912 г. Г.С. Петровым, В.И. Лисевым и К.И. Тарасовым. Синтез этого вещества был проведен конденсацией фенола или крезолов с формальдегидом в присутствии катализатора - нефтяных сульфо- кислот. На этот способ был получен русский патент, ив 1914 г. было организовано производство карболита на небольшом заводе близ Орехово-Зуево [136]. Из карболита изготавливали стержни различного диаметра и плиты разной толщины путем отливки в формы с последующей термообработкой. Объем выпуска этой продукции в те годы составлял 10-15 т/год [79].
В начале 1919 г. Орехово-Зуевский завод был национализирован и стал называться завод «Карболит», и до 1922 г. это было единственное предприятие по производству пластмасс в России.
В 1921 г. началась разработка нового способа получения различных изделий из карболита - метода холодного прессования, внедренного в 1922 г. в производство. В 1926 г. был введен в эксплуатацию первый цех для производства карболитовых изделий методом горячего прессования. Это явилось начальным этапом производства широкого ассортимента изделий из термореактивных пластмасс в России. В этот период разрабатываются методы конструирования пресс-форм, создается российская школа конструирования, основателем которой является А.И. Кудаков.
В 1922 г. начались работы по получению целлулоида и фенолформаль- дегидных смол типа карболита на Охтинском пороховом заводе. В 1925 г. была завершена разработка технологии получения фенолформальдегидных смол. В этом же году было начато их производство. В 1926 г. на заводе был введен в эксплуатацию цех по получению целлулоида производительностью 150 т/год [217].
В 1925 г. под Москвой был создан завод по производству белкового пластика «галалита» на основе казеина. Галалит применялся для изготовления различных изделий методом штамповки и механической обработки. Завод выпускал продукцию высокого качества и успешно проработал до конца 70-х гг. XX в. [217].
Это были первые, но особенно важные шаги в становлении отечественной промышленности пластмасс.
В последующие годы развитие пластмассового производства пошло по пути создания новых материалов и открытия производств для их изготовления. На основе исследований, проведенных в центральной лаборатории Охтинского химического предприятия, в 1930 г. на этом заводе был введен в эксплуатацию первый в России цех получения синтетической камфоры из отечественного сырья - пихтового масла. Это позволило создать производство нитролаков для обеспечения ими автосборочных заводов (ГАЗ, ЗИЛ) России. В 1931 г. на Охте был начат выпуск прозрачного целлулоида для изготовления безосколочного стекла «триплекс», начато производство фенолформальдегидных прессовочных порошков, этрола на основе нитроклетчатки. В 1932 г. были введены в эксплуатацию цех по получению копала (малорастворимой фенолформальдегидной смолы) и опытный цех по производству хлористого бензила и бензилцеллюлозы.
В 1930 г. в поселке Любучаны Московской области в корпусах бывшей шелкоткацкой фабрики был организован Любучанский химический завод, на котором за период с 1930 г. по 1933 г. было введено в строй производство фенолформальдегидных смол, лаков и нитроцеллюлозного этрола. На этом же заводе было организовано также производство неолейкорита, заменяющего слоновую кость и механическим путем перерабатываемого в различные изделия (биллиардные шары и др.).
В 1931 г. в корпусах бывшей красильно-отделочной фабрики был организован Владимирский химический завод, на котором производились вискоза и изделия из нее [217].
Запросы отраслей экономики СССР тех лет на изделия из пластмасс требовали создания дополнительных производственных мощностей. В 1932 г. в Ленинграде был организован завод им. «Комсомольской правды» по выпуску изделий из термореактивных прессовочных материалов.
В период с 1933 по 1937 гг. в СССР происходит значительное увеличение объемов производства пластмасс, повышение технического уровня производства и расширение ассортимента выпускаемой продукции. Впервые в нашей стране был организован выпуск текстолита для отраслей тяжелого машиностроения. На Охтинском химическом комбинате организовывается выпуск анилино-аммиачного бакелита, мастики для искусственной кожи гринитоля, дерматина, стабилина и клея АГО для склеивания кожи [217].
