Типы стеклопластиковых труб различных производителей можно разделить на три группы по следующим признакам

1. Тип связующего (матрицы): эпоксидное или полиэфирное;
2. Тип соединения труб: клеевое или механическое;
3. Конструкция стенки трубы: чистый стеклопластик (без футеровки), стеклопластик с пленочным слоем (футерованные трубы), многослойные конструкции.

Существенным различием между стеклопластиковыми трубами различных производителей является конструкция стенки.

Однослойная стеклопластиковая труба, выполняемая без футеровки, является классическим примером применения стеклопластиковых труб в мире. Однако, применение такой конструкции в жестких климатических и сложных рельефных условиях (например, в Западной Сибири) осложнено низкими температурами окружающей среды и внешними механическими воздействиями на трубопровод от подвижек грунтов. Для снижения влияния этих факторов требуется уделять особое внимание разработке траншеи при проведении строительно-монтажных работ: разрабатывать траншею больших размеров, выполнять песчаную подушку трубопровода и т.п.

Стоимость однослойных труб может быть несколько ниже стоимости труб, футерованных пленочными материалами и многослойных труб, однако стоимость выполнения строительно-монтажных работ значительно выше. Кроме того, трубопроводы, изготовленные из однослойных труб, менее надежны в эксплуатации. Эти обстоятельства существенно снижают технико-экономический эффект от применения стеклопластиковых труб однослойной конструкции.

Трубы двухслойной конструкции, футерованные изнутри пленочными материалами, менее подвержены потере герметичности в условиях пролегания трубопроводов в нестабильных грунтах Западной Сибири. Однако, за время эксплуатации двухслойных труб в нефтепромысловых трубопроводах, был выявлен ряд серьезных недостатков, требующих изменения конструкции и технологии изготовления трубы:

• недостаточная адгезия между футеровочным и стеклопластиковым слоем, что не позволяет обеспечить монолитность стенки трубы;
• нарушение эластичности материала футеровки при низких температурах окружающей среды;
• отслоение футеровки от стеклопластиковой оболочки трубы при транспортировке по трубам газосодержащих сред (кессонный эффект).

Обеспечение достаточной адгезии к стеклопластику и эластичности внутреннего слоя являются взаимно противоположными проблемами. Лучшая адгезия к стеклопластиковому слою обеспечивается химической сшивкой двух материалов и для этого в качестве футеровки целесообразно применять материал термореактивной природы. Однако, такой материал теряет эластичность при низких температурах и плюсы двухслойной конструкции трубы теряются. Напротив, лучшую эластичность при низких температурах имеет термопластичный материал – полиэтилен, однако осуществить его химическую сшивку со стеклопластиковой оболочкой проблематично. При транспортировке по трубопроводу  из двухслойных труб среды, содержащей газ, происходит так называемый кессонный эффект, заключающийся в отслоении внутреннего пленочного слоя от стеклопластика. При разгазировании или растворении газа из транспортируемой среды создаются условия, когда газ проходит через внутренний пленочный слой,  скапливается между стеклопластиком и футеровочным слоем и создает давление на футеровку снаружи.

Под действием давления газа между слоями, пленочный слой отслаивается от стеклопластика, в результате чего конструкция трубы нарушается. Данное явление не происходит, если в среде, импортирующейся по трубопроводу, отсутствует газ.

Стеклопластиковые двухслойные трубы редназначенны для эксплуатации в трубопроводах, транспортирующих разгазированные среды: трубопроводы перекачки пластовых и сточных вод, водоснабжения, канализации и т.п. Внутренний слой труб может быть из полиэтилена высокого давления  (ПВД)  - материала, считающегося наиболее химически стойким в средах нефтепромысловых трубопроводов. Адгезия полиэтилена к стеклопластику обеспечивается за счет использования специальной марки полиэтилена, сшивающегося в процессе отверждения трубы, рецептуры эпоксидного связующего и режима термообработки труб. В процессе термообработки обеспечивается одновременная сшивка полиэтилена и отверждение эпоксидного связующего. В результате этого отслоить внутренний полиэтиленовый слой трубы от стеклопластика без разрушения последнего практически невозможно.

