CC BY
42
УДК 577.4:551.510.42:574.9:550.3
Р. А. Кантюков, А. Г. Попов, Ф. М. Мустафин, А. М. Кочнев
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ СЛОЖНЫХ ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ
Ключевые слова: газопроводные системы, полиэтиленовые трубы.
Проведен сравнительный анализ стальных и полиэтиленовых труб. Показано, что для увеличения времени эксплуатации газопроводных систем полиэтиленовые трубы имеют значительное преимущество.
Keywords: gas pipelines, polyethylene gas pipes.
Comparative analysis of steel and polyethylene gas pipes had been carried out. Results show that to extend working time of gas pipeline using ofpolyethylene gas pipes are more effective.
Введение
Разрывы ГПС могут происходить по разным причинам. Как правило, для ГПС используют стальные трубы. Однако в последнее время вместо стальных широко используются полиэтиленовые трубы (ПЭТ) [1]. ПЭТ обладают неоспоримым преимуществом перед стальными трубами по причине высокой надежности, низкой стоимости и простоте эксплуатации. ПЭТ являются более долговечными. Однако, процессы разрушения ПЭТ протекают более быстрыми темпами по сравнению со стальными трубами, т.е. при образовании трещин в полиэтиленовых трубах происходит мгновенный разрыв ГПС и образуется аварийное облако токсичных газов [2].
Строительство объектов газоснабжения всегда начинается с трудоемкого процесса разработки проекта. При подготовке проектно-сметной документации должны быть обеспечены нормативы технических параметров объекта в соответствии с заданием на проектирование, а также учтены факторы экономической целесообразности и экологической безопасности. С этими задачами успешно справляются проектные организации, где внедряются новейшие процессы комплексной механизации и автоматизации трудоемких процессов проектирования.
Теоретическая часть
На начальном этапе проектирования в первую очередь осуществляется сбор исходных данных с выездом на место и проведение топографических работ, составляются сметы на проектно-изыскательные мероприятия. Выполнение расчетов и изготовление рабочих чертежей производится с учетом множества данных и по отработанным методикам.
Солидным опытом в реализации программ по газоснабжению обладал научно-проектный центр ООО «Таттрансгаз», история которого началась в 1977 году с создания проектно-сметного бюро (ПСБ) при госпредприятии «Татгаз».
За все годы своего существования с 1980-х годов ООО «Газпром трансгаз Казань» выполнил
значительное количество проектов газопроводов, расположенных практически во всех районах Республики Татарстан (РТ) и общей протяженностью более 4000 км.
В конце 1970-х годов Саратовский ГИПРОНИИГАЗ разработал проект по применению полиэтиленовых газопроводов, но дальше эксперимента не пошел. ПСБ «Татгаз» ухватилось за эту идею, тем более, что в республике имелся такой гигант, как «Оргсинтез», на котором с 1980 года началось производство полиэтиленовых труб и деталей. С 1983года - производство полиэтилена низкого давления мощностью 200 тыс. тонн. Сотрудники бывшего проектно-сметного бюро (ПСБ) «Татгаз» чтобы освоить использование нового материала именно в целях прокладки газопроводов, прошли специальное обучение в Саратовском институте ГИПРОНИИГАЗ.
Заключив с институтом ГИПРОНИИГАЗ договор на научное руководство и авторский надзор в 1984 году в Татарстане впервые начали строить полиэтиленовый газопровод к селу Старое Чурилино Арского района - трубопровод Арск-Чурилино, протяженностью 12 км, диаметр 110.
Всего за лето газопровод был построен, сдан в эксплуатацию и по нему пошел газ. Стальной газопровод такой протяженности строился обычно три года.
Благодаря чему, в 1984 году впервые в бывшем СССР в Республике Татарстан, была разработана и принята комплексная программа по строительству газопроводов из полиэтиленовых труб. Эта программа существенно изменила темпы газификации. На базе ремонтно-строительного управления газового хозяйства республики был создан строительный трест по строительству полиэтиленовых газопроводов.
В 1985 году проложен газопровод Лаишево-Курманаково, протяженностью 14 км, диаметр 110, Лаишевский район РТ.