На Кусковском химическом заводе вводится в эксплуатацию производство камфоры из пихтового масла, а на Владимирском - фаолита и изделий из него (в т.ч. трубы, ванны, запорная арматура, аппаратура для химической промышленности), асфальтопековых масс и сосудов из них для радиоаккумуляторов и аккумуляторов легковых автомашин.
Именно в эти годы формируется социальный заказ на большие научно- исследовательские и опытные работы по синтезу и технологии получения новых типов пластмасс и изделий из них.
Потребности производства в новых типах полимеров и материалов из них, необходимость освоения обширных инновационных проектов в области пластмасс потребовали значительного расширения масштабов научно- исследовательских работ. В период с начала 30-х до конца 70-х гг. прошлого столетия были организованы ведущие научно-исследовательские учреждения в этой области (таблица 2). Опыт развития этой отрасли показал, что наиболее эффективными для решения инновационных задач являлись научно- производственные объединения, в состав которых включались научно- исследовательские подразделения и промышленные заводы и комбинаты, позволяющие эффективно внедрять в производство актуальные научные разработки. Именно такой подход в реализации планов развития химии пластмассовых материалов был осуществлен в 70-80-е гг. прошлого столетия в СССР.
Анализ исследований изучения стойкости конструкционных полимеров к действию продукции нефтяных и газовых скважин
Помимо очевидных преимуществ, пластмассовые трубопроводы в процессе эксплуатации проявляют и отрицательные качества, основными из которых являются изменение физико-механических свойств материалов труб в агрессивных средах и способность проявлять токсичное воздействие на живые организмы.
Начальный этап эксплуатации пластмассовых трубопроводов показал, что агрессивные среды, к ним относится продукция нефтегазовых скважин, существенно изменяют физико-механические свойства материала труб. Именно 70-е и начало 80-х гг. XX в. отмечены появлением исследовательских работ по сравнительной стойкости конструкционных полимеров к действию нефтепромысловых сред. Как показали исследования, способность полимеров сопротивляться агрессивным средам может характеризоваться показателями двух групп. К первой группе относятся изменения после воздействия агрессивной среды свойств полимеров, а именно: изменение прочности, долговечности, ползучести, удлинения при разрыве, жесткости, ударной вязкости. Ко второй группе относятся показатели состояния системы «полимер- среда» - проницаемость, набухание, время до появления трещин и др. На начальном этапе использования труб из полимерных материалов производилась качественная оценка стойкости некоторых материалов в различных химических соединениях [187, 203, 232, 323]. В работах [187, 323] авторами было предложено по четырехбалльной системе оценивать относительную коррозионную стойкость полимерных материалов, нашедших широкое применение при изготовлении пластмассовых трубопроводов (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, эпоксидный стеклопластик). В таблице 9 приведены данные о стойкости некоторых материалов труб в различных химических соединениях [187].
Примечание. Четырехбалльная система оценки включает в себя: 4 — удовлетворительная химстойкостъ в рабочих пределах; 3 — удовлетворительная химстойкостъ до температуры 60 С; 2 — удовлетворительная химстойкостъ до температуры 23 С; 1 — предельная химстойкостъ до температуры 23 С, результаты непостоянные;
О — неудовлетворительная химстойкостъ материала.
В [284] рекомендуется трехбалльная оценка химической стойкости материала труб (таблица 10). Химическая стойкость пластмасс определяется в соответствии с нормами Международной организации стандартов ISO/R 175, DIN 53476 (Германия), ASTM D543-67 (США).
В [284] приведены показатели химической стойкости труб из четырех наиболее распространенных в России и за рубежом термопластов: полиэтилена низкой плотности (ПНП), полиэтилена высокой плотности (ПВП), полипропилена (ГШ) и поливинилхлорида (ПВХ) в 826 агрессивных органических и неорганических средах.