Конструкция трехслойных труб отличается от двухслойных наличием внутренней стеклопластиковой оболочки, конструктивно раскрепленной с футеровочным слоем. Внутренняя оболочка не несет нагрузок вдоль оси трубы, и ее конструкция оптимизирована для обеспечения большей прочности в окружном направлении. Внутренняя оболочка предназначена для сглаживания циклически изменяющегося внутреннего давления в трубе, возникающего при растворении или разгазировании содержащегося в транспортируемом продукте газа. Транспортируемая среда проникает в область между внутренней оболочкой и пленочным слоем, создавая тем самым область постоянного давления вблизи футеровки, которое равно рабочему давлению в трубопроводе. За счет того, что давление вблизи пленочного слоя не изменяется, условия проникновения газа через него отсутствуют и кессонный эффект не происходит. Вместе с этим внутренняя оболочка дополнительно повышает жесткость труб и уменьшает температурное воздействие среды на несущий стеклопластик, что также повышает долговечность их использования.

Таким образом, в трехслойной конструкции стеклопластиковой трубы решается большинство вопросов обеспечения надежности и долговечности:

• механическая прочность и долговечность труб достигается применением композиционного материала – стеклопластика на эпоксидном связующем;
• надежная стыковка труб в трубопроводе обеспечивается применением механического раструб-ниппельного соединения соответствующего требованиям международных стандартов в данной отрасли;
• герметичность труб при возникновении внешних нагрузок в процессе эксплуатации и строительства трубопроводов обеспечивается применением эластичного футеровочного пленочного слоя, химическая стойкость которого является эталонной в нефтяных средах;
• решен вопрос сохранения эластичности футеровки при низких температурах при одновременном обеспечением ее адгезии к стеклопластику;
• для транспортировки сред с высоким содержанием газа разработана и запатентована уникальная трехслойная конструкция трубы, не имеющая аналогов в мире.

1.Стеклопластиковые трубы однослойные (1С)

Однослойные стеклопластиковые трубы выполнены из высококачественного стеклопластика получаемого методом «мокрой» намотки. В целях увеличения химической стойкости и снижения коэффициента гидравлического сопротивления на внутренней поверхности труб выполнен лайнер.

Лайнер представляет собой двухкомпонентный композит, состоящий из низкоплотного стеклянного материала с пропиткой эпоксидным связующим, содержание которого достигает 60-70% по массе. Толщина лайнера может составлять от 0,2 до 0,8 мм. Основной слой трубы (конструкционный слой) состоит из стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим. Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы

2. Стеклопластиковые трубы двухслойные (2С)

Двухслойные стеклопластиковые трубы представляют из себя двухслойную конструкцию состоящую из защитного и конструкционного слоев. Защитный слой выполнен из полиэтилена высокого давления (ПВД). Толщина защитного слоя может составлять от 1 до3 мм. Защитный слой предназначен для повышения химической стойкости трубы и сохранения ее герметичности при действии значительных внешних нагрузок. Конструкционный слой выполнен из высококачественного стеклопластика, получаемого методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим.

Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении трубы. По технологии изготовления, конструкционный слой укладывается поверх защитного и заготовка трубы проходит режим термообработки (полимеризации) в процессе которого оба слоя сшиваются друг с другом образуя монолитную конструкцию. Соединения труб – механические, изготавливаются как единое целое с трубой.

3. Стеклопластиковые трубы треуслойные (3С)

Трехслойные стеклопластиковые трубы представляют из себя трехслойную конструкцию состоящую из внутренней стеклопластиковой оболочки защитного и конструкционного слоев. Конструктивно внутренняя оболочка независима от сшитых защитного и конструкционного слоев.

Внутренняя оболочка выполнена из стеклопластика методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим. Толщина внутренней оболочки может составлять от 3 до 6 мм в зависимости от внутреннего диаметра трубы. Внутренняя оболочка не несет нагрузок вдоль оси трубы, и ее конструкция оптимизирована для большей прочности в окружном направлении. Внутренняя оболочка предназначена для сглаживания циклически изменяющегося внутреннего давления в трубе возникающего при растворении или разгазировании содержащегося в транспортируемом продукте газа.

