Трубопроводные системы России – основные параметры и проблемы.

В 60-80-е годы в нашей стране в ходе реализации масштабных проектов по освоению природных богатств на Севере страны и в Западной Сибири, а также в ходе развития промышленности и строительства новых городов была создана вторая по величине в мире система трубопроводов – от коммунальных трубных систем до магистральных нефтегазопроводов, прочно связавших СССР с Западной Европой.

Статистика такова, что если длина всех железных и автомобильных дорог в России составляет примерно 800 тыс.км, то протяженность только наружных трубопроводов систем водо-, тепло-, газоснабжения, водоотведения и технологических коммуникаций превышает 2400 тыс.км. О значении трубопроводной инфраструктуры для нашей страны красноречиво свидетельствуют такие данные: всеми видами транспорта за год перевозится около 1,4 млрд. тонн грузов, по трубам же за год перемещают только нефти, нефтепродуктов и газа почти 800 млн. тонн, а трубопроводы водоснабжения перекачивают примерно 214,5 млрд. т. воды. Таким образом масса грузов, перемещаемых благодаря трубопроводам в нашей стране в 154 раза превышает аналогичные показатели всех других видов транспорта.

В то же время, несмотря на грандиозные объемы строительства и ввода в эксплуатацию новых систем трубопроводов изначально была заложена проблема, жесткость которой была осознана уже к 90-м годам прошлого столетия, а в новом веке, когда масштабы экономики страны резко сократились, а система трубопроводов осталась практически неизменной и требования по ее обслуживанию никуда не делись – в полный рост встали проблемы долговечности используемых при строительстве трубопроводов материалов.

Промышленность нашей страны в этот период выйдя по производству стальных труб в непререкаемые мировые лидеры (мы производили к 80-м годам стальных труб больше, чем США, Япония и ФРГ вместе взятые) серьезно отстала по объемам производства альтернативных трубопроводов, прежде всего полимерных. Показательно в этом отношении сравнение использования полимерных трубопроводов в системах коммунального хозяйства экономически развитых западных стран.

В Европе в год используется примерно 40 тыс. км пластмассовых труб. Их доля в системах внутренних трубопроводных сетей при строительстве от 20 до 40%, а в самых экономически развитых составляет: в Швейцарии - 69,3%, в Финляндии - 50,8%, в Германии - 46,2%. В Нидерландах удельный вес пластмассовых трубопроводов в системах водоснабжения превышает 40%. В настоящее время в Англии 99% вновь строящихся водопроводных трубопроводов составляют полиэтиленовые. Уже в 1997 г. в Западной, Восточной и Центральной Европе было использовано 1,9 млн. км таких труб. Ежегодный прирост использования пластмассовых труб составляет в Европе примерно 6 - 8%. Таким образом в Европе уже длительное время при вводе новых систем трубопроводов значительный объем составляют долговечные полимерные трубы, в то время как в нашей стране, несмотря на планы аналогичного примерно развития, все это время преимущественно использовались металлические трубы, срок службы которых в сопоставимых условиях в несколько раз ниже полимерных.

Современные защитные покрытия стальных труб – эмалирование и алюмокерамика.

Защита стальных изделий и вопросы продления работы металла всегда актуальны и внимание к ним как академической, так и прикладной науки в СССР были значительными. Проблема различных типов износа металлоконструкций и коррозии, в том числе стальных трубопроводов, изучалась отечественными специалистами многие десятилетия. Для решения этих проблем также активно привлекались опытные и технологические данные, позаимствованные нашими специалистами в процессе репараций в отношении Германии. В ходе данных исследований были разработаны передовые и уникальные технологические разработки, широкое промышленное внедрение которых не осуществлено до настоящего времени. Так, в 1949 году инженер Е. Н. Подклетнов получил авторское свидетельство на изобретение по уникальному способу эмалирования труб с использованием в процессе нанесения защитного покрытия на стальные трубы электромагнитного индуктора. С этого времени в России впервые в мире начала разрабатываться технология эмалирования труб на станках-автоматах с использованием индукционного обжига покрытий.

В 1961 году во ВНИИСТе была создана лаборатория эмалирования труб, а в 1960 - 1970 гг. на опытно-промышленной базе (ст. Львовская Московской области) проведены работы по индукционному эмалированию опытных партий с внутренним и наружным покрытием. В 1980 году в Пензе объединением Пензаводпром впервые в мире была создана технология двухстороннего эмалирования труб с использованием метода нагрева в электромагнитном поле индуктора (разработка Сиротинского А. А.). Под его же руководством во ВНИИСТе была разработана технология индукционного эмалирования труб различных диаметров с применением электрических токов промышленной частоты. Наряду с усовершенствованием индукционного способа эмалирования труб разрабатывались новые составы эмалей, отличительной особенностью которых является оплавление их при относительно невысоких температурах, что дает экономию электроэнергии. Метод индукционного эмалирования отмечен в 1990 г. премией Совета Министров СССР, а в 1991 г. на XIX Международном салоне по новейшим технологиям в Женеве - золотой медалью.

Опыт применения трубопроводов с силикатноэмалевыми покрытиями для нужд нефтехимии, добычи нефти и тепловых сетей однозначно продемонстрировали качественное преимущество данных труб и повышение сроков эксплуатации по сравнению с обычными стальными трубами в разы. Однако широкого применения данные покрытия пока что не получили прежде всего по причине неразвитости производственной базы и мощностей по нанесению эмали на трубы (в стране сегодня всего лишь несколько заводов, в то время как потребность только для нефтехимии исчисляется десятками).

