Энергетическая безопасность России и целого ряда европейских стран связана с надежностью работы магистральных нефте- и газопроводов. В настоящее время протяженность магистральных трубопроводов достигла 230 тыс. км, трубопроводы на нефтяных и газовых промыслах имеют еще большую протяженность. Созданы интегрированная система нефтеснабжения, уникальная по протяженности и производительности (750 млрд. м3/год) Единая система газоснабжения (ЕСГ).

В начале нового века в нашей стране реализуется большая программа строительства новых магистральных трубопроводов (Южный и Северный поток, Голубой поток, ВСТО и другие) трубопроводов, в основном для экспортных целей. Однако еще длительное время основную газонефтетранспортную нагрузку будут выполнять построенные в 60-80 годы системы, которые к настоящему времени сильно «постарели», несмотря на постоянный текущий их ремонт и продление срока их службы. К 2000 г. доля нефтепроводов возрастом свыше 20 лет составила 73 % и свыше 30 лет - 41 %. Таким образом, значительная часть нефте- и газопроводов перешагнула нормативный срок службы, равный 33 годам. И хотя этот «нормативный» срок не имеет строго научно обоснованного физического смысла и носит условный характер, старение трубопроводов объективно связано с увеличением рисков при эксплуатации. Это объясняется снижением защитных свойств всех без исключения изоляционных покрытий, накоплением и развитием дефектов в сварных соединениях, изменением напряженно-деформированного состояния, процессами старения самого трубного металла.

Накопленный практический опыт применения, например полимерных ленточных покрытий на трубопроводах больших диаметров (1020-1420 мм) показал, что из-за пониженной адгезии покрытия к стали (1,5 - 2,0 мм ширины) и естественной ползучести бутилкаучукового клеевого подслоя полимерной ленты ВУС изоляции под воздействием оседающего в траншее грунта происходит сдвиг на поверхности трубопровода с последующей динамикой ускоренного протекания коррозионных процессов. В связи с этим начиная с 1999 года в соответствии с ГОСТ Р 51164 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» применение, например, битумных покрытий ограничено диаметрами трубопроводов до 820 мм включительно.

Применяемая же для трубопроводов больших диаметров комбинированная изоляция ВУС – полимерные ленты, нанесенные на адгезионную грунтовку, обеспечивает устойчивую адгезию к стали. Также данный вид изоляции труб обеспечивает стойкость покрытия к катодному отслаиванию, повышенные показатели по ударной прочности, устойчивость к продавливанию и световому старению.

Также необходимо учитывать, что эксплуатационные требования к магистральному транспорту постоянно увеличиваются – возрастает давление в трубах для прокачки в единицу времени большего объема энергоносителя, соответственно увеличиваются и требования ко всей трубопроводной системе во всех ее аспектах и характеристиках.

Надежность и безопасность трубопроводных систем в известной мере характеризуется показателями аварийности на протяженность участка по времени. Согласно официальной статистике, аварийность на магистральных трубопроводах имеет тенденцию к снижению. Однако следует отметить, что, в отличие от других стран, в России фиксируются только разрывы трубопроводов и не учитываются утечки продукта через свищи, трещины и неплотности арматуры.

Снижение аварий с разрушением трубопроводов связано со все более широким использованием внутритрубной диагностики, увеличением объема ремонтных работ, в том числе выборочного по результатам проводимой диагностики. При этом следует учитывать, что граница между допустимыми и недопустимыми дефектами на трубопроводе такого уровня и назначения весьма условна. Анализ статистических данных показывает, что разгерметизация магистрального трубопровода чаще всего происходит по следующим причинам:

• применение некондиционных изоляционных материалов;
• низкое качество монтажа и герметизации трубопроводов;
• низкое качество материалов, применяемых для изготовления изоляции.

