Магистральные трубопроводы – это стратегические объекты, надежность и безопасность функционирования которых является первой задачей при их эксплуатации. Особенно это касается подводных частей трубопроводов, повреждения которых могут привести к катастрофическим последствиям. Поэтому крайне важно правильно выбрать покрытия, обеспечивающие надежную балансировку и защиту от механических повреждений. Какие покрытия сегодня предлагают российские производители?
Компания «Трубопроводные покрытия и технологии» является единственной производственной площадкой в РФ по нанесению наружного утяжеляющего и защитного бетонного покрытия с применением передовой технологии нанесения методом набрызга на поверхность стальных труб диаметром от 219 до 1 420 мм.
С момента запуска предприятия в 2015 г. данная продукция применялась в крупных российских проектах: МГ «Краснодарский край – Крым», Калининградский терминал СПГ, газоотвод к комплексу СПГ в порту Высоцк, МГ «Сила Сибири» и др. Предприятие было признано международным экспертным сообществом и получило допуск к участию в поставках для крупного проекта «Северный поток-2». Выпускаемая продукция прошла весь спектр квалификационных испытаний и сертифицирована ведущими международными и российскими обществами.
Основной функцией наносимого покрытия является надежная балластировка и защита трубопроводов от механических повреждений, а также агрессивного воздействия внешних сред.
Предприятие отличает высокий уровень механизации и автоматизации производственных процессов, а применение систем SCADA позволяет полностью автоматизировать контроль и управление технологическим процессом в режиме реального времени, что позволяет соединить в одной технологической операции изготовление, транспортирование, укладку, уплотнение бетона, а также его последующую тепловлажностную обработку.
Анализ отказов
Сооружение трубопроводов в сложных условиях – чрезвычайно трудная задача. К сложным условиям относятся и агрессивные типы грунтов, приводящие к коррозии, и прокладка в горной местности, где может произойти механическое повреждение наружной поверхности трубопровода скальными грунтами, и строительство подводных переходов, разжижение грунта обратной засыпки с возникновением значительных подъемных сил, выталкивающих трубопровод с проектных отметок, воздействием гидродинамических нагрузок от гидродинамических процессов при шторме, ветровых, приливных и других течениях, лобовом сопротивлении потоку, при размытии и возникновении подъемных сил, приводящих к росту изгибных
напряжений в стенке труб, способных привести к серьезным дефектам, отказам и авариям.
К сложным условиям следует отнести и строительство в северной геокриологической зоне: в результате процессов, протекающих в многолетнемерзлых породах, трубопровод смещается с проектных отметок, труба может оголиться, что влечет ее повреждение.
Строительство трубопроводов в природоохранных зонах и на участках ненормативного сближения с объектами инфраструктуры сопряжено со значительными денежными затратами на компенсирующие мероприятия по предотвращению аварий и результатов их последствий.
Большое внимание защитным функциям бетонного покрытия должно быть уделено при морской прокладке трубопроводов. Шанхайский научно-технологический университет так ранжирует причины аварий стальных морских трубопроводов:
• Постановка судов на якорь – 21 %.
• Внешнее воздействие тралов и судоходства – 30 %.
• Коррозия – 26 %.
• Структурные дефекты – 7 %.
• Материал – 6 %.
• Стихийное бедствие – 5 %.
• Строительство (1 %), обслуживание (1 %), человеческий фактор (1 %), операционный сбой (1 %), другие причины (1 %) – 5 %.
Т.о., наибольшее число аварий на линейной части магистральных трубопроводов происходило по причине механических воздействий, а также вследствие коррозии, что свидетельствует о необходимости предъявления особых требований к прочностным свойствам бетонных покрытий и их стойкости к внешним воздействиям.
Защита трубопроводов
Анализ причин аварий в качестве основной задачи выявляет необходимость обеспечения защиты трубопровода от внешних механических воздействий. Защита может быть обеспечена за счет сплошного обетонирования, заглубления в траншею, засыпки или укладки защитных конструкций.
По мнению авторов, наиболее прогрессивным методом защиты, в значительной мере снижающим риск некачественного выполнения СМР, является строительство трубопроводов со сплошным обетонированием.
Набрызг-бетон (торкрет) – бетон, нанесенный на поверхность под давлением, с образованием уплотненного слоя, свойства которого отличаются от свойств обычного бетона. По сравнению с обычным бетоном торкрет обладает повышенной механической прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью, лучшим сцеплением с поверхностью обрабатываемой конструкции.
