Разработка технологии производства напорных полиэтиленовых труб большого диаметра, армированных сетками из стекловолокна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Бисерова, Наталья Викторовна

• Бисерова, Наталья Викторовна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бисерова, Наталья Викторовна

Содержание

Введение

1. ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Напорные трубы большого диаметра из полиэтилена, получаемые методом прямой экструзии

1.1.1. Материалы для производства напорных труб

1.1.2. Особенности технологии производства напорных труб больших диаметров

1.2. Безнапорные полиэтиленовые трубы большого диаметра

1.2.1. Тип А1 со вспененным средним слоем

1.2.2. Трубы типа Б с кольцевым полым профилем

1.2.3. Спиральновитые трубы

1.2.3.1. Технология фирмы КЛАН

1.2.3.2.Технология фирмы воМБ^те

1.2.3.3. Трубы спиральновитые СВТ

1.2.3. Материалы для производства безнапорных труб

1.3. Армированные трубы

1.3.1. Напорные трубы по технологии КЯАН (КРР8-р1ре8)

1.3.2. Стеклопластиковые трубы

1.3.3. Стеклопластиковые комбинированные трубы

1.3.4.Трубы, армированные высокопрочными синтетическими нитями

1.3.4. Трубы армированные жёстким каркасом из стальной малоуглеродистой проволоки

1.3.5. Гибкие полиэтиленовые трубы, армированные стальной малоуглеродистой проволокой и синтетическими нитями

Выводы по литературному обзору

2. ГЛАВА 2. Материалы и методики эксперимента

2.1. Материалы

2.2. Методы испытаний

2.2.1. Определение кольцевой жёсткости

2.2.2. Испытания на стойкость сварного шва к осевому растяжению

2.2.3. Метод оценки объёмных изменений при повышении давления в системе

2.2.4. Гидравлические испытания 20° С 100 ч

2.2.5. Втулки под фланец

3. ГЛАВА З.Экспериментальная часть и обсуждение результатов

3.1. Выбор базовой схемы витых труб

3.2. Влияние технологических режимов переработки на прочность сварного шва, образуемого при намотке трубы

3.3. Технология армированных труб больших диаметров. Разработка системы армирования стеклосетками

3.4. Разработка технологии производства армированных труб большого диаметра

3.4.1. Расчёт разрывного давления для труб

3.4.2. Экспериментальное определение разрывного давления

3.4.2.1. Однослойное армирование

3.4.2.2. Двухслойное армирование

3.4.2.3. Гидравлические испытания труб 20°С, 100 ч

3.5. Армирование стеклосетками труб, полученных методом прямой экструзии

Заключение

Выводы

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии производства напорных полиэтиленовых труб большого диаметра, армированных сетками из стекловолокна»

Введение.

В последнее время наблюдается тенденция создания напорных полимерных труб больших диаметров. Освоены в производстве методом прямой экструзии напорные полиэтиленовые трубы диаметром до 1,6 м в России и до 2 м за рубежом. Развивается производство полиэтиленовых безнапорных труб с диаметром до 4 м методом навивки, которые имеют существенные технико-экономические преимущества перед напорными трубами, полученными прямой экструзией. Эти преимущества состоят в том, что безнапорные трубы обладают существенно меньшим весом и высокой кольцевой жёсткостью, позволяющей использовать их для создания коммуникаций при большом заглублении до 6-8 м. Поэтому актуальной задачей является повышение рабочего давления в трубах, получаемых навивкой, что даёт возможность сохранить указанные преимущества и в напорных трубах.

В 2008 г. В.В. Швабауэр предложил схему армирования полиэтиленовых труб большого диаметра сетками из стекловолокна.

В настоящее время на Климовском трубном заводе работает технологическая линия по производству труб методом навивки диаметром до 2,6 м. Поэтому разработка технологии, обеспечивающей получение на этой линии напорных труб с рабочим давлением до 10 атм за счёт армирования сетками из стекловолокна, была актуальна.