Ряд крупных проектов, выполненных в рамках Программы газификации РТ, представляют собой газопроводы из полиэтиленовых труб: Аэропорт 2-Сокуры-ОПХ «Центральное» Лаишевского района; г.Нурлат, мкр. Восточный,
протяженностью 9 км.; Мамадышский район, КП «Якинский»-7,8км; КП «Омарский»-13,8км; Буинский район, колхоз «Восход»-15км.; Сабинский район, колхоз «Авангард»-9,8км.; Менделеевский район, н.п. Тойгузино-9,9км.
Многие годы при строительстве газопроводов использовались зарекомендовавшие себя материалы, но, несмотря на явные преимущества их использования (прочность, относительно невысокая стоимость), они обладают целым рядом недостатков, среди которых трудоемкость при монтаже вследствие большого веса, подверженность к коррозии, высокая теплопроводность. Поэтому все чаще вставал вопрос о применении в строительстве газопроводов таких материалов, которые бы обладали только достоинствами и были практически лишены недостатков.
Одним из таких материалов является полиэтилен. Это вид полимерного материала, легко перерабатываемый и легко свариваемый, обладающий исключительной пластичностью. Полиэтилен прочно вошел в жизнь человека и применяется практически во всех сферах производства, в том числе и в газовой промышленности. Причина - он обладает множеством плюсов.
Полиэтиленовые трубы для газоснабжения укладывают прямо в грунт без специальной защиты и изоляции, в которых нуждаются стальные трубы. Полиэтиленовые трубы весят в 7 раз меньше стальных аналогичного диаметра и поставляются в бухтах или намотанными на барабаны. Поскольку полиэтиленовые трубы легко режутся и свариваются, то трудоемкость их монтажа в 2-3 раза ниже стальных. Высокая пластичность полиэтиленовых труб для газоснабжения и прочность на разрыв позволяют прокладывать их в пучинистых грунтах и в регионах с повышенной сейсмической активностью. По мнению многих ведущих специалистов газовой отрасли, широкое применение полиэтиленовых труб для газоснабжения способно радикальным образом изменить способы и темпы газификации. Полиэтиленовые трубы обладают целым рядом преимуществ, определяющих целесообразность и высокую эффективность их использования. Срок службы полиэтиленовых труб для газопроводов значительно больше, чем металлических. Гарантийный срок их эксплуатации составляет 50 лет. Они не боятся почвенной коррозии, не требуют катодной защиты, легче стальных в два-четыре раза, выпускаются длинномерными отрезками, требуют меньших затрат на транспортировку и самое главное на строительно-монтажные работы.
При правильной организации работ, скорость строительства газопроводов с использованием полиэтиленовых труб для газоснабжения в три раза выше скорости строительства из стальных труб. Стоимость строительства газопроводов с использованием полиэтиленовых труб ниже по сравнению со строительством стальных газопроводов. Затраты
труда при использовании полиэтиленовых труб в строительстве газопроводов меньше в три раза, чем при монтаже аналогичных стальных конструкций.
Немаловажной особенностью применения полиэтиленовых труб для газоснабжения является их высокая устойчивость к различным видам электрохимической коррозии. Расходы на защиту от коррозии снижаются до нуля. Использование труб из полиэтилена при ремонте изношенных газопроводов и прокладке новых (строительство газопроводов) позволяет значительно снизить остроту проблемы антикоррозийной защиты и повысить безопасность газовых объектов. Несмотря на весомые преимущества полиэтиленовых труб и мировой опыт в их использовании при газификации, существует целый ряд факторов, которые тормозят его активное применение.
Строительство газопроводов из
полиэтилена имеет и некоторые ограничения:
- применение полиэтиленовых труб для прокладки надземных газопроводов ограничено, т.к. полиэтиленовые трубы чувствительны к ультрафиолетовому излучению и начинают стареть под воздействием прямых солнечных лучей;
- полиэтилен обладает повышенной кислородопроницаемостью, что затрудняет его использование в отопительных системах (ускоряется процесс коррозии в радиаторах и других металлических элементах системы);
- следует помнить, что при переходе системы газопровода из подземной части внутрь дома, трубы в обязательном порядке заменяются на металлические;
- нельзя использовать полиэтиленовые трубы в сейсмоопасных районах и при температурах окружающего воздуха ниже -45°С.
