Технологии ремонта газопровода без прекращения перекачки газа

Давление на выходе насоса при подаче композитного материала в кольцевой зазор поддерживается на уровне 7-10 атм.

Композитный материал в кольцевом зазоре затвердевает до требуемой прочности в течение 24 часов. После отверждения композитного состава в кольцевом зазоре все выступающие детали (входные и выходные патрубки, контрольные и установочные болты) на цилиндрической поверхности муфты  удаляют и оставляют гладкую внешнюю поверхность для нанесения изоляционной ленты [4].

Композитно - муфтовая технология универсальна и применима для  ремонта дефектов различных типов:

• потерь металла коррозионного и механического происхождения любой протяженности и глубиной до 90% от толщины стенки;
• расслоений, в том числе с выходом на поверхность и примыкающих к сварным швам;
• дефектов в сварных швах (продольных, кольцевых, спиральных) типа непроваров, подрезов, смещения кромок и других;
• вмятин, гофр, в том числе в сочетании с рисками и коррозией;
• трещин в основном материале и сварных швах (длиной до радиуса трубы и глубиной до 70% от толщины стенки трубы).

Последние разработки показали, что метод композитно-муфтовой технологии может быть также использован для ремонта внутренней коррозии и незначительных дефектов утечки. В большинстве случаев отремонтированный участок прочнее примыкающей неотремонтированной трубы [6].

Агрессивная внутренняя коррозия, в конечном счете, проникает в стенку трубы, но при наличии КМТ на дефекте связь между сталью и композитом не позволяет продукту перемещаться вдоль поверхностей.

Преимущества:

• полное восстановление прочности и долговечности отремонтированных участков трубопровода;
• унификация технологии ремонта дефектов трубопровода различных типов и размеров;
• исключается необходимость остановки перекачки газа на время ремонта, в результате чего:
• значительно снижается трудоемкость и стоимость ремонта;
• повышается безопасность ремонта за счет исключения сварочных работ на поверхности действующего трубопровода.

 

2.3. Способ ремонта сквозных отверстий магистрального газопровода полимерным рукавом

 

Традиционное ведение  ремонта и реконструкции существующих сетей предполагает ведение земляных работ (разработка выемок), проведение при необходимости специальных работ, последующее восстановление дорожных покрытий и ландшафта. Однако современный город настоятельно требует изменений в методике прокладки газопроводов. Все больший упор делается на обновление существующих газопроводов закрытым способом, особенно в местах, насыщенных пешеходами и транспортом, где вскрытие дорожного полотна и продолжительные работы создают неудобства сотням тысяч людей, оборачиваются потерями средств и времени [1].

Предлагаемый метод  позволяет проводить ремонт сквозных отверстий газопровода без остановки процесса перекачки и основан на введение в полость действующего газопровода гибкого полимерного рукава, способного работать под давлением перекачки (Рис.2.10.).

Рис.2.10. Ремонт газопровода с применением полимерного рукава

1-полимерный  гофрированный рукав (в рабочем  положении); 2- ремонтируемый трубопровод; 3- герметизирующий слой; 4- дефект.

Полимерный рукав –  термопластичная труба, конструкция  которой состоит из слоя полимера, стойким в агрессивных перекачиваемых средах, и армирующего подслоя, из стеклоткани, капроновой, базальтовой или х/б ткани [3].

Работа по восстановлению трубопровода, отключенного от действующей  сети и освобожденного от транспортируемой среды, начинается с технического обследования при помощи самоходных видеокамер. Следующей операцией является очистка от отложений и грата (валик металла, выдавленный из зоны сварки, вдоль шва) при помощи скребков различной конструкции, поршней и другого оборудования.

Непосредственно перед установкой рукав пропитывается эпоксидной смолой и, проходя через вальцы, наматывается на бобину реверс-машины, расположенную внутри большого металлического сосуда, находящегося на транспортном средстве, в котором также смонтированы парогенератор, электрогенератор и компрессор. Свободный конец шланга закрепляется на обратном фланце [9].

 Ввод рукава в полость трубопровода предполагается производить при помощи устройства для врезки под давлением; диаметр врезки зависит от диаметра вводимого рукава и в среднем составляет 25-34см. Доставка рукава до отверстия будет производиться при помощи гибкого жесткого троса либо гибкой полимерной трубки диаметром 20-30мм [1, 3].

Начало рукава заводится  в существующую трубу, и он начинает выворачиваться до самого конца ремонтируемого отрезка.

На объекте к реверс-машине подключается компрессор и с помощью  сжатого воздуха начинается инверсия (выворачивание) шланга-чулка в ремонтируемый  трубопровод (Рис.2.11.).

