Методы испытаний и диагностики композитных изделий и стеклопластиковых труб.

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПОЗИТНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И ПУТИ РЕШЕНИЯ

Можно выделить несколько основных факторов, негативно влияющих на эффективность применения композитных трубопроводов:

• неправильное проектирование и подбор трубопровода: для различных сред и условий эксплуатации подходят определенные композитные трубы. Одни работают под большим давлением и в агрессивной среде, но для них необходима жесткая отсыпка без смещения грунтов, другие, с меньшим давлением, но со средами, насыщенными газами, третьи можно прокладывать в болоте и успешно эксплуатировать в условиях западной Сибири. Везде необходим индивидуальный подход (рис. 1). На деле получается, что «побеждает» «стеклопластиковая труба» и ее стоимость без учета технических характеристик.
• отсутствие сертифицированного испытательного центра. Для подтверждения заявленных характеристик производителем необходимо компетентное подтверждение, в специализированном центре, который имеет возможность всесторонних испытаний и диагностики и может испытывать предлагаемые композитные трубы в условиях, максимально приближенным к условиям эксплуатации, а также к экстремальным условиям и экстремальным нагрузкам, граничащим с предельными. Специалисты такого центра смогут определить запас прочности, подтвердить правильность выбора композитной трубы в закладываемом проекте, учитывая все параметры (перепады температур, по- движки грунтов, химический состав транспортируемой смеси и т.д.).

  • изменение технологических параметров при производстве труб. На производство композитной трубы влияет много параметров, начиная от качества смолы и ровинга и заканчивая температурой в цеху при производстве трубы. Изменение хотя бы одного параметра приводит к снижению качества выпускаемой продукции. Нарушение температурного ре- жима полимеризации трубы может привести к внутреннему расслоению, которое визуально не определить, но которое влияет на характеристики трубы. Производство, выпускающее композитную продукцию для нефтяной, газовой и химической промышленности, должно проходить сертификацию и периодическую проверку на соблюдение технологических параметров выпускаемой продукции.

  

  

  • отсутствие методов и оборудования для диагностики композитных труб при входном контроле и эксплуатации у значительной части испытательных центров и потребителей. На данный момент при- емка продукции осуществляется на основании пре- доставленных документов от поставщика, а также визуальным контролем. Скрытые дефекты выявляются уже в процессе эксплуатации.

  

  К числу прочих факторов традиционного относится «человеческий», а также повреждения, которые могут возникать в ходе неправильных транспортировки и монтажа трубопровода (рис. 2).

  Для решения данных проблем предлагается внедрение многоуровневого поэтапного контроля качества композитных труб, который включает измерительный, инструментальный и статистический контроль, а также диагностику дефектов как трубных изделий, так и сборных конструкций (рис. 3).

  Кроме того, необходимо создать общую базу данных, в которой будет содержаться информация о на- работке трубопроводов, причинах и особенностях аварий, условиях эксплуатации и материалах, из которых произведены трубы. Данное решение позволит сформировать статистический фонд, который в перспективе поможет предотвращать наиболее распространенные проблемы, а также более точно подбирать продукт под эксплуатацию в тех или иных условиях.

  Отдельно надо отметить, что на сегодняшний день разработано большое количество ГОСТов, регулирующих качество производимых композитных труб. Однако большая часть из них направлена на визуальный осмотр и испытания небольших элементов трубы за исключением ГОСТ 56277, который предусматривает полномасштабные испытания целой трубы (см. таблицу).

  
  КОНЦЕПЦИЯ ЕДИНОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА

  Для консолидации усилий по подтверждению качества выпускаемой трубной продукции из композитных материалов, а также разработке и испытанию новых методов диагностики композитных труб предлагается создать единый испытательный центр, в задачи которого будут также входить вопросы, связанные с испытанием композитных труб на подтверждение заявленных технических характеристик, рекомендации по применению композитных труб для транспортировки агрессивной среды, тестирование новых типов диагностического оборудования и его сертификация в соответствии с действующим законодательством.

  Процесс создания данного центра можно условно разделить на следующие этапы: привлечение инвестиций и закупка оборудования, разработка ТЗ для производства испытательного и диагностического оборудования, а также его сертификация в государственных органах, привлечение профильных организаций для разработки методов обучения по проведению диагностики композитных изделий и наконец, создание вышеупомянутой базы даны по эксплуатации композитных изделий.