Отмечено, что оба типа полиэтилена (ПНП и ПВП) обладают высокой химической стойкостью во многих агрессивных средах. При нормальной температуре (18-20 С) полиэтилен (ПЭ) устойчив к действию воды, рассолов, щелочей и неокисляющих кислот, таких, как соляная и фосфорная кислоты. ПЭ разъедается дымящей серной кислотой, концентрированной азотной кислотой, хромовой смесью, галогенами. Он устойчив к воздействию спиртов, формальдегидов и сложных эфиров (этилацетата), но недостаточно стоек (разбухает) в хлорированных, алифатических и ароматических углеводородах и в жидкостях, содержащих поверхностно-активные вещества, которые вызывают образование трещин на поверхности труб. С повышением температуры стойкость ПЭ к действию минеральных кислот и органических растворителей уменьшается.
Полипропилен при нормальной температуре обладает высокой химической стойкостью к действию щелочей, но разъедается сильными окислителями при повышенной температуре. ПП по химическим свойствам подобен ПЭ.
Поливинилхлорид при нормальной температуре обладает высокой химической стойкостью к действию сильных минеральных щелочей, сильных и слабых минеральных кислот, соляных растворов, алифатических углеводородов, минеральных масел; неустойчив к действию окисляющих кислот (концентрированная азотная и серная кислота), сложных эфиров, кетонов и альдегидов, простых эфиров и ароматических углеводородов.
С - стойкиеО - относительно стойкие (слабостойкие) Н — нестойкие ± (3-5) до +15 или -10более +15 или -10 до 10 10,1 - 15более Трубы из ПВХ при температуре до 40 С устойчивы к воздействию влажных газов, за исключением хлора и газов, содержащих хлор. При повышении температуры до 60 С трубы из ПВХ по отношению к этим газам могут рассматриваться только как относительно стойкие.
В таблице 11 приведены основные преимущества и недостатки основных термопластов (ПЭ, 1111, ПВХ) по отношению друг к другу.
Составители каталога химической стойкости труб из термопластов [284] рекомендуют приведенные в нем данные рассматривать как ориентировочные, поскольку в источниках, данные которых легли в основу настоящего каталога, в большинстве случаев не освещены условия испытания (нагружение, время экспозиции, изменения в весе и объеме и т.д.). Окончательное заключение о пригодности и долговечности труб в контакте с газоводонефтяными смесями продукции скважин нефтяных и газовых месторождений может быть составлено на основе испытаний, проведенных в условиях, близких к фактическим. Как показывает анализ научно-исследовательских работ за период с 1980 по 2005 г., именно с этих позиций организовывались исследования в области химической стойкости труб из термопластов [171, 193, 195, 211].
В 1982 г. между ВНИИСТом и ВНИИСПТнефть был заключен хоздоговор № 8220 на тему «Исследовать, разработать и испытать трубопроводы из полимерных материалов в условиях нефтегазосбора и утилизации сточных вод» [287]. В целом работы по данной теме планировалось выполнять до 1988 г.
Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов из термопластов
Учитывая, что отношение высоты грата к диаметру трубопровода не превышает 0,025, а с ростом диаметра будет снижаться, то значение п вполне можно считать близким по величине к 0,95, при этом ес 1 для жидкостных потоков. Тогда максимальное значение коэффициента составит 0,003. Расчеты гидравлических сопротивлений в пластмассовых трубопроводах с учетом сопротивлений, обусловленных наличием грата, с использованием полученного значения дают погрешность, не превышающую 30%.
Существует ряд способов, позволяющих уменьшить величину грата, предотвратить его появление или полностью удалить. При этом существующие методы ликвидации внутреннего грата реализуют либо на стадии подготовки свариваемых торцов (снятие фасок, выборка пазов и т.п.), либо после сварки (механическая обработка швов фрезами, ножами или абразивами).