Нанесение бетонного покрытия на производственной площадке компании производится методом набрызга, на установке по нанесению покрытий, спроектированной и изготовленной мировым лидером в производстве оборудования для наружных защитных и балластных покрытий «Bauhuis». Приготовление бетонной смеси производится на стационарном бетонном заводе «ELKOMIX–135», интегрированном в технологический процесс производства обетонированных труб. Процесс приготовления смеси полностью автоматизирован. Однородность смеси обеспечивается автоматизированной системой контроля и управления дозированием материалов, процессом перемешивания материала, нанесения бетонного покрытия. Заполнители из бункеров-хранилищ после системы дозировки ленточным конвейером подаются в двухвалковый смеситель, в который из силосов с помощью шнеков через системы дозирования поступают вяжущее вещество и вода. В смесителе готовится бетон, который равномерно выгружается и через питающий и ускоряющий конвейер подается на валки. Валки, частота вращения которых составляет порядка 2000 об. / мин., производят набрызг бетона на вращающуюся трубу, перемещающуюся под валками на тележке обетонирования.
К преимуществам метода набрызга можно отнести:
– при производстве бетонного покрытия применяется сверхжесткая бетонная смесь с неизменным, определенным, низким водоцементным отношением, что способствует быстрому набору проектной прочности. Также может проводиться тепловлажностная обработка бетона в автоматизированных (SCADA системы) пропарочных камерах, позволяющих достигать проектной прочности на первые сутки отверждения. Прочность бетонного покрытия в возрасте 1–2 суток составляют от 50,7 до 66,0 МПа (при нормируемой для класса 37–40 МПа);
– применяемые для тепловлажностной обработки цементы I-й группы, портландцементы на низкоалюминатных клинкерах позволяют получать покрытие с прочностью в 28-суточном возрасте на 10–15 % превышающей прочность бетона естественного твердения;
– высокая отпускная прочность покрытия на сжатие, по сравнению с другими способами нанесения балластных и защитных покрытий. В общем случае прочность покрытия в возрасте 5–7 сут достигает 70 МПа. Стабильность результатов испытаний по всему массиву наносимого покрытия;
– высокая уплотненность покрытия, обеспечиваемая методом нанесения, позволяет получать бетон без воздухововлечения (отсутствие пор), что гарантирует его высокую механическую прочность, сплошность, однородность, а также повышенную трещиностойкость.
Помимо контроля прочности покрытия по всему массиву, качество покрытия гарантируется комплексом стендовых испытаний, при постановке продукции на производство.
Повышение надежности
Одной из главных причин отказа стальных трубопроводов является их наружная коррозия. Проникновение агрессивной среды в массив бетонного покрытия и воздействие перепадов температур приводят к снижению его прочности. В случае, когда покрытие подвергается действию морской воды, агрессивная среда классифицируется по воздействию солей. При действии попеременного замораживания и оттаивания агрессивная среда классифицируется по водонасыщению. При действии химических агентов из почвы, грунтовых вод, коррозионная среда классифицируется по присутствию агрессивных агентов.
В мировой практике, а также в действующем в качестве государственного стандарта РФ ГОСТ устанавливаются требования к бетонам и железобетонным конструкциям в зависимости от классов сред эксплуатации.
Учет данных требований обеспечивает срок эксплуатации труб не менее 50 лет.
Мероприятия по обеспечению коррозионной стойкости наружных бетонных покрытий, наносимых методом набрызга на производственной площадке компании, в соответствии с ГОСТ 31384–2008:
– разрешенные виды и марки (классы) составляющих бетона. Все заполнители, используемые для производства покрытий, имеют соответствующие заключения о пригодности к применению и стойкости (инертности) к воздействию агрессивных сред. Данные заключения выдаются после проведения широкого спектра испытаний заполнителей в аккредитованных сторонних зарубежных и отечественных лабораториях (АО «НИЦ «Строительство», ООО «Испытательная лаборатория «Стройэксперт», ADMATERIALS TECHNOLOGIES PTE LTD (Singapore);
– максимально допустимая величина водоцементного отношения. Неизменное, определенное, низкое водоцементное отношение (В/Ц). В общем случае данный параметр для набрызг-бетона значительно меньше 0,4 (В/Ц<0,4);
– минимально необходимое содержание цемента в бетоне. Содержание цемента в бетонном покрытии ≥ 400 кг/м3;
– отсутствие воздухововлечения. В результате нанесения набрызг-бетона на поверхность трубы под значительным давлением образуется уплотненный слой покрытия;
– минимальный класс бетона по прочности на сжатие. В общем случае отпускная прочность покрытия достигает 70 МПа (при нормируемой для класса 37–40 МПа);
– использование цементов высоких марок. При производстве бетонного покрытия применяются портландцементы не ниже ЦЕМI 52.5H (СЕМ I 52.5N). Нормированный по составу портландцемент Д0 (без добавок) марки 600 позволяет обеспечить прочность покрытия в возрасте 1–2 суток – от 50,7 МПа до 66,0 МПа (с учетом особых свойств покрытия, наносимого методом набрызга);
– специальные способы укладки и уплотнения бетонных покрытий (набрызг, торкретирование). Высокая уплотненность покрытия позволяет получать бетон с пониженной проницаемостью и, как следствие, высокой коррозионной стойкостью покрытия к воздействию агрессивных сред и воздействию окружающей среды (сульфатостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость и т.д.);
– применяемый портландцемент без минеральных добавок при производстве имеет уникальный минералогический и химический состав (массовая доля щелочных оксидов – 0,4 %), полностью соответствует требованиям спецификации проекта
«Северный поток-2» (портландцемент, пригодный для применения в морских условиях, ASTM C150 тип II) и относится к цементам I-й группы, портландцементы на низкоалюминатных клинкерах. А по некоторым своим свойствам приближается к
специальным цементам: C3S – 63,5 %; С3А – 6,5 %; С3А + С4AF – 17,6 %; Al2O3 – 4,8 %; MgO – 2,5 %. Нормируемый минералогический и химический состав применяемого цемента позволяет обеспечить повышенную сульфатостойкость, коррозиеустойчивость (как самого бетона, так и армирующих элементов), морозостойкость и трещиностойкость бетонного покрытия;
– общее количество химических добавок при их применении для приготовления бетона не должно составлять более 5 % массы цемента. При производстве бетонных покрытий добавки не применяются, так как отсутствуют надежные подтверждения обеспечения долговечности бетона при их применении.
