Полімери, що використовуються в Європі при виробництві труб для газорозподільних мереж

Введення 

Загальна довжина газорозподільних мереж у всьому світі перевищує 5 млн. км. Тільки в США експлуатується понад 1,5 млн. миль газорозподільних трубопроводів. У цих системах використовуються труби, з різних матеріалів. У період первинної газифікації міст встановлювались переважно чавунні труби. Деякі з цих труб все ще знаходяться в експлуатації, що перевищує 125 років. Пізніше почали застосовувати сталеві трубопроводи. Починаючи з 50-х р.р. минулого сторіччя в газорозподільних системах почали застосовувати полімерні труби, наприклад, з твердого полівінілхлориду (PVC). У шістдесятих роках з'явилися поліетиленові (PE) труби, які зараз є найбільш поширеними. Надалі були розроблені й інші полімерні матеріали для газових труб: зшитий поліетилен (PEX), вдаростійкий полівінілхлорид (PVC-HI), поліамід (PA), а також багатошарові і армовані полімери (RTP). 

Використання різних матеріалів для труб в газорозподільних системах 

У таблиці 1 представлений короткий огляд застосовності різних матеріалів для труб, що використовуються в газорозподільних мережах. Під поняттям «газорозподільні мережі» розуміємо мережі, з максимальним робочим тиском газу до 16 бар. Така верхня межа використовується в європейській нормативній документації для систем газопостачання (наприклад, EN 12007). Згідно з європейськими нормами газорозподільна система поділяється на кілька класів тиску. Використовують низький клас тиску (до 0,1 бар), середній клас тиску (до 4 бар), і високий клас тиску (до 10 або 16 бар). Використовуємо цей поділ, щоб показати, які матеріали застосовні для різних класів тиску (див. таблицю 1).  

Таблиця 1. Вживання різноманітних матеріалів труб в газорозподільних мережах при різних тисках 

З таблиці видно, що все розмаїття полімерних труб може бути застосоване і для газорозподільних мереж. Полимерам віддається перевага через легкість монтажу трубопроводів з цих матеріалів в порівнянні з металевими трубопроводами, і менших витратах на обслуговування (немає проблем з корозією, не потрібен катодний захист). Газорозподільні мережі головним чином працюють при низьких (0,1 бар) і середніх (4 бар) тисках. Для цих класів тиску безумовно переважають труби з полімерних матеріалів, особливо з поліетилену типів РЕ 80 і PE 100. А з недавнього часу труби з поліетилену РЕ 100 заповнили проміжок і до 12 бар. Однак, поліетиленові труби поки мало використовуються в мережах, що працюють в діапазоні тиску 10 - 16 бар. Для цього класу розробляється безліч полімерних матеріалів, наприклад, поліамід та армовані полімери. Крім цих матеріалів, були розроблені або перебувають у стадії розробки пластмасові труби спеціального застосування, наприклад, для релайнінгу, застосовувані при підвищених і низьких температурах, використовані для відкритої прокладки і т.д. 
Для введення на ринок полімерних труб для газорозподільних мереж необхідно мати повний набір технічних вимог і характеристик виробу, щоб гарантувати довгострокове, безпечне і надійне використання. Безпека - це ключова особливість функціонування розподільних газових мереж, отже, і матеріали, що викоростовуються в цих системах, повинні відповідати всім вимогам безпеки. 