Рис.2.11. Схема нанесения внутреннего защитного покрытия

1 – автомобиль  с оборудованием для установки  рукава; 2 – полимерный рукав; 3 –  компрессор; 4 – ремонтируемый участок  газопровода.

 

После прохождения полимерного рукава через восстанавливаемый участок газопровода в него подается смесь сухого пара высокой температуры для интенсификации процесса затвердения клея. Остатки воздуха удаляются через металлические трубки на конце рукава. Происходит прогрев рукава, смола твердеет и крепко приклеивается к старой трубе. Этот процесс занимает 1-6 часов. Далее рукав медленно остывает [9, 12].

После того, как гибкий рукав полностью остынет, дефект газопровода заполняется композитным материалом. Для этого необходимы высоконаполненные композитные материалы с высоким содержанием металлов и керамики [3].

Нанося пастообразные композиты на металлы за счет адгезивных свойств, удается герметизировать повреждения, нарастить изношенный металл, ликвидировать коррозионные и эрозионные дефекты.

После отвердевания высоконаполненные  композиты приобретают основные свойства металлов - цвет, структуру, возможность механической обработки - шлифовки, фрезеровки, сверления, полирования, нанесения различных покрытий. При этом материалы приобретают новые качества, главное из которых - антикоррозионное свойство.

После ремонта полимерным рукавом газопровод восстанавливает свою герметичность и способен противостоять внешним нагрузкам [9, 12].

Преимущества:

• внутренняя полимерная пленка (рукав) обладает следующими свойствами:
• химически стойкая к транспортируемому газу;
• высокая морозостойкость;
• чрезвычайно низкие газопроницаемость и водопоглощение;
• высокие термомеханические свойства;
• не производится стравливание огромного количества газа;
• бесперебойная поставка газа потребителю;
• экономия времени на проведения восстановительных работ;
• полное восстановление прочности и долговечности отремонтированных участков трубопровода.

 

2.4. Напыляемые полимочевинные эластомерные покрытия

 

Большие проблемы в газовой отрасли на сегодняшний день связаны с выбором и применением наружных антикоррозионных покрытий, наносимых в трассовых условиях, как на линейные участки газопроводов, так и на элементы сложной конфигурации: фасонные соединительные детали, гнутые отводы, запорная арматура газопроводов [1].

Современный уровень  развития науки и техники ставит ряд задач по созданию нового поколения полимерных веществ и материалов.

Большинство традиционных полимерных покрытий (эпоксидных, полиэфирных, акриловых, хлорсульфополиэтиленовых, каучуковых, и др.) наносятся тонкими  слоями в несколько проходов с  длительной промежуточной сушкой и отверждаются только при положительных температурах в течение от нескольких часов до нескольких суток [8,12].

В настоящий момент полимочевина и гибриды на основе полимочевины являются самыми перспективными среди  возможных материалов обладающих высокой абразивной устойчивостью и стойкостью к химическим реагентам.

Полимочевина (или полимочевинный эластомер) — это органический полимер, который образуется в результате реакции изоцианата с готовой смолой полиэфира амина, образуя состав, подобный пластмассе или очень твёрдой резине.

Полимочевина – двухкомпонентный материал, который наносится на поверхности путём распыления специальным оборудованием, обеспечивающим высокое давление и смешивание компонентов, хотя существуют так же виды и ручного нанесения. В результате применения обеих техник несения получаются полимерные покрытия и мембраны [8].

Покрытие обладает антикоррозионными  и антиабразивными свойствами, а  так же высокой химической стойкостью и диэлектрическими свойствами.

Материалы данной группы имеет два компонента: многофункциональный преполимер изоцианата и смесь полиолов и аминов, состав которой меняется в зависимости от формулы продукта и его конечного применения. При смешивании материалов с помощью оборудования высокого давления при повышенной температуре образуется высоко-качественный полимочевинно-полиуретановый эластомер (Рис.2.12).

Рис.2.12. Реакция образования полимочевины

Компонент «Б» (изоцианат, отвердитель), представляющий собой в данном случае форполимер с концевыми изоцианатными группами, что дает основание классифицировать полимочевину как одну из разновидностей полиуретанов.

Основой компонента «А» полиуретановых систем служат полиолы - простые и/или сложные полиэфиры с концевыми гидроксильными группами. Как правило, для ускорения реакции образования полиуретанов используют добавки катализаторов. Основой компонента «А» полимочевины служат полиэфирамины с концевыми аминогруппами, намного превосходящими гидроксильные группы по реакционной способности с изоцианатами. Реакция образования полимочевины проходит очень быстро (5-15 сек) даже на холодных поверхностях и не нуждается в катализаторах, то есть является автокаталитической [8].