Опыт применения труб со стеклоэмалевыми покрытиями.

Выпускаемые Пензенским заводом трубы использовались для сооружения мелиоративных систем и трубопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения. В последние годы эти трубы нашли широкое применение при сооружении промысловых трубопроводов, транспортирующих высокоагрессивные среды на нефтяных месторождениях, строительстве теплотрасс, топливопроводов в аэропортах, а также при строительстве трубопроводов для перекачки высокоагрессивных стоков животноводческих комплексов.

При этом защитные эмалевые покрытия в нормативном отношении отнесены к весьма усиленному типу и обеспечивают противокоррозионную защиту труб не менее 50 лет. На магистральных газопроводах трубы со стеклоэмалевым покрытием впервые в мировой практике применены на участке протяженностью 2,5 км газопровода Ленинакан - Маралик. Газопровод был введен в эксплуатацию в 1968 году. Обследование эмалированного участка газопровода было произведено дважды - в мае 1972 г. и в мае 1976 г. Для этого были отрыты шурфы по периметру трубы, особое внимание уделено обследованию стыковой зоны трубы. Стеклоэмалевое покрытие после 8-летней эксплуатации не претерпело видимых изменений.

Поверхность покрытия была блестящей, без трещин, отслоений и других дефектов. Следов истирания покрытия в грунте не обнаружено. Адгезия покрытия к стальной трубе отличная. Адгезия битума к стеклоэмали в зоне сварного стыка, а также жидкой эпоксидной смолы и стеклоэмали и стеклоэмали в местах единичных дефектов, образовавшихся в период транспортировки и строительно-монтажных работ, удовлетворительная. Коррозионных повреждений на трубе и в местах стыков не обнаружено. Трубы с покрытием из силикатной эмали были уложены для испытаний в тепловых сетях Москвы и Ленинграда. С 1961 г. находятся в эксплуатации опытные участки с эмалированными трубами диаметром 300 мм в Ленинграде в условиях бесканальной прокладки и в Москве в непроходных каналах. С 1969 г. в Москве эксплуатируются опытно-промышленные участки теплотрасс общей протяженностью 2 км диаметром 500 мм, проложенные в каналах. Температура носителя от + 80° до +150°С.

Систематически проводимые ОРГРЭСом совместно с ВНИИСТом вскрытия участков показывают, что несмотря на тяжелые гидрогеологические и термовлажностные условия (глинистый грунт с включениями камней, кирпича и строительного мусора; периодическое затопление грунтовыми водами) и большой срок эксплуатации стеклоэмалевое покрытие на трубах находится в хорошем состоянии, сохраняет высокие защитные свойства и обеспечивает надежную защиту труб от наружной коррозии. Следов коррозии труб на вскрытых участках не обнаружено.

Проведенные исследования также показали, что применение стальных эмалированных труб нефтяного сортамента продемонстрировало свою эффективность. В то же время незначительные производственные мощности по выпуску данных трубопроводов потребовали активизировать работу по реконструкции имеющихся цехов с расширением сортамента эмалируемых труб в ПО Мангышлакнефть, Башнефть, Пермнефть. Накопленный опыт и имеющийся научный потенциал позволили лаборатории эмалирования КазНИПИнефти принять участие в качестве разработчика технологии при проектировании ряда новых производств эмалирования труб нефтяного сортамента и реконструкции действующих.

Стеклопластиковые трубы.

В 70-х годах в нашей стране были попытки применить трубы из композитов в промысловом строительстве. Во ВНИИСТе была разработана конструкция стеклопластиковой трубы, плакированной изнутри полиэтиленовой пленкой. Были разработаны технология и оригинальное оборудование для непрерывного формования газо- и нефтенепроницаемой трубы. Было организовано производство таких труб, но отсутствие необходимого количества полимерных материалов не способствовало развитию этого производства.

В настоящее время в России функционирует несколько производств, выпускающих стеклопластиковые трубы диаметрами 10 - 1000 мм. Такие трубы производятся по двум технологическим способам: циклическим и непрерывным. При циклическом способе трубы формуются на цилиндрических гладких оправках длиной 6 - 12 м путем намотки стеклоровинга или тканной ленты, пропитанной термоактивными компаундами. Наружный диаметр оправки соответствует внутреннему диаметру трубы. Толщина стенки определяется количеством наматываемых слоев. Такая технология позволяет получать трубы с различной формой их концов, диктуемой конструкцией соединения и технологией его выполнения.

При непрерывном способе формующие трубу оправки состоят из сегментов, которые по мере намотки на оправку стеклоровинга поочередно совершают возвратно-поступательные движения, вследствие чего формируемый участок трубы постепенно сползает с оправки, поступая в камеру термообработки. По мере выхода из станка отформованной трубы, она на конвейере режется на мерные отрезки заданной длины.

При циклическом и непрерывном способах получения трубы после формования заготовка проходит цикл отверждения путем нагрева ее по ранее заданному термическому циклу, т.е. выдержке при определенной температуре необходимое время.

Стеклопластиковые трубы в России выпускаются в гг. Хотьково, Королеве, Перми, Люберцах и достаточно широко применяются для сооружения и ремонта водопроводов, канализационных сетей и водостоков.