Стандартизація пластмасових трубопровідних систем для газопостачання 

У попередні десятиліття було випущено багато технічних умов для пластмас, які використовуються в газорозподільних системах. Спочатку ці вимоги розроблялись національними комітетами різних країн, часто під керівництвом національних газорозподільних компаній. Однак, з шістдесятих років попереднього століття був заснований технічний комітет (TC) при Міжнародній Організації по Стандартизації (ISO), який зайнявся розробкою вимог для полімерних труб, стиків і арматури, які застосовуються для транспортування рідких речовин, ISO/TC138. Міжнародна Організація по Стандартизації - це глобальна мережа, яка створює Міжнародні Стандарти відповідно до вимог бізнесу, держави і суспільства, розвиває їх у співпраці з галузями, які використовують їх, приводячи їх у відповідність з процедурами, заснованими на національній практиці, і поширює їх для використання у всьому світі. У підкомісії 4 (SC4) технічного комітету ISO/TC138 розробляються стандарти, технічні умови та керівні матеріали для полімерних труб і фітінгів для газопостачання. Багато років SC4 випускав переважно технічні умови для поліетиленових трубопровідних систем. Однак, в останні роки діяльність ISO/TC138/SC4 спрямована на застосування різноманітних матеріалів в полімерних трубах, які використовуються в газопостачанні. 
У Європі стандарти для полімерних газорозподільних трубопровідних мереж створювались також комітетом TC155 WG19 в межах CEN (Європейська Організація Стандартизації). Дії стандартизації в межах CEN та ISO міцно взаємопов'язані. У нашій статті ми розглядаємо тільки стандартизацію в межах ISO/TC138/SC4. 

Структура і робоча програма ISO/TC138/SC4 

На даний момент 24 країни є активними учасниками (У) ISO/TC138/SC4, тоді як 14 країн є спостерігачами (С). Підкомітет зазвичай збирається один раз на рік, і на зустрічі присутні до 50 членів від газових компаній, виробників, та випробувальних інститутів, заснованих в Африці, Америці, Азії, Австралії та Європі. Секретаріатом керує Kiwa Gastec Technologies в Нідерландах в особі Голландського Інституту Стандартизації (NEN). У межах SC4 існує кілька робочих груп, (таблиця 2). Ці робочі групи збираються регулярно (зазвичай кілька разів на рік), щоб запропонувати різні варіанти рішень і розглянути отримані результати. 

Таблиця 2. Робочі групи ISO/TC138/SC4

Зараз в результаті роботи ISO/TC138/SC4 створені 34 нормативи для полімерних трубопровідних мереж для газопостачання (таблиця 3). З яких 23 вже видані. Вони класифікуються як, Міжнародний Стандарт (IS), Технічні Умови (TS) або Технічний Звіт (TR). 

Статус нормативних документів для полімерних трубопроводів для поставок газу в межах ISO/TC138/SC4 

1. Поліетиленові трубопровідні системи 
Як згадувалось вище, в даний час поліетилен - найбільш широко використовуваний полімерний матеріал для труб в газорозподільних мережах. Це головним чином обумовлено тим, що основна частина газорозподільних мереж працює при тиску до 4 бар. При цьому тиску PE має найкраще співвідношення експлуатаційні характеристики / витрати. Поліетиленові трубопровідні системи мають дуже низькі гідравлічні втрати тиску газу, крім того, в них відсутні витоку газу [2]. При цьому слід відзначити наявність достатнього набору вимог для таких трубопровідних систем. Зараз існує повний перелік вимог Міжнародної Організації по Стандартизації для сировини, труб і фітінгів, виготовлених з поліетилену. Для зварювання РЕ труб також існують відповідні нормативні документи. Більшість вимог для PE трубопровідних газорозподільних системах оновлені з урахуванням останніх технологічних і конструкторських розробок. 

2. Трубопровідні системи з вдаростійкого ПВХ. 
У багатьох країнах газорозподільні мережі працюють переважно при тиску, що не перевищує 0,1 бар. Наприклад, газові підприємства комунального обслуговування Нідерландів більше 40 років тому вибрали для газорозподілу системи низького тиску, що працюють при 0,1 бар. Для такої газорозподільної мережі вдаростійкий полівінілхлорид виявився оптимальним вибором [5]. Монтаж труб виконується з використанням розтрубних з'єднань з гумовим ущільненням. До достоїнств варто віднести можливість легкого демонтажу будь-якої ділянки труби і розтину її. Серед головних недоліків - неможливість використання труб в бухтах. Досвід роботи з такою системою показав низький рівень відмов, а кількість витоків порівняні з витоками в поліетиленових трубопровідних мережах. У Нідерландах вимоги для цих систем використовуються багато років, а в 2006 р. з'явились і технічні умови Міжнародної Організації по Стандартизації. 

