Применение неметалических материалов для повышения надежности нефтегазопроводов

Ключевые слова: трубопроводный транспорт, коррозия трубопровода, неметаллические материалы, стеклопластиковая труба, гибкая труба.

Key words: pipeline transport, pipeline corrosion, non-metallic materials, fiberglass pipe, flexible pipe.

нефтегазопровод полимерный композит надежность

Трубопроводы играют существенную и динамичную роль в транспортировке сырой нефти и природного газа. Сырая нефть и природный газ содержат различные агрессивные примеси, такие как CO2, H2S, вода и микробы. Коррозия CO2 и H2S являются наиболее распространенными формами коррозии. На скорость внутренней коррозии в арматурах и трубопроводах влияют содержание CO2 и H2S, вода, скорость потока и состояние поверхности материала.

Внутреннюю коррозию трубопровода можно уменьшить несколькими способами: выбор подходящего материала, использование ингибиторов коррозии, металлических и неметаллических футеровок или покрытий. Практика использования неметаллических материалов для труб (НМТ) при добыче и транспортировке нефти и газа становится жизнеспособным и надежным решением для борьбы с коррозией.

К НМТ относятся полимеры, композиты. Такие материалы находят применение, как в наземных, так и в морских трубопроводах. Преимущество НМТ заключается в малом весе и лучшей коррозионной стойкости по сравнению с металлами. Однако возможность проникновения при высоких температурах-давлениях углеводородов и кислых газов ограничивает их применение. Таким образом, систематическая оценка возможных механизмов и фаз деградации имеет решающее значение для успешного использования материалов НМТ.

Коррозия в нефтегазопроводах

Различными частями, подверженными внутренней коррозии, являются скважинные трубы, наземные трубопроводы, сосуды под давлением и резервуары для хранения. Внутренняя коррозия может привести к катастрофическому отказу, вызывающему серьезные последствия для населения, имущества и окружающей среды. 70 % отказов трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности происходят из-за коррозии, и 58% из них коррозия внутреннего характера.

Коррозионно-стойкие сплавы считаются лучшим вариантом, но их использование со временем сокращается из -за высоких капитальных затрат. Для защиты были созданы покрытия, которые используются для создания барьера между рабочим трубопроводом и текучей средой. Он может быть металлическим и неметаллическим.

Неметаллические материалы

Неметаллические материалы для труб состоят как из полимеров, так и из композитов и уже много лет используются в качестве внутреннего покрытия. В случае внутренней коррозии труб использование термопластичных вкладышей для защиты является возможным вариантом для продления срока службы трубопроводов и снижения затрат на техническое обслуживание. Этот метод перебазировки был впервые использован в Европе и Северной Америке. Они обладают многими уникальными свойствами, включая малый вес, коррозионную стойкость, химическую инертность и превосходную устойчивость к нагреву и возгоранию.

Среди термопластов полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полиамид (ПА11, ПА12) и поливинилиденфторид (ПВДФ) являются наиболее распространенными полимерными материалами, используемыми в трубопроводной промышленности. Композиты материалов НМТ делятся на две группы: ПАВ (пластик, армированный волокном) и ПАЭ (эпоксидная смола, армированная волокном). Матрица может быть изготовлена из термопластичных, термореактивных и эластомерных материалов, а армирование -- из стекла, арамида и углерода. Данное сырье используется для изготовления конечной композитной трубы, такой как труба из армированной термореактивной смолы, труба из армированного термопласта и термопластичная композитная труба по новейшей технологии.

На рисунке 1 показаны различные слои внутри трубы из армированного стеклопластика (GRP)

Рисунок 1 - структура стеклопластиковой трубы

Гибкие трубы

Гибкие трубы используются из-за их гибкости и прочности в морских системах добычи и транспортировки. Неметаллические трубы, в том числе армированные термопластичные трубы (АТТ), термопластичные композитные трубы (ТКТ) и гибкие композитные трубы (ГКТ), вводятся вместо жестких трубопроводов. Внутренний и внешний слои выполнены из термопластичных материалов, а армирование состоит из стекловолокна, арамидного волокна, GRE и стальных кордов. Они по структуре подразделяются на связанные и несвязанные. В связанных тубах арматурная сталь заделана в полимер, а в несвязанных используется одинарная полимерная труба, помимо стального покрытия.

ПВДФ является вязкоупругим материалом, и он становится тоньше, а не образует шейку при приложении напряжения, что является одной из причин его использования в гибких трубах. Полиамид уже 30 лет используется в гибких трубах из-за его способности выдерживать механические нагрузки в динамических условиях. Пластификаторы добавляются для повышения эластичности и снижения прочности. PA11 и PA12 могут использоваться в диапазоне температур до 100 °С для транспортировки сырой нефти. На рисунке 2 показана слоистая структура гибкой трубы.

Рисунок 2 - Гибкая труба

Неметаллические материалы все чаще используются в нефтяной и газовой промышленности из-за их отличительных особенностей, таких как устойчивость к коррозии, легкий вес, простота установки и низкие затраты на техническое обслуживание. Как и их металлические аналоги, они имеют определенные ограничения, такие как химическая деградация, влияние старения и ограничения на проверки. Осмотр и мониторинг неметаллических труб, используемых в нефте- и газопроводах, необходимо проводить через регулярные промежутки времени. Мониторинг дает раннее указание на ущерб, который повлияет на актив предприятия в долгосрочной перспективе.

Сегодня США и Китай являются крупными потребителями композитов. Северная Америка, вероятно, останется основным регионом употребляемые полимерные трубы из-за:

- Растущее осознание преимуществ композитных материалов;

- Увеличение числа проектов инфраструктуры природного газа.

В настоящее время нефтегазовая промышленность имеет достаточно высокую объемную долю полимера в композитных трубах (от 40 до 50%), протянувшихся через огромную сеть трубопроводов протяженностью более двух миллионов километров по всему миру. Этот факт представляет собой огромные возможности для увеличения спроса на полимерные трубы при условии, что исследования и разработки будут сосредоточены на четырех основных областях:

- Расширение области применения труб из полимерных композитов;

- Усовершенствованные полимерные вкладыши;

- Мониторинг и осмотр композитных конструкций;

- Прогнозирование срока службы и пригодность к эксплуатации полимерных и композитных конструкций.

Вывод