Кроме того, практически важно проверить возможность использования армирующих элементов на основе сеток из стекловолокна для улучшения технических характеристик напорных труб, получаемых прямой экструзией.

Целью данной работы является разработка технологии производства напорных труб, армированных сетками из стекловолокна, с использованием технологических линий производства витых сложнопрофильных труб, а также изучение возможности использования разработанных армирующих элементов для получения труб большого диаметра, полученных прямой экструзией и дополнительно армированных сетками из стекловолокна.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук

Швабауэру Владимиру Васильевичу! за предложенную тему работы.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Бисерова, Наталья Викторовна

Выводы:

• Разработана технология получения напорных армированных труб большого диаметра. Выданы исходные данные для проектирования в соответствии с требованиями Министерства промышленности, науки и технологии РФ от 30 января 2002 г. Конструкция трубы защищена патентом РФ №125668 с приоритетом от 21.08.2012г.

• Показано, что прочностные характеристики трубы существенно превосходят прочность армирующей системы, сформированной из стеклянных нитей, а прочность армированных труб может быть рассчитана по формулам, разработанным для оценки прочности оребрённых реакторов. Сопоставление расчётных и экспериментальных данных свидетельствует о хорошей сходимости результатов.

• Разработана методика и изучена гидростатическая прочность труб, проанализированы свойства материала труб в осевом и продольном направлении. Показано, что разрушающие давления достигают для однослойного армирования 18 бар, а для двухслойного армирования 23 бар. Такие высокие значения давления при двухслойном армировании достигаются только при наличии промежуточного слоя полиэтилена между сетками.

• Обнаружено, что процесс сопротивления нагружению внутренним давлением имеет три стадии: на первой стадии деформация характеризуется постепенным низкомодульным нагружением, на второй стадии происходит резкое повышение жёсткости системы за счёт полного включения в работу армирующей си'" мы при практически постоянной деформации, на третьей стадии происходит пластическое разрушение, при котором развиваются большие деформации без повышения уровня нагрузки.

• При оценке влияния параметров профиля, используемого при навивке, установлено, что определяющий вклад в кольцевую жёсткость трубы вносит диаметр опорного шланга и толщина обволакивающего слоя, а влияние других факторов (шаг навивки, толщина подложки) несущественно. Дополнительно рекомендованы опорные шланги диаметром 75 и 90 мм.

• Разработан новый способ изготовления и конструкция втулок под фланец, которыми комплектуется труба для проведения гидравлических испытаний и монтажа в трубопроводе. Конструкция патентуется.

Заключение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бисерова, Наталья Викторовна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Островский Д., Сазонов А. Международная конференция Plastic Pipes XVI // Полимерные трубы. 2012. №4 (38). С.30-36.

2. Рязанов В. Перестройка неизбежна // Полимерные трубы. 2011 №4 (34), С. 30-34

3. Hackwell В. The market for thermoplastic pipe in Europe// Plastic Pipes Conference XI. Munich. 2001.P.23.

4. Гориловский М.И. Рынок России// Полимерные трубы. 2011. №4 (34), С. 1

5. Кузовкова М.,Тру сов К. Год 2012: Возможности и ожидания// Полимерные трубы. 2012. №2 (36), С. 18-22

6. Седёлкин Д. Решение пришло из России. Высоконапорные полиэтиленовые трубы большого диаметра в Санкт-Петербурге// Полимерные трубы. 2004. №2. С.37-38.

7. Belloir P. Extension of the application field of PE100 pipes: 2000 mm SDR 26 pipe will transport ocean water to the world largest fish farm// Plastic Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 6a. Р.4.

8. M.A. Shepherd M.A. Factors affecting the use of РЕ pipeline materials for large diameter water mains// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session 6a. P.48.

9. Blomster T. Europe's largest-ever РЕ pipe project - The Montpellier Sea Outfall// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session За. P. 18.