Защитный слой выполнен из полиэтилена высокого давления (ПВД). Толщина защитного слоя может составлять от 1 до 3 мм. Защитный слой предназначен для повышения химической стойкости трубы и сохранения ее герметичности при действии значительных внешних нагрузок.

Конструкционный слой выполнен из высококачественного стеклопластика, получаемого методом «мокрой» намотки стеклянных нитей (ровингов) пропитанных эпоксидным связующим до требуемой толщины. Конструкционный слой обеспечивает заданное соотношение физико-механических характеристик вдоль оси и в окружном направлении  трубы. По технологии изготовления,на заранее намотанную и отвержденную внутреннею оболочку укладывается разделительный,защитный и конструкционный слои. Далее заготовка трубы проходит режим термообработки (полимеризации) в процессе которого защитный и конструкционный слои сшиваются друг с другом образуя монолитную конструкцию, а перемещение внутренней оболочки вдоль оси трубы конструктивно ограничено. Соединения труб – механические,изготавливаются заодно с трубой.

Фасонные изделия из стеклопластика включают фланцы, тройники, отводы, переходники и могут изготавливаться как стандартными, так и по заказу. Отличительными особенностями данных трубопроводов являются:

• высокая устойчивость к воздействию агрессивных сред;
• устойчивость к воздействию микроорганизмов, ультрафиолетовых лучей и неблагоприятных факторов окружающей среды;
• высокие механические характеристики;
• исключение необходимости защиты от электрохимической коррозии;
• эксплуатация в широком диапазоне температур (от -50°С до +100°С).

Стеклопластиковые трубопроводы имеют четыре вида соединений.

1. Раструбно-шиповое соединение с двойным кольцевым уплотнением. Обеспечивает быструю и надежную сборку труб и фасонных элементов. Два эластичных кольцевых уплотнения круглого сечения, устанавливаемые в параллельные окружные канавки на шиповой законцовке, обеспечивают герметичность стыка в напорных и безнапорных трубопроводах. Канавки для уплотнений на шиповой законцовке обрабатываются на станке с электронным управлением, что обеспечивает точность посадочных поверхностей.

В зависимости от характеристик транспортируемой по трубопроводу среды применяются кольцевые уплотнения из различных марок резиновых смесей. Резиновые кольцевые уплотнения поставляются в комплекте с элементами трубопровода.

2. Раструбно-шиповое соединение с двойным кольцевым уплотнением и стопорным элементом.

Для компенсации действия на трубопровод осевых сил (например, в надземных трубопроводах) в раструбно- шиповом соединении применяется стопорный элемент, который устанавливается через отверстие в раструбе в кольцевые пазы на шиповой и раструбной законцовках и препятствует осевому перемещению элементов трубопровода относительно друг друга. В зависимости от уровня осевых сил стопорный элемент может быть круглого или прямоугольного сечения и выполняться из различных материалов (полиамид, ПВХ, металлический трос). Стопорные элементы, как и резиновые кольцевые уплотнения, поставляются в комплекте с элементами трубопровода.

3. Фланцевое соединение.

Используется для соединения элементов стеклопластикового трубопровода с металлическими трубопроводами и арматурой. Присоединительные размеры стеклопластиковых фланцев выполняются по ГОСТ 12815-80.

4. Клеевое стыковое соединение.

Выполняется путем послойного нанесения на гладкие законцовки труб армирующих стекломатериалов, пропитанных полиэфирным связующим "холодного" отверждения. Соединение обеспечивает герметичность и прочность конструкции в осевом и окружном направлении. В отличие от остальных видов соединения, является неразборным.

Стенка стеклопластикового трубопровода является многослойной конструкцией, включающей три слоя. Внутренний слой (армированный, термоактивный) обеспечивает полную герметичность конструкции и стойкость ее к воздействию агрессивной среды, транспортируемой по трубопроводу. Абсолютная шероховатость внутренней стенки составляет 23 мкм, что позволяет сократить затраты на перекачку транспортируемых по трубопроводам вод и стоков.

Средний слой является силовым и обеспечивает механическую прочность конструкции при совместном действии внутренних и внешних нагрузок в процессе эксплуатации трубопроводов. Внешний слой обеспечивает гладкость внешней поверхности трубопровода и стойкость его в воздействию ультрафиолетовых и неблагоприятных факторов окружающей среды.