Все технические характеристики полимочевинного эластомерного  покрытия приведены в соответствующей таблице (табл. 2.1).

Таблица 2.1

технические характеристики полимочевинного эластомерного покрытия

Наименование показателя	Фактические данные испытаний
Диэлектрическая сплошность	Отсутствие пробоя при напряжении 20кВ
Адгезия к стали методом отслаивания  полосы покрытия под углом 90 °, Н/см	92– 110
Ударная прочность покрытия, Дж, при  температуре испытаний: (-40±3) °С (20±5) °С (40±3) °С	более 34 более 34 32/34
Площадь катодного отслаивания  покрытия, см², после 30 суток испытаний в 3% растворе NaCl при потенциале поляризации 1,5 В при температуре: (20±5) °С (40±3) °С (60±3) °С (80±3) °С	0,4 3,3 5,0 4,5
Сопротивление пенетрации, мм, не более, при температурах: (20±5) °С (60±3) °С (80±3) °С	0,07 –  0,08 0,56 –  0,64 1,28 –  1,62
Водопоглощение после 1000 ч. испытаний при температуре (20±5)°С, %	2,98
Относительное удлинение при разрыве, при температуре (20±5) °С, %	345 – 397
Прочность при растяжении, при температуре (20±5) °С, МПа	19,7 – 22,5
Устойчивость покрытия к термоциклированию: от -50°С до +20°С от -60°С до +20°С	выдержало 10 циклов выдержало 10 циклов

Качество полимочевинного  покрытия в значительной степени  зависит от подготовки поверхности. Хотя применение грунтовки при защите металла необязательно, все же в  большинстве случаев желательно использовать систему покрытия, чтобы избежать образования дефектов и дополнительных затрат по устранению брака [12].

Перед нанесением покрытия поверхность следует очистить от грязи, масел, продуктов коррозии и других загрязнений до начала абразивной обработки. Температура на поверхности изделия перед очисткой должна быть выше точки росы не менее чем на 3°С.

Металлическая поверхность  должна быть очищена от продуктов  коррозии методом абразивной (дробеструйной) очистки, абразивными порошками (купер-шлак, топочные шлаки, корунд и др.) или сухим речным песком до "металлического блеска" (степень 1 по ГОСТ 9.402 или Sa 2½ по ISO 8501-1) и степени шероховатости (Rz) 40-120 мкм (по ISO 8503-1). Затем поверхность должна быть обеспылена продувкой сухим очищенным сжатым воздухом до соответствия по степени запыленности эталонам 2-3 по  ISO 8502-3 [1, 8].

Нанесение покрытия должно производиться на очищенную сухую  поверхность изделий не позднее, чем через 2 -3 ч после завершения процесса очистки. При этом температура окружающей среды и поверхности изделий  должна быть не ниже плюс 5-10^oC, а влажность воздуха не превышать 80% [8] (Рис.2.13.).

Рис.2.13. Нанесение полимочевинного эластомера на газопровод в трассовых условиях

 

При температуре деталей  ниже 5°С производят их подогрев до температуры, превышающей точку росы не менее чем на 3°С. Перед началом работ по нанесению покрытия каждый компонент должен быть тщательно перемешан. Покрытие наносится напылительной установкой, методом «горячего» безвоздушного распыления с помощью пистолета высокого давления. Толщина покрытия, наносимого за один проход – от 0,4 до 6 мм. Время отверждения покрытия от 5-60 сек. Быстрое время реакции полимочевины позволяет наносимому покрытию не реагировать с влажностью воздуха и влажностью основания, поэтому материал может быть легко нанесен по холодному или влажному основанию.

Обязательным условием для получения полимочевинного  покрытия надлежащего качества является хорошее смешивание компонентов  «А» и «Б». Поскольку скорость их реакции высока, смешивание должно происходить за очень короткое время. Этому требованию отвечают специальные двухкомпонентные распылительные установки, обеспечивающие точное дозирование компонентов «А» и «Б» в заданном соотношении (обычно 1:1 по объему), под давлением 150-250 атм и при температуре 60-80°С, и тонкое распыление смеси с помощью самоочищающегося распылительного пистолета, снабженного смесительной камерой высокого давления. Подогрев компонентов нужен для снижения вязкости каждого из них до уровня ниже 100 мПа*с, одного из важных условий качественного смешивания. Чем выше температура и давление компонентов, тем тоньше их смешивание и выше физико-механические свойства полимерной пленки. Обычные двухкомпонентные дозаторы низкого и среднего давления со статическими или механическими смесителями и промывкой смесительной камеры растворителями, широко применяемые для переработки менее реактивных систем, таких как эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные смолы, для полимочевины непригодны [1, 8].