10. Пахомов A.H., Зарубин А.П., Хренов K.E., Шейнин Е.В., Балашов В.А., Дудченко Т.О.. Реконструкция дюкера через реку Москва с использованием полиэтиленовых труб// Полимерные трубы. 2005. №2. 2005. С.42-44.

11. ГОСТ 18599-2001. Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия. С.24-30

12. ГОСТ P 50838-2009. Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия. С.5-23

13. ISO 4437: 2007. Buried polyethylene (PE)pipes for the supply of gaseous fuels -Metric series - Specifications.

14.ТУ 2248-010-73011750-2010. Трубы из полиэтилена для газопроводов больших диаметров.

15. Mehary A. Large diameter РЕ cooling pipelines for new polyolefin plants in Abu Dabi// Plastic Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 6a, P. 12.

16. Сыгуров Г., Арсяков В., Кривошеина Е.. Первый полиэтиленовый глубоководный выпуск 1600мм// Полимерные трубы. 2012. №2(36). С. 6468.

17. Крючков А., Мансуров А. 1600 мм: ювелирная точность большого диаметра// Полимерные трубы. 2011. № 4(34). С.8-10

18. Werner J. HDPE pipes with protective coating// Plastic Pipes Conference XI Munich. 2001. P.439.

19.Ториловский M., Трусов К.. Инновации полимерной трубной отрасли// Коммунальный комплекс России. 2007. №5 (35). С.40.

20.Шинкоренко М., Кислицын С.. Протект по-уральски// Полимерные трубы. 2011. №2 (32). С.68-72

21.Янин О., Кривошеин И., Трубы с защитным покрытием: эффективность применения доказана// Полимерные трубы. 2009. №2 (24), С.58-60

22. Libert D. From double loop to double loop: PE100-RC, the perfect fit for geothermal probes// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 2a. P.21.

23. Heathcote M.. PE100 Pipeline Systems in the Coal Seam Gas Industry// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 2a. P.36.

24. Zhou J., Palermo G. Can ISO MRS and ASTM HBD rated materials be harmonized. // Plastic Pipes Conference XII.Milan. 2004. Session 8a. P. 16.

25. А.Ф. Николаев А.Ф.. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Химия. 1966. С.35

26. Бортников В.Г.. Производство изделий из пластических масс// Дом печати. 2002. т.2. С.162.

27. Богданов В.В. Технологические свойства пластмасс// JI: ЛГУ. 1978. С. 176.

28. Швабауэр В.В., Гвоздев И.В.. Процесс стекания расплава при экструзии крупногабаритных труб из полиэтилена// Пластические массы. 2004. №11. С.41-44

29. Janson L.E., Bergstrom G., Backman M., Blomster Т..Strength investigation of large diameter PE 100 low sag pipe// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session 10b. C.52.

30.Бисеров B.T., Гориловский М.И., Швабауэр B.B.. Процесс стекания расплава при экструзии крупногабаритных труб из полиэтилена.// Полимерные трубы. 2005. №1. С 24-26.

31. http://www.borealisgroup.com/pdf/literature/borealis-borouge/brochure/PF BROCH 033 GB 2010 10 BB.pdf

3 2. http ://www. qenos. com/internet/home .nsfyweb/PipeExtrusion

3 3 .http://www.totalpetrochemicalsusa.com/brochures/PE_pipes.pdf

34.Кулезнёв B.H., Шершнев B.A. Химия и физика полимеров. Учеб. для хим.-технол. вузов. М: Высш. Школа. 1988. С.230

35. Каган Д.Ф.. Трубопроводы из пластмасс. Химия. 1980. С.26

36.Mason J. Resent advances in large diameter polyamide -11 gas distribution piping systems: coiled 4-inch pipe, and field experience// Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 8b. P.3.

37. Rahman S.. Large diameter PVC pressure pipe for water and sewer applications in North America// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session 4a. P.21.

38. Lefort G. Large diameter PVC pipe-Canadian Experience// Plastic Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 5a. P. 10.

