Полиэтиленовые трубопроводы завоевали достойное место в глобальной практике строительства газораспределительных систем, вытеснив традиционные трубопроводы из этой сферы применения. Успех полиэтилену (ПЭ) обеспечили монтажно-эксплуатационные преимущества труб и, соответственно, значительный экономический эффект от их применения.
ПЭ газопроводы сохраняют герметичность в процессе эксплуатации, устойчивы к нагрузкам, в том числе при техногенных и природных катастрофах. Они отличаются стойкостью к коррозии и не нуждаются в электрохимической защите и изоляции. Гибкость, хорошая свариваемость и малый вес дают значительную экономию при строительстве ПЭ газопроводов и позволяют использовать высокоэффективные строительные технологии.
Следует отметить, что только факт использования ПЭ не гарантирует позитивных результатов. В 70-е годы XX века было построено несколько опытно-промышленных газораспределительных систем в Саратовской области. Эти промышленные эксперименты не были вполне успешны по причине неудачно выбранной конструкции соединений. Кроме того в стране отсутствовало производство специальных газопроизводных марок ПЭ.
Реализация потенциальных возможностей ПЭ труб стала результатом системных инноваций.
В середине 80-х годов на Казанском заводе Оргсинтез было начато производство специальных марок ПЭ, экструзия газопроводныз труб диаметром до 225 мм и производство необходимых фитингов. После этого ПЭ газопроводы превратились из экспериментов в обычный объект строительства. Сооружение газораспределительных сетей из ПЭ было обеспечено нормативно-технической документацией, сварочной техникой и кадрами. К успехам применения ПЭ труб можно отнести сплошную газификацию сельских районов Татарстана в период с 1985 по 2000 г. и строительство ПЭ газопроводов в других регионах России.
Когда был накоплен положительный опыт применения, полиэтиленовые газопроводы были разрешены также в городах.
В последние десятилетия лидирующие позиции в производстве газопроводных ПЭ труб и фитингов уверенно завоевала Группа ПОЛИПЛАСТИК [1].
Группа ПОЛИПЛАСТИК является крупнейшим в СНГ производителем полиэтиленовых трубопроводных систем для наружных сетей водоснабжения и водоотведения, газораспределения и отопления. Общая мощность 15 трубных заводов, расположенных в России и других странах составляет 300 тыс. тонн/год.
Эти впечатляющие достижения в значительной мере объясняются решающим вкладом инновационной составляющей в деятельность Группы ПОЛИПЛАСТИК.
В составе компании успешно работают научно-исследовательский институт (НИИ ПОЛИПЛАСТИК) и подразделения, систематически занимающиеся разработками стандартов и другой нормативно-технической документации для трубной отрасли России. Технологические службы постоянно осваивают производство новых изделий.
Компания обладает самым полным комплексом испытательного оборудования, необходимого для исследований трубной продукции и текущего производственного контроля, а также тестирования новых разработок. ПОЛИПЛАСТИК поддерживает связь с ведущими учеными ВУЗов России и зарубежными специалистами.
Фактически, компания возложила на себя почетные обязанности отраслевой науки для всей России и СНГ.
Высокий инновационный потенциал обеспечивает компании возможности использования новых эффективных полимерных материалов и выпуска новых изделий, обладающих более высокими потребительскими качествами.
Актуальные инновации Группы ПОЛИПЛАСТИК можно условно поделить на следующие взаимосвязанные направления:
- внедрение эффективных полимерных материалов для производства газопроводных труб,
- разработка и освоение производства новых конструкций труб, в том числе для альтернативных методов монтажа,
- развитие технологий соединения труб.
ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГАЗОПРОВОДОВ
В настоящее время глобальной практике строительства ПЭ газораспределительных сетей используются многочисленные разновидности полиэтиленов низкого давления (ПНД).
Термин «ПНД» отражает особенности технологии производства целого ряда материалов, существенно отличающихся по структуре и свойствам.
Влияние точечной нагрузки на трубы из ПЭ разных марок
Для классификации ПНД используют такую характеристику как минимальную длительную прочность (MRS). За последние 40 лет, в результате совместных усилий химиков, переработчиков и материаловедов удалось повысить MRS полиэтиленов трубных марок с 5 МПа (ПЭ 50) более чем в 2 раза - до 10 МПа (ПЭ 100) и выше.