Отстают не только объемы ремонтных работ, но и поиск технологий, которые могли бы быть использованы для массового ремонта коррозионных повреждений, свищей и трещин. Вся философия современного ремонта построена не на полном восстановлении проектных характеристик трубопроводов, их исходного состояния, а на устранении дефектов, которые могут спровоцировать разрушение трубопроводов или нарушить их герметичность.

Методика определения очередности и объемов выборочного ремонта предусматривает вначале внутритрубную диагностику снарядами «Калипер» для аттестации геометрической целостности трубопровода (наличие недопустимой овальности, вмятин и др.). Затем с помощью магнитных или ультразвуковых снарядов выявляются коррозионные повреждения, металлургические дефекты трубы ППУ и, если позволяют разрешающие способности снарядов, дефекты в сварных соединениях. По результатам такой инспекции составляются перечень и графики с указанием размеров дефектов и привязкой их по трассе. Затем, в соответствии с американским стандартом ASME B316 или предложенными научно-техническим центром АК «Транснефть» - «Дискан» и ПО «Спецнефтегаз» расчетными методиками, определяются уровень допустимых дефектов и их ранжирование. Для коррозионных повреждений (фитинги, общая коррозия) основой являются потери металла по площади и глубине.

Большой интерес для выполнения различных видов ремонта, в том числе и массового, представляет использование композитных материалов. В СССР для космической техники и оборонной промышленности были разработаны уникальные композитные материалы. Идея их использования возникла в связи с демонстрацией композитных материалов для ремонта различного оборудования швейцарской фирмой Durmetal на отраслевой выставке «Роснефтегазстрой - 73». Опробование материалов фирмы, в том числе для приостановки течи из нефтепровода по замазученной поверхности, дало обнадеживающие результаты.

Начались исследования и поиск организационных решений. Для этих целей были необходимы высоконаполненные композитные материалы с высоким содержанием металлов и керамики. Для галогенных пастообразных композитов необходимо было тонкое измельчение титана, специальных сталей и алюминия. Причем доля этих материалов в композиции достигает 85 %. Природа взаимодействия полимеров с частицами измельченных металлов состоит в обволакивании их полимерами, которые образуют сложные полимерные цепи, обеспечивая высокую адгезию композитов.

Нанося пастообразные композиты на металлы, пластмассы, керамические изделия, за счет адгезивных свойств удается герметизировать повреждения, нарастить изношенный металл, ликвидировать коррозионные и эрозионные дефекты. После перемешивания и нанесения пастообразных композиций они твердеют в естественных условиях за 2-3 мин (материалы «Рапид») или в течение 2-3 ч (материалы «Стандарт»). После отвердевания высоконаполненные композиты приобретают основные свойства металлов - цвет, структуру, возможность механической обработки - шлифовки, фрезеровки, сверления, полирования, нанесения различных покрытий. При этом материалы приобретают новые качества, главное из которых - антикоррозионное свойство.

В экономически развитых странах высоконаполненные композиты используются в основном на металлургических, машиностроительных заводах, при эксплуатации судов. Примерами этому являются: Daimler-Benz AG, Buderus GmbH, ABB, MAN, Thyssen. В России внедрением композитных материалов для ремонта трубопроводов, резервуаров и оборудования занялась Внешнеэкономическая ассоциация Lincon совместно с немецкой компанией Diamanf-MetalloplastikGmBH. За период 1996 -1998 гг. только на нефтяных резервуарах было отремонтировано 8 тыс. дефектов: свищей, трещин, сквозных повреждений, в 60 % случаев - по вытекающим продуктам, без опорожнения резервуаров, с применением материала «Рапид». В настоящее время 24 организации, эксплуатирующие резервуарные парки, пользуются для ремонта емкостей композитами. Успешно использовались композитные материалы на газовых объектах.

На Острогожской КС таким способом были ликвидированы 30 свищей в зимних условиях при снижении давления до 0,4 МПа, Сургутнефтегаз использовал композитные материалы при ликвидации свищей на узлах замера без остановки работы в течение полутора часов.