3. Інші полімерні трубопровідні системи 
Для більш складних умов роботи газорозподільних мереж (більш високі тиски газу, низькі і підвищені температури і застосування для зовнішньої прокладки) розроблені спеціальні полімерні трубопровідні системи. Одним з таких матеріалів є зшитий поліетилен (PEX), який має поліпшену термостійкість (що особливо важливо для низьких і підвищених температур) і відмінну стійкість до абразивного зносу. РЕХ призначений для використання в ситуаціях, де ці властивості важливі, наприклад, для зовнішньої прокладки в скелястих грунтах. У 2006 р. Міжнародна Організація по Стандартизації опублікувала повний набір нормативних документів для подібних трубопровідних систем. Деякі ділянки газорозподільних систем працюють і при більш високих тисках (понад 10 бар). Для цих цілей були розроблені такі полімерні матеріали, як армовані термопласти і поліамід. 
Армовані термопластичні трубопровідні системи (RTP) були розроблені для високих тисків (більше 100 бар) і високих температур (до 120 ° C), наприклад, у розвідці та ттранспортуванні нафти. Тому експлуатаційні характеристики таких трубопровідних систем значно перевищують потреби розподільних газових мереж, з відповідними витратами. Нещодавно була розроблена «полегшена» версія RTP, зроблена на замовлення для подачі газу під тиском приблизно до 20 бар [3]. Також була розроблена спеціальна технологія з'єднання, заснована на електрофузіонному зварюванні поліетиленових трубопровідних систем. Такі труби можуть бути намотані в бухти довжиною до декількох сотень метрів. На жаль, зараз існують тільки RTP труби діаметром 125 мм. Найближчим часом Міжнародна Організація по Стандартизації випустить технічні нормативи для такого класу трубопроводів (вимоги до труб і їх з'єднанням). 
Поліамідні трубопровідні системи (PA11 і PA12) - ще один з варіантів реалізації газорозподільних мереж при високому тиску [4]. Труби з'єднаються шляхом зварювання. Зараз робоча група Міжнародної Організації по Стандартизації TC138/SC4 розробляє технічні умови для застосування поліаміду в системах газорозподілу. Вони будуть охоплювати PA11 і PA12. Це будуть розроблені два набори вимог: один для систем, що працюють при тисках до 4 бар, інший - для працюючих при 20 бар. 
Нарешті, слід відзначити розвиток багатошарових пластмасових трубопровідних систем. Робоча група TC138/SC4 вже розробила вимоги до багатошарових труб для внутрішніх мереж. Також ця група проектує вимоги до багатошарових труб в зовнішніх газорозподільних мережах. Використання багатошарових систем дозволяє забезпечити необхідний набір характеристик для будь-яких умов експлуатації в газорозподілі. 

Таблиця 3. Короткий огляд статусу специфікацій згідно ISO / TC 138/SC4 

Посилання 

1. Elbert Huijzer and Mannes Wolters. Progress in International Standardization (ISO) of Plastic Gas Pipe Systems. - San Francisco: USA, 2002. 
2. Bert Wikkerink and Martijn Jonker. Improvements in the Determination of Methane Emissions from Gas Distribution in The Netherlands. - Amsterdam: Nederland, 2006. 
3. Mannes Wolters et al. Reinforced Thermoplastic Pipeline (RTP) Systems for Gas Distribution. - Amsterdam: Nederland: 2006. 
4. J.Lohmar. PA12 for High Pressure Gas Installations. - Amsterdam: Nederland, 2006. 
5. Tiem Meijering, Rene Hermkens and Mannes Wolters. Ductile PVC, The Durability of a Low-Pressure Gas Distribution System. - Baveno: Italy, 2004. 

Джерело: журнал "Полімерні труби - Україна"

Читайте також

• Новий клас гнучких багатошарових теплоізольованих труб для внутрішньоквартальних мереж ГВП та опалення (журнал: Полімерні труби-Україна)Технічні статті / 21.03.2007
• Український ринок труб для зовнішніх мереж з полімерних матеріалівАналітика ринку / 03.11.2008