Полиэтиленовые армированные трубы как альтернатива
для строительства сетей газораспределения

Полиэтилен — это термопластичный полимер белого цвета, который стал привычным для каждого человека, так как применяется для изготовления таких предметов, как упаковочные пакеты, бутылки для воды и многое другое. Как материал он был открыт в 1933 году, промышленное же производство полиэтилена высокого давления берет начало в 1939 году в Англии. С тех пор этот материал получил широкое распространение во многих странах, а в России начал активно применяться с 1960-х годов и продолжает свое развитие по сей день.

Полиэтилен применяют в самых разных сферах промышленности, в том числе, в газоснабжении. Нормативная документация отдает предпочтение использованию этого полимерного материала в связи с его преимуществами, основное из которых — срок эксплуатации, который составляет 50 лет (для сравнения, срок эксплуатации стального газопровода — 40 лет). Полиэтиленовый газопровод не требует установки электрохимической защиты, так как устойчив к агрессивным химическим веществам и не нуждается в гидроизоляционных материалах, что уменьшает затраты и сроки на строительство газопровода. Кроме того, строительство полиэтиленового газопровода дешевле стального за счет уменьшения затрат на проведение земляных работ, поскольку допускается прокладывать его в узкой траншее шириной до диаметра укладываемой трубы. Полиэтиленовая труба в семь раз легче стальных аналогов, что позволяет укладывать ее без использования тяжелой грузоподъемной техники и таким образом снизить затраты. Плюс ко всему, для соединения полиэтиленовых труб со стальными используют неразъемное соединение «полиэтилен-сталь», что дает возможность заменять или ремонтировать газопровод небольшими участками.

Несмотря на ряд преимуществ полиэтиленовых газопроводов, главный их недостаток заключается в невысокой максимальной величине рабочего давления полиэтилена — 1,2 МПа. Для усовершенствования материала заводы-изготовители в настоящее время активно занимаются его модификацией, например, армированием. Такие трубы представляют собой конструкцию, состоящую, как правило, из трех слоев: двух из полиэтилена и армирующего слоя между ними. Для образования неразъемных (сварных) или разъемных (фланцевых) соединений на концах труб предусматривают законцовки, которые заранее приваривают в заводских условиях сваркой трением.

На рис. 1 и 2 представлены полиэтиленовые армированные трубы с законцовками под сварку и под фланцевое соединение.

Рис. 1. Сварное соединение полиэтиленовых армированных труб, выполненное сваркой встык.
1 — верхний слой полиэтиленовой армированной трубы; 2 — армирующий слой полиэтиленовой армированной трубы; 3 — внутренний слой полиэтиленовой армированной трубы; 4 — законцовка под сварку

В настоящее время для газораспределения используют два типа армирования: стальным сетчатым каркасом и синтетическими нитями.

Крепкую позицию на рынке занимают полиэтиленовые трубы, армированные сварным сетчатым стальным каркасом, которые предлагаются с 1977 года. Такие армированные полиэтиленовые трубы производят методом экструзии полимерных материалов с одновременным армированием сетчатым каркасом из стальной проволоки, в котором продольная и радиальная намотка сварены между собой методом контактной сварки в каждой точке пересечения.

Рис. 2. Фланцевое соединение полиэтиленовых армированных труб.
1 — верхний слой полиэтиленовой армированной трубы; 2 — армирующий слой полиэтиленовой армированной трубы; 3 — внутренний слой полиэтиленовой армированной трубы; 4 — законцовка под фланцевое соединение; 5 — фланец

В 2003 году на рынке появились полимерные трубы, армированные синтетическими нитями. Наружный и внутренний слои этих труб выполнены из полиэтилена с минимальной длительной прочностью MRS 10,0 МПа (ПЭ 100). Армирование трубы производится полиэфирными малоусадочными нитями с повышенной адгезией с пределом прочности 900 МПа.

Армирование полиэтилена увеличило и без того широкий ряд его преимуществ. Металлический каркас и синтетические нити придали трубам высокую прочность. Согласно документации предприятий-изготовителей полиэтиленовые трубы, армированные стальным каркасом, рекомендуется применять: для добычи и транспортировки нефти и газа; транспортировки кислот, щелочей, продуктов с высоким содержанием солей; для подземного и кучного выщелачивания цветных и редкоземельных металлов; в горной промышленности — при транспортировке агрессивных пульп (руда, смешанная с водой); для транспортировки воды и применения в теплоснабжении, канализации и других средах городского хозяйства; при бурении артезианских скважин в качестве обсадных труб; для транспортировки соленой воды, строительства трубопроводов в соленой воде.

Полиэтиленовые трубы, армированные синтетическими нитями, применяются для строительства нефтепромысловых трубопроводов (выкидные нефтепроводы, нефтегазосборные коллекторы, низконапорные водоводы системы ППД, технологические трубопроводы), спортивных сооружений и комплексов, систем искусственного снегообразования (СИС).

Рабочее давление полиэтиленовых армированных труб для распределительных газопроводов природного газа составляет до 1,2 МПа, для других областей — от 4,05 до 9,1 МПа (в зависимости от диаметра). Трубы, армированные стальным сетчатым каркасом, имеют более тяжелый вес, что при прокладке под водными преградами значительно уменьшает количество пригрузов. Трубы, армированные синтетическими нитями, более гибкие и упругие, что позволяет выполнять их повороты упругим изгибом с радиусом от 25 номинальных наружных диаметров.

Несмотря на все вышеперечисленные преимущества, для сетей газораспределения такие трубы имеют существенный недостаток — особенности осуществления ремонта. Он предполагает вырезку целой трубы, что связано со значительными затратами. Хотя, по статистическим данным заводов-изготовителей, ремонту подлежит небольшой процент газопроводов, и в целом для прямолинейных участков это неплохой вариант. Однако для участков с большим количеством врезок это становится проблематичным. Кроме того, поврежденный участок трубы нельзя заменить на месте проведения ремонта, необходимо изготовить новую трубу с установленной законцовкой.

С учетом постоянного развития отрасли велика вероятность, что подобные недостатки удастся устранить и полиэтиленовые армированные трубы станут достойной альтернативой полиэтиленовым трубам и трубам из стали.

В настоящее время требования к проектированию, строительству и эксплуатации полиэтиленовых армированных газопроводов установлены только стандартами организаций, нормативных документов, устанавливающих единые требования на территории России пока нет. В 2018 году в рамках деятельности подкомитета ПК 4 «Газораспределение и газопотребление» и технического комитета по стандартизации ТК 23 «Нефтяная и газовая промышленность» АО «Гипрониигаз» начало разработку национального стандарта ГОСТ Р «Системы газораспределительные. Требования к сетям газораспределения. Часть 4. Газопроводы армированные полиэтиленовые». Этот документ устанавливает требования к проектированию, строительству, реконструкции и эксплуатации газопроводов сетей газораспределения из армированных полиэтиленовых труб с максимальным рабочим давлением не более 1,2 МПа включительно, при температуре стенки трубы от –20 °C до +40 °C, транспортирующих природный газ по ГОСТ 5542. Внедрение этого стандарта позволит расширить применение полиэтиленовых армированных труб для проектирования и строительства газопроводов.