Проведенными исследованиями [6, 112] установлено, что ликвидация грата путем ограничения вытеснения их зоны стыка расплава полимера приводит к снижению прочности сварного соединения и появлению в нем дефектов. При этом экранирующая сварной шов прокладка препятствует протеканию необходимых реологических процессов, вследствие чего из зоны контакта не удаляются все ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул соединяемых поверхностей. Таким образом, на стадиях подготовки кромок труб и в процессе сварки полностью ликвидировать грат без нанесения ущерба качеству сварного шва не предоставляется возможным, а наиболее эффективным методом ликвидации грата является снятие его механическим способом вровень с основным материалом труб либо в вязкотеку- щем состоянии, либо при завершении процесса сварки стыка. При этом удаление грата не оказывает влияния на прочность сварных соединений полиэтиленовых труб.
Недостатком метода удаления грата, находящегося в вязкотекущем состоянии или после его охлаждения, является необходимость доставки во внутреннюю зону стыка оборудования с электроприводом без контроля качества обработки внутренней поверхности сварного стыка.
В качестве мероприятия по уменьшению грата разработан способ ограничения высоты внутреннего грата, основанный на вводе во внутреннюю поверхность сварного стыка перед началом операции осадки стыка цилиндра с зазором 1,0-1,5 мм меньше внутреннего диаметра трубы, соединенного со штангой-центратором, на который установлен регулируемый упор и который после охлаждения расплава извлекается из трубы [27, 77].
Предложенный способ и устройство для его осуществления опробован на действующей трассе сооружаемого трубопровода из полиэтиленовых труб ББЯ 11 -225x20,5 мм [77].
В этом случае учет влияния остатка грата в гидравлическом расчете сводится к определению сопротивления в трубопроводах со значительной по величине эквивалентной шероховатостью.
Как правило, целью гидравлического расчета любой газопроводной системы является определение оптимального диаметра газопровода при заданном максимально возможном расходе газа в часы максимального газопотребления. При реконструкции существующих газопроводов при известном диаметре трубопроводной системы гидравлическим расчетом устанавливаются потери давления в ней при заданной производительности.
В основе гидравлических расчетов лежит теоретическая формула массового расхода С для установившегося изотермического режима течения где Рн, Рк - соответственно давление в начале и в конце трубопровода длиной Ь, внутренним диаметром ; Л — коэффициент гидравлического сопротивления; 2— коэффициент сжимаемости газа; Я — газовая постоянная транспортируемого газа; Т0 — температура окружающей среды (принимается постоянной). Величины Рп и Рк обосновываются характеристикой установленного оборудования в начале и в конце трубопровода при обеспечении необходимой прочности труб.
На основании уравнения состояния можно получить выражение для объемного (коммерческого) расхода: где рст - плотность газа при стандартных условиях (Рст, Тст); Яв- газовая постоянная воздуха; А - относительная плотность газа по воздуху; Тст — стандартная абсолютная температура; Рст - стандартное давление.
Решение энергетических проблем экономики нашей страны, основанное на использовании нефти и газа, предъявляет особые требования к обустройству месторождений углеводородного сырья трубопроводными системами. Эти системы должны быть высокоэффективными с точки зрения затрат энергии на сбор и транспорт нефти и газа, а также высоконадежными в процессе их эксплуатации. Опыт использования трубопроводных систем сбора и транспорта нефти и газа на промыслах показывает, что их эффективность существенно снижается из-за отказов промысловых трубопроводов в результате значительного коррозионного износа, обусловленного высокой коррозионной активностью перекачиваемых продуктов. Использование при эксплуатации трубопроводных систем термопластовых, бипластмассовых и металло- пластовых труб позволяет существенно увеличить периоды безотказной работы этих объектов и значительно повысить их эксплуатационную надежность. В этих условиях весьма актуальным является расчет гидродинамических параметров транспортируемых нефтегазовых смесей по трубопроводам, изготовленным из пластмассовых материалов.