39. Швабауэр B.B., Готовко H.B.. Анализ работы современного одношнекового экструдера// Полимерные трубы. 2008. №3(21) 2008. С.26-32

40. Бисеров В., Гвоздев И., Гориловский М., Швабауэр В.. Охлаждение полимерных труб в процессе их производства методом экструзии// Полимерные трубы. 2007. №3 (17). С.56-60

41. Бортников В.Г.. Производство изделий из пластических масс// Дом печати. 2002. т.2. С.160.

42. Володин В.П.. Индустрия переработки пластмасс// Пластике. 2004. №2 (16). С.14

43.Гориловский М.И., Швабауэр В.В., Бисеров В.Т., Гвоздев И.В. Устройство для изготовления и охлаждения полимерных труб// Патент 2371311.

44. Бисеров В.. Климовский трубный - вторая пятилетка// Полимерные трубы. 2012. №3 (37). С.28.

45. Солдатенко JL, Бисеров В.. На Климовском трубном заводе крупнейшая лаборатория гидравлических испытаний// Полимерные трубы. 2006. №4(13). С.46-48.

46. Hessel J.. Resistance to internal pressure of large diameter PE pipes - a new approach using a cost -cutting test method// Plastic Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 7a. P. 10.

47. EN ISO 9080. Plastics piping and ducting systems-Determination of the long-term hydrostatic strength of thermoplastics materials in pipe form by extrapolation.

48. ГОСТ 24157-80. Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении.С.4

49.Groen G.. Large diameter РЕ pipes for combined sewer overflow applications// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 4a. P. 10

50.Bjorklund I., Lofmark O., Thorstensson E.. Performance of buried large diameter structured wall PE pipes// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session 7b. P.32.

51.Line KRAH non and low-pressure pipes// Технические материалы фирмы KRAH. P.20.

52.Технические Рекомендации на проектирование и строительство подземных сетей водоотведения из безнапорных полиэтиленовых труб с двухслойной стенкой ТР 170-05 ГУП «НИИМОССТРОЙ»//М. 2005.

53. Конструкции безнапорных трубопроводов хозяйственно-бытовой и дождевой канализации с применением труб из полиэтилена с двухслойной профилированной стенкой «КОРСИС». Материалы для проектирования. -М., 2005.

54.Швабауэр В., Ермолаев И., Готовко Н.. Кольцевая жёсткость и вес Корсис Плюс. Выбор экономичного профиля// Полимерные трубы. 2008. №2 (20). С.64-67.

55.McGrath T. Design of profile wall thermoplastic pipe for compression forces// Plastic Pipes Conférence XII. Milan. 2004. Session 8b. P.l.

56. Fairfield C., Hounsome I., Reid A. Optimisation of corrugated duct profiles// Plastic Pipes Conférence XI. Munich. 2001. P.785.

57.Frank T. PE-HD spiral pipes for sewage pipelines// Plastic Pipes Conférence XI. Munich. 2001. P.257.

58. На правах рекламы. Спирально-витые полиэтиленовые трубы для водоотведения// Полимерные трубы. 2009. №3 (25).С.44-48

59. Володин В.П.. Экструзия пластмассовых труб и профилей// Профессия. 2010. С.145

60. ГОСТ Р 54475-2011. Трубы полимерные со структурированной стенкой и фасонные части к ним для систем наружной канализации.С.5-8.

61.Волкова Е. КОРСИС - новая двухслойная профилированная труба на российском рынке// Полимерные трубы №1. 2005. С. 18

62. ТУ 2248-001-73011750-2005. Трубы с двухслойной профилированной стенкой КОРСИС и КОРСИС ПРО для безнапорных трубопроводов. С.6,35-46.

63. ИЗОКОРСИС на важнейшем объекте северной столицы. Полимерные трубы №4(34), 2011 С.68-70.