В производстве газопроводных труб в России, согласно ГОСТ Р 58121.1— 2018 (ИСО 4437-1:2014), подготовленного стандартизаторами Группы Полипластик, разрешается применять только предварительно изготовленные, специальные композиции полиэтиленов [3].
Композиция представляет собой гомогенную экструдированную смесь базового ПЭ и добавок целевого назначения: антиоксидантов, пигментов, технического углерода (сажи), УФ-стабилизаторов и других веществ, в количестве, необходимом для обеспечения изготовления и использования элементов трубопровода, соответствующих требованиям нормативных документов или технической документации. Согласно нормам композиции проверяются на соответствие комплексу показателей. Кроме того, ряд эксплуатационно важных показателей проверяется на трубах.
Группа ПОЛИПЛАСТИК выпускает трубы для газопроводов из полиэтиленовых композиций градаций ПЭ 80, ПЭ 100, марок с повышенной длительной прочностью и другими преимуществами.
ИННОВАЦИОННЫЕ МАРКИ ПНД ДЛЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА
Земляные работы вносят существенный вклад в себестоимость строительства газопроводов. Значительные затраты составляет применение привозного песка для подсыпки и присыпки ПЭ газопроводов. Эти затраты неизбежны при использовании обычных ПЭ труб. При эксплуатации возможно возникновение точечных нагрузок в месте контакта трубы с твердыми включениями грунта. Давление грунта передается через такие включения неравномерно, что приводит к возникновению точечных нагрузок, максимальные напряжения от которых развиваются вблизи внутренней поверхности трубы.
Эффективные методы бестраншейной прокладки ПЭ газопроводов часто выбираются вместо методов открытой траншеи, потому что, как правило, они существенно экономят затраты времени и средств.
К бестраншейным технологиям относят такие, как восстановление ветхих газопроводов методом протяжки ПЭ труб, и горизонтальное направленное бурение и другие приемы. Следует отметить, что бестраншейные методы потенциально опасны, поскольку иногда при их использовании ПЭ трубы получают глубокие царапины.
Стремление к безопасной эксплуатации полиэтиленовых трубопроводов, сооруженных с применением альтернативных методов монтажа, таких как, например, прокладка без подсыпки и присыпки песком, а также бестраншейные монтажные приемы, стимулировало разработку и внедрение специальных марок ПЭ.
При этом учитывались возможные локальные нагрузки напряжения, возникающие втрубах и способные привести к трещинам в обычных материалах.
Новые марки ПЭ обозначены как PE 100-RC или ПЭ 100 RC (полиэтилен устойчивый к трещинам под напряжением)[2].
Внутренний слой из ПЭ 100 RC, стойкого к растрескиванию, предотвращает появление трещин.
Поскольку комплекс напряжений возникающих при использовании альтернативных методов монтажа не может быть точно описан в статических расчетах для трубопровода, фактор влияния локальных напряжений определяется экспериментально. Эксперименты показали многократное увеличение долговечности материалов ПЭ 100 RC по сравнению с обычными трубными марками ПНД.
Полиэтилены, стойкие к растрескиванию использованы в новых конструкциях газопроводных труб, выпускаемых Группой Полипластик.
ИННОВАЦИОННЫЕ ТРУБЫ
Частой проблемой применения альтернативных методов прокладки ПЭ газопроводов является механическое повреждение поверхности труб. Эффективной мерой защиты основного материала является применение защитного слоя из полипропилена с минеральными наполнителями.
Защитная оболочка наносится методом экструзии и плотно прилегает к трубе. При сварочных работах она достаточно легко снимается с трубы.
Современные конструкции газопроводных труб регламентированы в ГОСТ Р 58121.2— 2018 (ИСО 4437-2: 2014) также подготовленном Группой ПОЛИПЛАСТИК [4].
Стандарт распространяется на трубы из полиэтилена; трубы из полиэтилена с соэкструзионными слоями, изготовленные из материалов с одинаковым MRS; и трубы из полиэтилена с удаляемым слоем.
Газопроводные трубы с защитной оболочкой из полипропиленовой композиции
Номинальный наружный диаметр dn газопроводных труб установлен от 16 до 630мм. Минимальная толщина труб варьирует от 2.3мм до 57.3 мм.
