Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

20 JO

Рис. 2.19. Графики изменения во времени переходного сопротивления покрытия Rb из полиэтиленовой ленты в зависимости от температуры н скорости перемещения трубы:

/ - 34 с.м/мии: 2 - 57 см/мин; J- НО си/.мнп (сплошная линия - температура 20 °С, пунктирная - 70 °С): а - пссчаный 1рунт; б - глинистый грунт

грунтовой засыпки, примыкающей к трубопроводу (вследствие сезонных изменений влажности грунта, изменения уровня стояния грунтовых вод, изменения температуры транспортируемых продуктов и т. д.), происходит объемная усадка грунта. Вследствие наличия сцепления грунта с поверхностью изоляции в последней образуются значительные длительно действующие рас-

тягивающие напряжения. Все это способствует тому, что покрытие работает в условиях ползучести и по истечении некоторого времени эксплуатации разрушается с образованием елочкооб-разных трещин сверху трубы. Учитывая наличие «пазух» под Tpy6oji и сцепление засыпки с поверхностью изоляции, разрывную нагрузку можно условно представить в виде сил, приложенных к изоляции по обе стороны от верхней образующей трубы. Известно, что безопасный предел рабочей деформации для различных полиэтиленовых изделий можно считать равным 5 %. Указанный предел при температуре t = 40 °С достигается за год при напряжении растяжения 140-200 Н/см, а при = 60 °С - при напряжении растяжения 70-140 Н/см.

2. Результаты экспериментальных исследований.

Эксперименты по определению взаимодействия изоляции с грунтом при продольных подвижках были выполнены Б. И. Борисовым. Исследовалось изменение переходного сопротивления изоляции, определялось количество повреждений изоляции, касательные напряжения по контакту изоляция-грунт.

На рис. 2.19 приведены графики зависимости переходного сопротивления покрытия от времени прн различных режимах его испытания.

Анализ получаемых данных показывает, что с повышением температуры до -f-70 °С покрытие быстро выходит из строя в условиях комплексного воздействия указанных факторов. При этом песчаные грунты более агрессивны к изоляции при подвижках трубы, чем глинистые.

При температуре 20°С прн одной подвижке в сутки однослойная изоляция из полиэтиленовой ленты выходит из строя в песке и глине соответственно через 3 и 9 лет, а при 10 подвижках в сутки - через 90 и 330 суток.

Как показали результаты экспериментов, а этого и следовало ожидать, особенно опасным для покрытия является подвижка трубопровода в направлении навстречу нахлестам ленты. При этом происходит зацепление ленты с грунтом в торце ее нахлеста, что увеличивает усилие сдвига.

В табл. 2.5 приведены результаты испытания изоляционных покрытий с клеевыми и нсклеевымп обертками и без них при различных температурах в песке при скорости подвижки трубы 34 см/.мии.

Таблица наглядно иллюстрирует процесс изменения характеристик покрытия после подвижек труб в грунте.

Весьма важным является тот факт, что коэффициент влаго-е.мкости после испытания при 70 °С изоляционной ленты под оберткой с подклеивающим слоем приблизительно в 7 раз выше, чем исходной ленты, а под оберткой без клеевого слоя - почти в 3 раза выше, чем исходной лепты. Исследования показали, что проницаемость лент под обёрткамивыше, чем без оберток.

я с;

>.

3 <и

<и о.

о. о

о. с

« н 3 с

я н 2

S Я"

S ш 3

ш о. « о

I к ч а к о = S

Н О,

* « с

41 Elses ?. ? 3 5 ё g I

р £ я

n О о nj с

S о = 2

iflii

3 о.

od"

r~ CO

CO СЧ

Tf CO

>я Я

Ч 5-" a: a:

00 CO CO

о о

о о CM p.

о я н 3 с

2 ш S о

о >•

о \о а о

со со

1-~ 00

8 S i

§ § §

4 « о

2 Q. о

S I* S

2 я а,

к О)

4, с о О

о я й 5 я

ю 2j - о

смсо"

1? II

Для количественной оценки сопротивляемости изоляционных покрытий различных конструкций продольным подвижкам введем характеристику

К = -.

где п - число подвижек до разрушения испытуемого покрытия; П1 - число подвижек до разрушения эталонного покрытия, в качестве которого выбрано однослойное полиэтиленовое покрытие.

Защитный эффект полиэтиленовых покрытий различных конструкций по результатам испытаний при / = 70 °С составил:

Однослойных........ 1

Двухслойных........ 14

Однослойных с полиэтиленовой оберткой, имеющей клеевой слой.......... 10

То же, без клеевого слоя . . 8

При 1 = 20°с у однослойных покрытий к составит 43.