Как видно из приведенного описания, наносимое методом набрызга бетонное балластное и защитное покрытия полностью соответствует требования ГОСТ 31384–2008, что полностью обеспечивает его долговечность и надежность при применении выпускаемых компанией обетонированных труб.
Область применения
Производимые компанией защитные покрытия имеют широкую область применения при различных способах прокладки трубопроводов:
• Бестраншейная прокладка по управляемой траектории переменного радиуса с торцевым приложением усилия протаскивания (например, горизонтально-направленное бурение).
• Бестраншейная прокладка по управляемой траектории переменного радиуса с боковым приложением усилия протаскивания (например, Direct Pipe).
• Бестраншейная прямолинейная прокладка с торцевым приложением усилия продавливания (например, прокол, продавливание, горизонтальное бурение, микротоннелирование).
• Бестраншейная прямолинейная прокладка или криволинейная прокладка с постоянным радиусом траектории при боковом приложении усилия продавливания (метод кривых).
• Траншейная прокладка укладкой с бровки траншеи, вантовые и балочные переходы.
• Траншейная прокладка протаскиванием по дну траншеи.
Кроме того, использование труб с защитным покрытием имеет следующее преимущества:
– исключение возможности повреждения антикоррозионного покрытия на этапах транспортировки, строительных или ремонтных работ и эксплуатации газопроводов за счет защитного бетонного покрытия труб, что обеспечивает увеличение срока службы объекта;
– повышенная механическая прочность покрытия, армированного пространственным арматурным каркасом и/или стальной сеткой, позволит минимизировать риски повреждения трубопровода при строительстве и эксплуатации, а также позволит в случае возникновения ЧС (аварий) значительно снизить результаты их последствий. Данный тип покрытия применяется при строительстве участка МГ «Сочи – Кудепста», проходящего в зоне ненормативного сближения с жилыми постройками, а также в районе особой экологической зоны курорта Сочи;
– при строительстве переходов трубопроводов способом наклонно-направленного бурения, при прокладке скважины в сложных геологических условиях для сохранности изоляционного покрытия трубопроводной плети могут применяться трубы с защитным покрытием, что позволяет отказаться от применения дорогостоящего кожуха из стальных труб, а также снизить затраты на проведение буровых работ (снижение диаметра ствола скважины);
– широкий диапазон плотностей защитных покрытий позволяет проводить балластировку трубопроводов при прокладке инженерных коммуникаций методом горизонтально направленного бурения. Находящийся в заполненном раствором буровом канале пустотелый трубопровод может всплывать и прижиматься к стенкам ствола скважины, увеличивая трение при протягивании. При значительной протяженности горизонтального участка скважины, для уменьшения величины плавучести трубопровода и снижения тяговых усилий, следует предусматривать балластировку трубопровода;
– применение труб с защитным покрытием на участках трубопроводов, оснащённых балластирующими устройствами охватывающего, кольцевого и других типов, позволяет осуществлять монтаж средств балластировки (СБ) непосредственно на покрытие, без использования средств защиты трубопровода (снижение трудозатрат на монтаж СБ, издержек на закупку средств защиты). При применении труб с НЗБ покрытием увеличивается балластирующая способность трубопровода (за счет веса покрытия), что позволяет увеличить шаг между СБ и, как следствие, снизить их количество или полностью от них отказаться.
Трубы с балластным бетонным покрытием могут быть успешно применены для строительства, ремонта и реконструкции подводных переходов трубопроводов, переходов через болота, укладки на обводненных участках местности и морских участках для обеспечения устойчивость проектного пространственного положения трубопровода и его защиты от внешних воздействий.
Автор:
Сипатров Владимир Игоревич,
ведущий инженер-технолог ООО «Трубопроводные покрытия и технологии»
Компания:
ООО «Трубопроводные покрытия и технологии»
Россия, 404103, Волгоградская обл.,
г. Волжский, ул. Александрова, 63 тел./факс: +7 (499) 705-18-58
e-mail: [email protected] www.concpipe.ru