64. ТУ 2248-006-73011750. Трубы ИЗОКОРСИС из полиэтилена для безнапорных трубопроводов, С.4.

65.Система профилированных трубопроводов. Технология производства. Диаметр 300-4000 мм//Технические материалы фирмы KRAH. 2009. СЛ.

66.Применение, программа поставки. Технические материалы фирмы KRAH. 2009. С.20.

67. ТУ 2248-005-73011750-2008. Трубы из полиэтилена КОРСИС ПЛЮС для хозяйственно-питьевого водоснабжения, водоотведения и канализации Технические условия. 2011. С.5,19.

68. Steel reinforced structured pipe in HDPE // Технические материалы фирмы Goldstone. 2008. C.2

69.Sun Q., Niu M., Sun J.. Development of steel mash reinforces plastic composite pipe and investigation of its performance// Plastic Pipes Conference XI. Munich. 2001. P.649.

70.Yu-e L. Metal reinforced polyethylene pipes in China// Plastic Pipes XV. Vancouver. Session 6b. P.32.

71. ТУ 2248-017-73011750-2011. Трубы многослойные армированные КОРСИС АРМ. Технические условия. 2011. С. 4.

72. ТУ 2248-022-73011750-2012. Трубы спиральновитые КОРСИС СВТ из полиэтилена для водоотведения и канализации. 2012. С.3,4,12.

73. ТУ 2248-001-73011750-2005. Трубы с двухслойной профилированной стенкой КОРСИС и КОРСИС ПРО для безнапорных трубопроводов. 2012. С.34.

74.Pluimer М.. The evolution of corrugated HDPE Pipe materials// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 4a. P.l

75.Holger M.. Direct addition of calcium carbonate - a new technology by-passing the classical dry-blend mixing process.// Plastic Pipes Conference XIV. Budapest. 2008. Session 4b.P.76.

76.Beaver J., McGrath Т., Sharff P.. Structural design of polypropylene chambers using plastic pipe analysis, design and test methods// Plastic Pipes Conference XII. Milan. 2004. Session 8b. P.45.

77.Franseca T. Polypropylene for structured sewage pipes. Comparative study of materials in use through computer simulation of radial compression// Plastic Pipes Conference XVI, Barselona. 2012. Session 8b. P.46

78.Dongyu F.. Introducing PP-HM materials for twin wall corrugated pipes in China// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 8b. P.5

79. Lackner M.. Stiff, Steffer, PP3000 MPa-an impressive journey through 30 years of PP development for underground sewage applications// Plastic Pipes Conference XVI. Barselona. 2012. Session 4a. P.61

80.High pressure pipe system for pipes up to DN 4000// 3R international (44) Heft. 2005. №5. P.284-290.

81.Krah K.(DE), Berger A.(DE). Device and method for manufacturing wrapped tubes //ПатентUS 2008193688 (Al)-2008-08-14.P.l-17.

82.Committee Draft ISO/CD 29561-1. Plastics piping systems — Glass fibre reinforced polyethylene (PE-GF) piping systems for water supply. P.3-5

83.Бухин B.E.. Новости теплоснабжения, №1(17), 2002, c.32-33

84.По материалам научно- производственной ассоциации организаций водопроводно-канализационного хозяйства "АКВА-БЕЛ", Полиэтилен или стеклопластик?// Полимерные трубы.2005. №2, С.26-28.

85.Neumayer A., Knauder J, Pilz G, Major Z., Lang R.W.. Glass fiber reinforced plastics pipe systems produced by centrifugal casting technology// Plastic Pipes Conference XI. Munich. 2001. P.893.

86.http://www.hobas.ru/tekhnologii/centrobezhnoe-lite.html

87.http://www.amiros.ru/data/File/Sumilon.pdf

88.Агапчев В.И., Пермяков Н.Г.. Этапы развития нефтегазопромысловых трубопроводов из пластмассовых труб //Трубопроводы и экология. 2005. №2. С.27-28.