В случае однослойного трубопровода со стенками из ПЭ 100-RC вся стенка трубы должна быть из ПЭ 100-RC.
Газопроводные трубы различных конструкций
Трубы с соэкструзионными слоями
Актуальными инновациями, предусмотренными в ГОСТ Р 58121.2—2018 (ИСО 4437-2: 2014) являются трубы с соэкструзионными слоями.
За номинальный наружный диаметр dn таких труб принимают наружный диаметр, включающий соэкструзионный черный или цветной слой снаружи трубы, а номинальная толщина стенки en определяется как совокупная толщина стенки всех слоев.
Композиции полиэтилена, используемые для слоев, должны иметь одинаковый MRS и соответствовать требованиям ГОСТ Р 58121.1 [3]. Толщина слоев и допуски на них должны быть установлены в технической документации или стандарте изготовителя.
Один из вариантов представляет собой трубу с соэкструдированными оболочками из ПЭ 100-RC [2]. Трехслойная труба может иметь , внутренний и внешний соэкструдированные защитные слои ПЭ 100-RC. Соэкструдированные слои сплавляются вместе в процессе производства и прочно связаны когезионными связями.
Трубы с удаляемыми слоями
Применяемая для изготовления основной трубы композиция ПЭ должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 58121.1. На основную трубу, изготовленную, например, из ПЭ 100, наносится удаляемый защитный слой из наполненного полипропилена.
После удаления наружного слоя труба должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 58121.2, за исключением внешнего вида, цвета и маркировки.
Удаляемый слой не должен оказывать негативного воздействия на свойства трубы и наоборот. Наружный слой должен быть стойким к отслаиванию в процессе хранения и монтажа, а также, при необходимости, легко удаляем с применением простого инструмента.
Вариант трубы с наружным защитным слоем состоит из внутренней трубы из ПЭ 100-RC и внешнего защитного слоя.
Труба МультиГаз ТС, стойкая к точечным нагрузкам, позволяет применять ее при укладке непосредственно на выровненное основание, а также при бестраншейных методах прокладки и реконструкции, в том числе предварительно обжатыми трубами.
Труба МультиГазПротект ТС, стойкая к точечным нагрузкам в защитной оболочке, позволяет применять ее при прокладке трубопроводов без устройства песчаного основания непосредственно на спланированное дно траншеи (кроме крупнообломочных грунтов) с обратной засыпкой местным грунтом без крупных включений, а также в узких траншеях.
Тестирование инновационных труб
Важный тест ПЭ труб, предназначенных для альтернативных монтажных технологий, – испытание точечной нагрузкой [2].
Целью теста является моделирование проникновения острого фрагмента металлической трубы через стенку ПЭ.
Условия испытания
Длительность экспозиции: не менее 8 760 часов. Температура испытаний: 80°C, что в соответствии с принципом температурно-временной суперпозиции позволяет ускорить испытания и моделировать длительную эксплуатацию. Напряжение в стенке трубы: 4 N/mm2 (давление в образце трубы: 8 бар) Среда: 2% аркопал N-100 (2% водный раствор ПАВ, многократно ускоряющий растрескивание).
Подобные испытания трубы МУЛЬТИПАЙП II RC SDR 11 dn 160 мм ГАЗ с положительными результатами выполнены Группой Полипластик на специальном стенде.
Привилегии инновационных труб
Трубы, специально созданные для альтернативных методов прокладки, приобрели заслуженные привилегии, отраженные в нормативной документации.
Трубы с защитной оболочкой
ГОСТ Р 55473-2013 ч. 1: п. 4.2.3: «Применение полиэтиленовых труб сзащитной оболочкой следует предусматривать в случаях возможного повреждения поверхности трубы при прокладке газопровода, в т.ч. в техногенных несвязных и гравийных грунтах в отсутствии защитного основания и присыпки, а также рекомендуется использовать: - при их протяжке внутри изношенных стальных газопроводов; - при использовании методов бестраншейной прокладки в случаях возможного повреждения поверхности трубы; - в районах с сейсмичностью 7 и более баллов» ГОСТ Р 55473-2013 ч. 1: п. 6.2.14:
Труба МультиГаз ТС
- Наружный слой из ПЭ 100 / ПЭ 100+.
- Внутренний слой оранжевого цвета из ПЭ 100-RC. Предотвращает появление трещин.