   

  
  ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ООО «НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР КОМПОЗИТОВ»

  Лаборатория ООО «Нанотехнологический центр композитов» оборудована всем необходимым для про- ведения большинства видов испытаний композитных труб (рис. 4). Центром также разработаны и различные комплексы испытаний, в том числе:

  • система с использованием гидравлических захватов для проведения испытаний на прочность при растяжении и сжатии, а также для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона;

  • набор температурных исследований, применяемый в комплексе испытаний на растяжение и изгиб, адгезионную прочность на сдвиг, определение модуля упругости при изгибе, прочности при межслоевом сдвиге, прочности на сдвиг в плоскости листа;

  • система испытаний на удар, включающая испыта- ние на удар падающим грузом;

  • система анализа деформированного состояния, предназначенная для проведения полноценного анализа деформации при испытаниях материалов, изделий и конструкций;

  • система испытаний в различных климатических условиях, использующаяся при подготовке образцов для ускоренных испытаний на климатическое старание (мороз, тепло/влажность, ультрафиолет с дождеванием, выдержка в различных химических средах). Также промышленные мощности ООО «Нанотехнологический центр композитов» позволяют разрабатывать и производить продукты по индивидуальным требованиям заказчика. Благодаря современному оборудованию возможно применение таких технологий, как инфузия, пултрузия, намотка, контактное формование, напыление и т.п.

  

  ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ В ОБЛАСТИ ПРОИЗВОДСТВА, ИСПЫТАНИЙ И ДИАГНОСТИКИ КОМПОЗИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

  На базе ООО «Нанотехнологический центр компо- зитов» проводятся различные исследования и испытания методов диагностики труб. Так, например, в 2014 году проходили испытания стеклопластиковой трубы с системой диагностики на деформацию (рис. 5), которая включала в себя оптоволоконные температурные датчики с широким диапазоном, тензодатчики (привариваемые или приклеиваемые эпоксидной смолой), датчики деформации для металлических и композитных объектов, а также датчик давления с резьбовым креплением (рис. 6). Это позволило получить всестороннее представление о поведении трубы в различных условиях эксплуатации (рис. 7).

  

  Кроме того, были разработаны и апробированы несколько методов неразрушающего контроля композитных труб (рис. 8). Для предотвращения потенциального прорыва труб используется тепловизионное исследование, которое позволяет выявить наиболее уязвимые места трубопровода. Для комплексной диагностики можно использовать как рентгеновский метод, так и метод активной термографии, которые позволяют обнаружить практически все дефекты труб (расслоения, трещины и т.п.) Для дальнейшей работы в этом направлении для определения эффективного метода диагностики и определения остаточного ресурса композитной трубы необходима совместная работа с нефтяными и газодобывающими компаниями не только в рамках испытательного центра, но и непосредственно на эксплуатационных площадках. От качества определения остаточного ресурса, а также от своевременности определения слабых мест зависит сокращение числа порывов на трубопроводах, расширение диапазона применения композитных труб, а также изменение отношения к ним на рынке.

  

  ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

  Вопрос: Алексей Станиславович, скажите, пожалуйста, вы сейчас уже готовы проводить диагностику трубопроводов в реальных полевых условиях и выдавать отчеты?
  Алексей Волков: На данный момент нет, но где-то через два-три месяца, думаю, появится такая возможность.

  Вопрос: А есть разработанные методики, методички?
  А.В.: Пока нет, потому что их нужно нарабатывать и разрабатывать.

  Вопрос: Вы говорите, что около 30% отказов на стеклопластиковых трубопроводах происходят по причине неправильного применения труб данного типа. Может быть, тогда нет смысла делать акцент на исследовании труб, а обратить внимание на вопросы их применения? Возможно, если мы правильно их нач- нем применять, то и количество отказов существенно сократится?

  А.В.: Я с Вами полностью согласен, но Ростехнадзор вам не даст их эксплуатировать без методов диагностики. Дело в том, что сейчас магистральные трубопроводы регулярно проходят диагностирование на коррозию. Та же самая ситуация и по композитным трубам.

  Вместе с тем, нужно, конечно, работать с проектными институтами, и именно организация такого центра позволит, так скажем, компетентно оценивать правильность подбора и применения в проекте композитных труб.

  Вопрос: Вы привели много данных, касающихся механических испытаний, различных методов. А есть ли у вас результаты уже механических испытаний труб с длительным сроком эксплуатации?
  А.В.: Когда мы обратились в одну из компаний с просьбой предоставить нам возможность диагностики и замены сегментов композитного трубопровода нашего производства, то получили отказ из-за нежелания останавливать добычу сырья. На данном участке труба эксплуатируется более 8 лет. Но если компания решит остановить трубопровод и его демонтировать, тогда мы сможем в полной мере его испытать и произвести диагностику.

  Вопрос: Скажите, пожалуйста, какие методы представляются Вам наиболее перспективными для проведения именно эксплуатационной диагностики?
  А.В.: Очень сложный вопрос, и здесь я не готов однозначно сказать, какой метод эффективный и что надо выбирать. Поэтому я и предлагаю организацию такого центра, который помог бы систематизировать имеющийся опыт эксплуатации композитных труб, смог разработать методы диагностики подо- брать и рекомендовать для этого необходимое оборудование, проводить ди- агностику на предприятиях производителях и эксплуатирующих организациях.

  ВОЛКОВ Алексей Станиславович

  Руководитель направления промышленных трубопроводов ООО «Нанотехнологический центр композитов»