- согласно СП 62.13330.2012 и СП 42-1012003, в городских зонах, где транспортируется газ высокого давления (свыше 0,6 МПа), использование данных материалов недопустимо.
Несмотря на перечисленные недостатки, и учитывая в целях безопасной эксплуатации, целесообразности строительство подземных газопроводов, полиэтиленовые трубы остаются очень удобными и привлекательными в вопросах строительства газопроводов. При правильной организации их применение может дать экономию до 40% по сравнению с традиционными методами, что выгодно с практической точки зрения.
При строительстве газопроводов из полиэтиленовых труб используются машины высокой степени автоматизации, что позволяет снизить влияние человеческого фактора при монтаже и укладке труб и повысить безопасность, а также не использовать тяжелую технику, необходимую при прокладке стальных газопроводов. Используются трубы из полиэтилена марки ПЭ-80 и ПЭ-100. Срок службы таких труб может достигать 75 лет без каких-либо затрат на антикоррозийные мероприятия. По прочностным характеристикам ПЭ трубы практически не уступают металлическим, но гораздо легче по весу, что снижает затраты при транспортировке и делает
их удобными при монтаже (расстояние между стыками полиэтиленовых труб составляет около 400 метров). Использование ПЭ-труб повышает эффективность трубопроводов с учетом параметров гидродинамических режимов газовых потоков [3-6]. Кроме того, в настоящее время идет активное формирование необходимой нормативной базы, позволяющей шире применять полиэтиленовые трубы для газоснабжения, с учетом положительного мирового опыта и территориальных особенностей. Уже сегодня принято решение при строительстве газопроводов с давлением газа до 6 атмосфер использовать только полиэтиленовые трубы. Это позволит развивать газоснабжение России в русле мировых тенденций: безопасно, быстро, надежно и экономно.
Монтаж труб ПНД прост и универсален. В зависимости от толщины стенок используется стыковая сварка или соединительные элементы с закладными нагревателями. Новые технологии позволяют сочетать участки полиэтиленовых труб со стальными. Герметичность системы не нарушается благодаря использованию специально разработанных соединений-переходов. Они представляют собой неразъемные фланцевые патрубки, выполненные из указанных материалов. Удобство использования такого перехода в том, что после его установки никакой ремонт и обслуживание не требуются.
Благодаря тому, что на рынке появились переходы со стали на полиэтилен, многие устаревшие сети стало возможным отремонтировать, произведя полную или частичную замену стальных труб полиэтиленовыми.
При этом возможно осуществлять стыковку труб из стали и полиэтилена в удобном порядке, используя нужный вид переходника. Патрубки-переходники первоначально производились исключительно зарубежными компаниями, однако сегодня можно купить данную арматуру, изготовленную в России. Характеристики неразъемных соединений нспс регламентируются конкретными нормами ТУ. Для напорных сетей разработаны ТУ 2248-001-86324344-2009, для газопроводной отрасли используются ТУ 4859-02603321549-98. Для стальной части применяются водогазопроводные стальные трубы, выполненные по ГОСТу. Полиэтиленовые элементы также гостированы, потому в их качестве можно не сомневаться.
Типоразмеры и форма соединений могут быть самыми различными. Имеются соединительные элементы для установки на прямых участках трубопроводов, а также изделия различной формы - в виде отводов под нужным углом, тройников и других вариантов неразъемного соединения для стальных и полиэтиленовых труб. Присоединение со стороны стальной части чаще всего резьбовое, для чего изделие имеет наружную или внутреннюю резьбу. Полиэтиленовая часть оснащена закладным элементом для сварки либо соединяется с ПЭ трубами сваркой встык.
Ввиду того что переходник имеет вес больший, чем у стандартных полиэтиленовых соединительных элементов, при монтаже переходов с одного вида трубы на другой используются компенсирующие опоры. Они защищают монтажный узел, не давая трубам смещаться. Помимо функции соединения труб из разных материалов, использование переходника может использоваться для выполнения отводов и изменения конфигурации сети, а также для установки на сеть стальной арматуры. Однако следует учитывать нормативы, требующие применения компенсирующих опор. Укладка переходника выполняется на песчаную подушку согласно нормативам.