Принципиальном моментом в производстве стеклопластиковой трубы является тип связующего материала. Наибольшее распространение в мире получили два вида связующего элемента:
• Полиэфирное связующее;
• Эпоксидное связующее.

Отличительные особенности стеклопластиковых труб на обоих типов связующих:

• идеальная гладкость внутреннего канала, обеспечивающая высокие гидравлические характеристики, снижающие энергозатраты на перекачку транспортируемой среды, и препятствующая образованию отложений;
• высокая устойчивость к химической и электрохимической коррозии, не требующая специальных средств антикоррозионной защиты, обеспечивающая постоянство гидравлических характеристик и длительный (50 и более лет) срок эксплуатации;
• низкий вес по сравнению с металлическими, железобетонными и некоторыми другими трубами, что упрощает транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы и монтаж трубопровода, и в итоге существенно снижает трудозатраты при его строительстве;
• устойчивость к внутренним и внешним силовым воздействиям, обеспечивающая стойкость к гидравлическому удару, возможности подводной и подземной прокладки с заглублением до 12–16 м, надежность при перемещениях от усадки грунта;
• высокая абразивостойкость, препятствующая снижению прочностных характеристик трубы при транспортировке жидкостей, содержащих механические примеси;
• устойчивость внешней поверхности к воздействию ультрафиолетового излучения и к факторам биологического воздействия;
• возможность изготовления труб различной длины (от 6 до 18 м), высокое качество соединений без какой-либо предварительной обработки стыков, простота и легкость обработки материала труб, исключение сварки на месте монтажа.

Стеклопластиковые трубы на ПЭФ связующем

Конструкция стенки трубы формируется на основе армированных стекловолокном термореактивных полиэфирных смол и песчаного наполнителя. Применяемая технология позволяет создать структуру стенки трубы с использованием характерных свойств основных сырьевых материалов:

• непрерывная стекловолокнистая нить и рубленое стекловолокно вводятся для создания стягивающего усилия и осевой прочности;
• наполнитель (кварцевый песок) используется в центральной части стенки трубы для создания необходимой жесткости;
• стеклоткани используются для придания необходимых свойств наружному слою трубы.

Таким образом, стенка трубы образуется из связующих и армирующих компонентов, наполнителя, поверхностных усилителей и дополнительных компонентов.

В качестве связующих компонентов для создания матрицы композита используются полимеры - ненасыщенные термореактивные полиэфирные смолы. Используемые смолы обладают важными для производимых труб свойствами:

• отверждение при комнатной температуре;
• низкая степень токсичности;
• химическая инертность;
• прочная сцепка со стекловолокном.

Трубы полимеризируются (отверждаются) с помощью катализаторов на основе органических пероксидов (перекись метилэтилкетона) и акселераторов на основе кобальтовых омыляющих веществ (октоат кобальта). В зависимости от сферы применения труб используются разные типы полиэфирных (изофталевая, ортофталевая, бисфенольная, винилэфирная) и других смол.

Армирующими компонентами являются различные виды стеклопластика, обеспечивающие необходимую прочность, а также коррозионную стойкость трубы. Применяются комбинации непрерывного (нити или жгуты) и рубленого стекловолокна. Ориентация и количество стекловолокна обеспечивает разные механические характеристики труб. Для улучшения эксплуатационных характеристик стеклопластика волокна "проклеиваются", что увеличивает смачиваемость смолы и волокон.

В качестве поверхностных усилителей используются легкие стеклопластиковые покрытия для того, чтобы усилить слои с высоким содержанием смол. Поверхностные оболочки из стекломатов обеспечивает высокую устойчивость поверхностей трубы к воздействию внутренней и внешней среды.

Рисунок 2.1

Структура стенки стеклопластиковой трубы

Выпускаемые трубы подразделяются на несколько классов по давлению и удельной прочности, промежуточные классы труб, и трубы, рассчитанные на более высокие характеристики, поставляются по запросу. Толщина стенки трубы определяется ее структурой, включающей в себя несколько слоев

Внутренний слой - лайнер (толщиной 0,8–1,2 мм), обеспечивает герметичность, максимальную устойчивость к химической коррозии, к абразивному истиранию, гладкость внутренней поверхности, исключает отложения на стенках трубы. Лайнер выполнен из специальной смолы.