Из приведенных данных видно, что снижение температуры с 70 до 20 °С приводит к увеличению защитной активности однослойного полиэтиленового покрытия в 43 раза.

Применение оберточных материалов или второго слоя покрытия увеличивает защитную эффективность изоляционной системы при температуре 70 °С в 8-14 раз. Приведенные результаты показывают, что клеевая обертка улучшает защитную эффективность системы по сравнению с неклеевой в условиях подвижек трубопроводов при прочих равных условиях на 20 %.

3. Оценка сопротивляемости изоляционного покрытия при продольных подвижках труб.

Как отмечалось в п. 2, одним из основных воздействий, способствующих разрушению изоляции при перемещениях труб в грунте, является температура.

В связи с этим следует различать теплостойкость конструкции покрытия и термостойкость его материала, являющихся важными показателями, характеризующими способность материала сопротивляться воздействиям, возникающим при перемещении труб.

Теплостойкость покрытия оценивается возможностью последнего противостоять оплыванию и продавливанию твердыми грунтовыми частицами. За показатель теплостойкости изоляционных покрытий обычно принимается температура, при которой действующие напряжения вызывают заметное течение, т. е. необратимые деформации покрытия. Для большинства полимерных изоляционных лент и оберток уже при незначительных напряжениях эта температура лежит в пределах 100-120°С, а для битумно-полимерных мастик только 30-40 °С.

Под термостойкостью же изоляционных материалов понимается их устойчивость при повышенной температуре к химическому разложению. Термостойкость материала покрытия харак-

теризует его способность длительно сохранять основные эксплуатационные свойства при заданной температуре. Применительно к изоляции подземных трубопроводов термостойкость можно рассматривать как стойкость материала покрытия в условиях воздействия различных процессов старения и усилий со стороны грунта. С этой точки зрения термостойкость материала покрытий из расплавленного полиэтилена, эпоксидных композиций, а также двухслойных изоляционных покрытий из полиэтиленовых изоляционных лент, нанесенных по клеевой грунтовке и с однослойной полиэтиленовой защитной оберткой, не превышает 60 °С. Термостойкость всех видов поливинилхлоридных покрытий (ПВХ) не превышает 40 °С.

Термостойкость полимерных материалов почти всегда ниже их теплостойкости, и поэтому оценка пригодности покрытия для данной температуры делается по термостойкости изоляционного материала с учетом теплостойкости конструкции покрытия.

Следует подчеркнуть, что если изоляция исчерпала свою пе-сущуво способность, то это еп;е не означает, что она полиостью вышла из строя. Защитная способность ее может еще оставаться на достаточно высоком уровне. Чаще всего это имеет место в случае пленочных покрытий с клеевым слоем на основе бутилкаучука, наносимых но клеевой грунтовке, т. е. система «[клеевой слой - грунтовка» сама по себе обладает хорошими защитны.ми свойствами.

Несущая способвюсть изоляции подземных трубопроводов зависит от следующих факторов:

начального напряжения, приложенного к изоляции в момент нанесения его на трубопровод изоляциовшой машиной;

процессов старения изоляции;

BHCHJEiero давления грунта;

продольных перемещений трубопровода.

ИзоляциоЕШые ленты наносят иа трубопровод с усилием примерно 10 Н/см. С течением времени вследствие релаксации начальное напряжение уменьшается. Для полиэтиленового покрытия оно через 6-12 мес. становится практически равным нулво. В ПВХ покрытиях вследствие интенсивного протекания процессов старения возникавот усадочные напряжения, которые ko:.i-пенснруют убыль начального напряжения по причине релаксации, и к моменту перехода изоляции в стеклообразное состояние усадочные напряжения могут даже превысить начальное напряжение. В -лом случае изоляция работает на растяжение. При продольных перемещениях в изоляции возникают касательные напряжения, направленные в сторону, противоположную перемещению трубопровода (изоляция работает на сдвиг в продольном направлении трубопровода).

Вертикальноедавление грунта создает в каждой точке поверхности изолированного трубопровода две составляющие нагрузки на изоляцию: нор.мальную и касательную. Особенно

неблагоприятна вторая составляющая, сдвигающая покрытие в поперечном направлении. Касательное напряжение при этом изменяется по периметру трубы. Если в покрытии образовались видимые макротрещины, то процесс трещинообразования может ускоряться за счет увеличения расклинивающих нагрузок, определяемых поперечными касательными напряжениями от проявления поверхностно-активного действия вертикального грунтового давления.

Из сказанного следует, что изоляционное покрытие подземного трубопровода находится в сложном напряженном состоянии прежде всего из-за продольных и поперечных перемещений. Поэтому его несущую и защитную способности на участках подвижек трубопроводов можно оценить только при условии одновременного учета реальных условий работы трубопровода.

3 Заказ М 1690

www.no-fire.ru