Стекловолоконные трубы: прошлое, настоящее, будущее

В настоящее время стекловолоконный термореактивный пластик (Fiberglass Reinforced Thermosetting Plastic - FRP) включают в состав многих промышленных изделий. С его помощью могут осуществляться хранение и транспортировка разъедающих веществ или переработка некоторых веществ в едкой среде. Несмотря на то, что история производства стекловолоконных труб насчитывает более 30-ти лет, этот материал и по сей день является современным и обладает большими перспективами применения во многих сферах человеческой деятельности. Его достоинства таковы: устойчивость к коррозии, выгодное соотношение прочностных и весовых характеристик, не требующие больших затрат усилий и средств производство и техническое обслуживание. В этой статье речь пойдёт об истории стекловолоконных труб, их применении в настоящее время и будущих возможностях использования в нефтехранилищах и перерабатывающих установках.

Sullivan D. Curran P.E., Executive Director Fiberglass Tank and Pipe,
Перевод: Царёва Анастасия
http://www.aquart-info.ru

Введение

Не следует путать стекловолоконный трубопровод с трубопроводом из обычных термопластиков, таких как ПВХ (PVC) и полиэтилен (PE). Обычно основой последнего является неармированная штампованная труба и литые под давлением фитинги и фланцы, тогда как компоненты стекловолоконного изготавливаются из различных эпоксидных смол, армированных сплошными стекловидными нитями. Используемая смола является термореактивной, т.е. после отверждения ее подвергают воздействию необратимых химических реакций, что благоприятно отражается на способности переносить сверхвысокие температуры. Волоконное армирование позволяет, в свою очередь, сделать компоненты трубопровода более прочными по сравнению с обычным неармированным термопластиком, при этом улучшая технические характеристики и уменьшая вес.

Следует также различать процесс наслаивания, осуществляемый вручную (hand lay-up), и изготовление стекловолокна на специальном оборудовании. Количество производителей, работающих по технологии ручного наслаивания, исчисляется тысячами. Они ориентируются на небольшие магазины, специализирующиеся, в основном, на товарах широкого потребления, таких как аксессуары для ванных комнат или детали прогулочных катеров. Число предпринимателей, производящих трубы на специальных установках, относительно невелико. Это довольно крупные промышленные компании, изготавливающие большие партии труб для нефтяной отрасли, торговли, промышленного и коммунального хозяйства, как в пределах страны (Прим. ред. – имеется в виду США), так и за рубежом.

Предыстория

До начала строительства трубопроводов нефть, предназначенную для перевозки, перекачивали непосредственно в деревянные бочки. Впоследствии при изготовлении трубопроводов стали использовать дерево, которое позже заменили сталью. Однако под воздействием соленой воды и нефти с высоким содержанием серы стальные трубопроводы быстро подвергались коррозии. Но несмотря на то, что стекловолокно было изобретено во время Второй Мировой Войны, первая труба, изготовленная из стекловолокна и эпоксидной смолы, появилась гораздо позже, поскольку технология ручного наслаивания, используемая лишь в некоторых отраслях химической промышленности, не могла заменить сталь в нефтедобывающей отрасли, так как не обеспечивала необходимой прочности и не была экономически эффективной.

Производство труб на специальном оборудовании

В 50-е годы центробежное литье стало первой промышленной технологией производства труб, пригодных для использования в химической отрасли, торговле и нефтедобывающей промышленности. Затем был открыт способ производства труб методом спиральной намотки стекловолокна на вращающуюся оправку.

В 60-е годы больших объемов достигло производство труб малого диаметра, давление которых достигало 450 psi (30,62 атм). Их полномасштабное использование началось в 1964 году, а впервые трубопроводы из таких труб были установлены на магистралях по добыче сырых нефтепродуктов.

Разработка норм и стандартов

В 1959 году организацией ASTM  (American Society for Testing Materials) были изданы общепризнанные в масштабах страны стандарты и методы тестирования стекловолоконных труб. Первая версия ASTM D1694 «Стандарты  Резьбы Для Армированных Термореактивных Стекловолоконных Труб» (Standard Specification for Threads for Glass Fiber Reinforced Thermosetting Resin Pipe) была разработана при сотрудничестве представителей компаний, производящих стекловолоконные трубы, а также компаний нефтяной и других отраслей промышленности.

В 1968 году Американский Институт Нефти (American Petroleum Institute - API) опубликовал первые стандарты для стеклопластиковых труб. Первый стандарт API, который назывался API 15LR Спецификация для Армированных Стекловолокном Термореактивных Труб на Основе Эпоксидной Смолы (Specification for Glass Fiber Reinforced Thermosetting Resin Line Pipe). В настоящее время ASTM и API выпускают многочисленные стандарты, инструкции и методики тестирования стекловолоконных труб.

Современное производство

Если ранее применение стекловолоконных труб, произведенных на специальном оборудовании, ограничивалось в основном нефтедобывающей отраслью, то в настоящее время их используют, начиная с  транспортировки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, и заканчивая канализационными системами в коммунальном хозяйстве и промышленных отраслях.

Далее приведены примеры использования стекловолоконных трубопроводов.

Для применяемых в нефтяной и газовой промышленности труб из стеклопластиков максимальное давление достигает  4000 psi (272,2 атм). 4-дюймовая (10,16 см) труба применяется при разработках нефтяных месторождений; трубы от 2-х до 16-ти (5,08 – 40,64 см) дюймов – при фильтрации воды, как в условиях низких температур Аляски, так и жарком климате Персидского залива. 12-ти дюймовый трубопровод перекачивает сырую нефть или соленую воду под давлением 290 psi (19,7 атм) и температуре около 120 o F (48.9o С). Подземные трубопроводы используются при транспортировке легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, доставляя бензин, спирт, а как же их смеси на государственные и частные автозаправочные станции в пределах страны.

После включения стеклопластиковых трубопроводов в конце 60-х в списки подлежащих страхованию объектов,  их строительство началось в больших масштабах, а общая протяженность составила свыше 60-ти миллионов футов.

Несмотря на то, что в канализационных и водосточных трубопроводах все еще преобладает использование бетонных труб, существует множество отраслей, где предпочтение отдается стекловолокну. Например, бетонные трубы, используемые в канализационных системах, быстро разрушаются под воздействием сероводорода. Это химическое соединение разъедает поверхность трубы, что, в конечном счете, приводит к обрушению стенок. Стекловолокно, напротив, устойчиво к воздействию сероводорода, поэтому стеклопластиковые трубы использовались в качестве внутреннего слоя бетонных труб большого диаметра (от 48 до 60-ти дюймов – 116,84 – 152,4 см).

Перспективы труб из стеклопластика

В настоящее время строительные и конструкторские фирмы могут использовать компьютерное программное обеспечение для создания более совершенных систем стекловолоконных трубопроводов. Программное обеспечение анализирует потоки жидкости и газа, исследует пролеты трубопроводов и конструкции упорных подушек, определяет химический состав и обрабатывает сведения, касающиеся установки трубопроводов. Эти программы облегчают различные вычисления, помогают в создании новых трубопроводных систем, а также позволяют определять и устранять неисправности ранее проложенных трубопроводов.

Возможно, в недалёком будущем нефтяной и газовой промышленностью будут востребованы трубы большего диаметра, выдерживающие более высокое давление, в связи с необходимостью решения проблем профилактики коррозии. Кроме того, появилась возможность конструировать трубы с использованием специальных технологий, препятствующих распространению огня. Это достигается с помощью специального огнестойкого покрытия. А в случае протекания жидкости по такому трубопроводу, такая система будет надежно функционировать как минимум 3 часа. Противопожарная и водоотталкивающая защита позволяет снижать вес стеклопластиковых труб. Это имеет большое значение при создании морских нефтепромысловых платформ. Сокращение веса конструкции позволяет производителю снизить себестоимость от 2-х до 4-х долларов за фунт (например, сэкономить до 750-ти тонн).
Стремительно развиваются бестраншейные технологии по прокладке микротоннелей без повреждения дорожного полотна и других наземных объектов.