89.Зайцев К.И., Ларионов А.Ф., Грейлих В.И.. Строительство опытного участка газопровода из бипластмассовых труб// Трубопроводы и экология.

2000. №3. С.24-25

90.Зайцев К.И., Маевский И.И., Грейлих В.И.. Строительство и эксплуатация трубопровода из бипластмассовых труб// Полимергаз. 2001.№3. С.20-22

91.Поспелов А.Б., Тараканов Л.И., Шаклеин О.В.. Опыт применения стеклопластиковых комбинированных бипластмассовых труб при обустройстве нефтяных месторождений// Трубопроводы и экология. 2003. №3 С.24-25

92.Гориловский М., Гвоздев И., Швабауэр В.. К вопросу прочностного расчёта армированных полимерных труб// Полимерные трубы. 2005. №2, С.22-25.

93.Гориловский М., Гвоздев И.. Армированные трубы из термопластов для газопроводов. Техническая спецификация ISO 18226// Полимерные трубы. 2006. №4(13). С.48-51

94.Никифоров В.Н, Якубовская C.B., Козодоев Л.В., Красовская Н.И.. Гибкие насосно-компрессорные трубы из полимерных материалов для нефтегазовых скважин// Полимергаз. 2001. №2. С.22-23

95.Пепеляев B.C., Курьянов В.П., Щербанёв Ю.Г., Воробьёв В.И.. Полиэтиленовые армированные трубы высокого давления // Полимергаз.

2001. №3. С.23-26.

96.Пепеляев B.C., Тараканов А.И.. Полиэтиленовые армированные трубы для газопроводов с рабочим давлением свыше 1,2 МПа// Полимергаз. 2006. №4. С. 14-18

97.Шаляпин C.B., Гвоздев И.В., Симонов-Емельянов И.Д.. Изучение процессов релаксации в сшитом полиэтилене// Пластические массы. 2012. №12. С. 19-20.

98.ТУ 2248-021-40270293-2005. Трубы ИЗОПРОФЛЕКС и ИЗОПРОФЛЕКС-А из сшитого полиэтилена с теплоизоляцией из пенополиуретана в гофрированной полиэтиленовой оболочке, С.7-9.

99.ТУ 2248-022-40270293-2004. Трубы напорные из сшитого полиэтилена " ДЖИ-ПЕКС". С. 3 -19.

100. Зайцев К.И., Рябец С.Ю., Сорокина Н.В. Применение полиэтиленовых труб, армированных металлическими каркасами// Полимергаз. 2000. №1. С.17-19

101.Стриковский Л.Л.. Металлопластовые трубы и национальные особенности их производства в России// Полимергаз. 2004. №1. С.38-39

102.Маширов Н.И., Жулин В.П.. "Силу" ПЭ труб умножит армировка // Инженерные сети из полимерных труб. 2004. №1. С.38-39.

103. Агапчев В.И., Виноградов Д.А.. Металлопластовые трубы в нефтегазовой инфраструктуре// Полимергаз. 2007. №3. С.34-36.

104.Qingiun S., Mingchan N., Jide S.. Development of steel mesh reinforced plastic composite pipe and investigation of its perfopmance// Plastic Pipes Conference XI. Munich. 2001.Р.649.

105.Маширов Н.И., Жилин В.П.. "Силу" ПЭ труб умножит армировка. Инженерные сети из полимерных труб, 2004, №1, стр. 32-34106. И.Гвоздев, И. Ермолаев. К расчёту прочностных характеристик труб

КОРСИС ПЛЮС, Полимерные трубы,№4,2008, стр.62-64

107.Энциклопедия полимеров т.З. Советская энциклопедия. Москва, 1977. С.511

108.Технические условия ТУ 5952-084-05763895-2012. Ровинг Т30 (прямой) из стекла ADVANTEX. С.8.

109. ГОСТ P 52857. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек. С.5-13.

110. Отраслевая нормаль ОН 26-01-13-65 / Н 1039-65.