Патрубок сталь-полиэтилен обязателен к применению при обустройстве цокольного ввода в здание. Ввод - это участок, на котором подземный трубопровод из ПЭ труб выходит на поверхность и входит в здание на уровне цокольного этажа.
Согласно нормативам, надземная разводка газовых труб и инженерная сеть внутри здания выполняются из металлических изделий. Для соединения применяется указанный переходник.
Стоит заметить, что данное изделие очень функционально и допускает монтаж в вертикальном и горизонтальном положениях. При горизонтальном вводе переходной патрубок удаляют от фундамента на 1-2 метра, защищая изолирующим футляром, изготовленным из ПЭ 80 или ПЭ 100. Футляр предохраняет устройство от повреждений и с двух сторон закрывается заглушками. Штуцеры, расположенные в футляре, служат для забора проб воздуха. Точно так же защищается футляром и вертикально расположенный переходник.
Полиэтиленовые трубы являются современным способом прокладки инженерных сетей. В настоящее время трубами из полиэтилена высокого давления заменяются обветшавшие и поврежденные участки газопроводных сетей. При этом полиэтиленовые трубы прекрасно сочетаются с новыми способами подземной прокладки -бестраншейным, бесканальным и методом направленного бурения. Переходник полиэтилен-сталь дает возможность надежно монтировать трубы из различных материалов.
Грамотное применение полиэтиленовых труб позволяет сэкономить средства на прокладке и дальнейшем обслуживании инженерных
коммуникаций.
Для строительства полиэтиленовых газопроводов допускается использование соединительных деталей — неразъемных соединений (полиэтилен — сталь), при условии подтверждения их пригодности для применения в строительстве в установленном порядке.
Выводы
Показано, что для увеличения времени эксплуатации газопроводных систем
полиэтиленовые трубы имеют значительное преимущество.
Литература
1. Бутусов О.Б., Кантюков Р.А., Мешалкин В.П. Компьютерное моделирование полей температуры и давления нестационарных турбулентных газовых течений в технологических трубопроводах // Химическая промышленность. - 1998. - N7. - с. 433-438.
2. Кантюков Р.А., Бутусов О.Б., Дови В.Г., Мешалкин В.П. Компьютерное моделирование течения сжимаемых газов через сложные технологические трубопроводы // Химическая промышленность. - 1998. - N 12. - с.784-790.
3. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П. Компьютерное моделирование нестационарных потоков в сложных трубопроводах. - М.: Издательство Физматлит, - 2005. -550с.
4. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П. Текстурные и фрактальные методы анализа характеристик нестационарных газовых потоков в трубопроводах // Теоретические основы химической технологии. - 2006. - т.40. - N3. - с.313-327.
5. K. Chaoui, R. Khelif, N. Zeghib, Chateauneuf. Failure Analysis of Polyethylene Gas Pipes // Safety, Reliability and Risks Associated with Water, Oil and Gas Pipelines. -Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Alexandria, Egypt 4-8 February 2007. - P.131 - 163.
6. B.H. Choi, Z. Zhou, A. Chudnovsky, S. S. Stivala, K. Sehanobish, and C. P. Bosnyak. Facture Initiation Associated with Chemical Degradation: Observation and Modeling // International Journal of Solid and Structure. -2005. - V.42. - P. 681-695.
© Р. А. Кантюков, к.т.н., генеральный директор ООО «Газпром трансгаз Казань», info@tattg.gazprom.ru; А. Г. Попов, бывший заместитель генерального директора по производству, ООО «Газпром трансгаз Казань», info@tattg.gazprom.ru; Ф. М. Мустафин, начальник АЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Казань», alpumg@tattg.gazprom.ru; А. М. Кочнев, д.п.н., профессор, зав. каф. Технологии синтетического каучука КНИТУ, kochnev55@bk.ru.
© R. A. Kantyukov, Ph.d in Engineering Science, Main chief, limited liability company «Gazprom transgaz Kazan», info@tattg.gazprom.ru; A. G. Popov, Ex-main chief assistant of production, limited liability company «Gazprom transgaz Kazan», info@tattg.gazprom.ru; F. M. Mustafin, Chief of ALPUMG, limited liability company «Gazprom transgaz Kazan», alpumg @tattg.gazprom.ru; А. М. ^chnev, Professor Department of technology of synthetic rubber, KNRTU, kochnev55@bk.ru.