Структурный (несущий) слой, задающий механические свойства, гарантирует устойчивость всей трубы к внутреннему и/или внешнему давлению, к наружной нагрузке в результате транспортировки и установки, к нагрузке почвы, нагрузке потока, к термическим нагрузкам, и т.д. Структурный слой образуется путём нанесения и намотки на частично отвердевший нижний (лайнер) слой:

• термореактивного полимера (полиэфирной смолы);
• непрерывной намотки стекловолокна;
• рубленных стекловолокон;
• кварцевого песка.

Толщина структурного слоя рассчитывается исходя из заданных параметров трубы. Наружный слой имеет толщину 0,2–0,3 мм или более, служит для защиты трубы от воздействия солнечного света, агрессивной почвы или коррозионной среды. Обычно он состоит из чистого полимера с добавлением (при наземной прокладке трубопровода) ультрафиолетового ингибитора для защиты трубы от воздействия солнечного света. Трубы на основе ПЭФ устойчивы к коррозии и к химически агрессивным веществам, а потому имеют широкую область применения.

Таблица 2.1

Сферы применения стеклопластиковых труб на эпоксидном связующем.

Трубы из ПЭФ не могут применяться при высоких температурах (свыше 90 С) и в условиях высокого давления – свыше 32 атм. Для применения в условиях высокого давления, высоких температур и при контакте с агрессивными средами в мире применяются стеклопластиковые трубы на эпоксидном связующем.

 Стеклопластиковые трубы на эпоксидном связующем

Стеклопластиковые трубы на эпоксидном связующем способны выдерживать давление до 240 атм. Максимальная температура эксплуатации стеклопластиковых труб на эпоксидном связующем достигает 130 С.

Стеклопластиковые трубы на основе эпоксидных смол имеют множество преимуществ. Стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой, не подвержено коррозии и поэтому не требует изоляции (внутренней или внешней), химических ингибиторов, катодной и анодной защиты и защиты от коррозии. Ещё одним преимуществом является увеличение срока службы насосов и другого встроенного в трубопровод оборудования из-за полного отсутствия в потоке частиц ржавчины. Низкая теплопроводность GRE-труб уменьшает потери тепла из системы трубопроводов, вследствие чего во многих случаях исчезает необходимость в изоляции.

Таблица 2.2

Сферы применения стеклопластиковых труб на эпоксидном связующем.

GRE-трубы пригодны для транспортировки сотен различных химически агрессивных жидкостей. Данные трубы подходят для инфраструктуры морских портов, нефтехимической, нефтегазовой и других отраслей промышленности, где первостепенное значение имеют надежность и прочность конструкции.

Стеклопластиковые трубы на основе ПЭФ дешевле, чем на основе эпоксидной смолы. Низкая цена обусловлена используемым сырьем: ПЭФ смола, стеклоровинги, рубленное стекловолокно (частично заменяют стеклоровинги), кварцевый песок. Данные трубы используются для не очень агрессивных сред, в основном в водоснабжении.

Также отличительной особенностью GRP труб от GRE труб являются габаритные размеры. Как правило, стеклопластиковые трубы на основе ПЭФ имеют больший диаметр по сравнению со стеклопластиковыми трубами на эпоксидном связующем. Диаметр GRP труб составляет от 30 до 4500 мм. Диаметр GRE туб – от 5 до 600 мм (м.б. и больше).

Таким образом, основной ассортимент компаний – производителей стеклопластиковых труб в мире составляют стеклопластиковые трубы двух видов:

• На основе ПЭФ смолы - дли водоотвода (канализации и пр.), водоснабжения.
• На основе эпоксидных смол. - для агрессивных сред, для использования в условиях высоки температур и высокого давления.

С анализом технологий производства и анализом текущего состояния и прогнозом рынка Вы можете познакомиться в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок стеклопластиковых труб в России».

Об авторе:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.

• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 927-02-31
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru