WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Ягубов Эмин Зафар оглы

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ УПРАВЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРИНЦИПАМИ СОЗДАНИЯ КОМПОЗИЦИОННО-ВОЛОКНИСТЫХ ТРУБ НЕФТЕГАЗОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

 

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Ухта  – 2008

Работа выполнена в Находкинском инженерно-экономическом институте (филиал) Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) на кафедре «Проектирования, сооружения и эксплуатации нефтегазопроводов».

Научный консультант:                доктор технических наук,

профессор

                                       Цхадая Николай Денисович

Официальные оппоненты:         доктор технических наук,

Перминов Виталий Перфильевич;

доктор технических наук,

профессор

Кучерявый Василий Иванович;

доктор технических наук,

Шарыгин Валерий Михайлович

Ведущая организация  Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Защита состоится  «16» _октября__ 2008 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета  Д 212.291.02 в Ухтинском государственном техническом университете по адресу: 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета.

Автореферат разослан «__» ____________ 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор                                 Н.М. Уляшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Трубопроводный транспорт является наиболее экономичным и эффективным видом транспорта жидких, газообразных и сыпучих сред. Его роль особенно возрастает при транспортировке на большие расстояния и в отдаленные районы.

Россия по протяженности трубопроводов различного назначения занимает второе место в мире после США. В настоящее время на ее территории эксплуатируется более 200 тыс. км магистральных нефтегазопродуктопроводов и 350 тыс. км – промысловых. Между тем около 70 % трубопроводов эксплуатируются более 20 лет, срок службы почти 300 тысяч км нефте-, газо-, продукто-, водо-, канализационных и других технологических трубопроводов диаметром от 219 до 1600 мм истек или истекает в ближайшие годы. Только на замену нефтепромысловых сетейежегодно расходуется около 7 8 тысяч км труб, или более 400 500 тысяч т стали. Ежегодная потребность нефтяной промышленности в трубах составляет около 80 100 тыс. км.

Аналогична ситуация в газопроводном транспорте, особенно в связи с перспективой сооружения восточно-сибирских и дальневосточных трубопроводных магистралей.

Надежность систем трубопроводного транспорта является основным усло­вием для бесперебойной подачи потребителям нефти, газа и нефтепро­дуктов. Несмотря на внешнюю конструктивную простоту, трубопроводные системы отличаются от других сооружений сложной схемой взаимодействия «трубопровод-грунт», изменчивостью действия силовых факторов, неопределенностью напряженно-деформированного состояния, масштабностью сетей, экстремальностью нагрузок и т.д. Подземное расположение трубопроводов затрудняет их диагностику, увеличивает вероятность возникновения отказов, усложняет проведение ремонтных и восстановительных работ.

Таким образом, проблема повышения долговечности действия трубопроводных систем приобретает стратегическое значение, предотвращающее необходимость поиска и разработки альтернативных материалов и конструкций, способных к сдерживанию темпов роста ремонтных работ из-за старения и предельных перенапряжений трубных конструкций.

К таким материалам на современном этапе следует отнести стекловолокнистые композиты, хорошо зарекомендовавшие себя в авиа- и ракетнокосмической технике.

Опыт создания корпусов ракетных двигателей твердого топлива межконтинентальных баллистических ракет, несущих корпусов летательных аппаратов из композиционно-волокнистых материалов зарубежными и отечественными предприятиями позволил сделать качественный скачок в совершенствовании технологий производства сосудов высокого давления цилиндрической формы. Существующие технологии позволяют создавать высокопрочные конструкции диаметром до 68 метров.

Однако практика создания трубопроводов из композиционно-волокнистых материалов столкнулась с рядом сложных проблем, требующих научного изучения и исследований.  К ним относятся:

  • низкая трещиностойкость композитных труб при действии внутреннего давления и возникающие в связи с этим проблемы герметичности, надежности и долговечности;
  • сложность обеспечения синхронности работы герметизирующих слоев совместном с композиционной стеной из-за различных деформационных характеристик;
  • проблемы фазовой и диффузионной проницаемости герметизирующего слоя, возникающие вследствие длительного действия внутреннего давления;
  • явление «кессонного отслаивания» и вспучивания герметизирующего слоя при сбросах внутреннего давления, приводящее к разгерметизации трубопровода;
  • недостаточная надежность соединительных элементов при длительной эксплуатации композиционных труб.

Исследованию всех этих процессов, а также вопросам совершенствования научных основ управления конструктивно-технологическими принципами создания композиционно-волокнистых труб нефтегазового назначения посвящена диссертационная работа, и в этом заключается ее актуальность.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями

Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательскими программами на 1996 – 2007 гг. и в процессе подготовки докторской диссертации выполнялись следующие темы:

на кафедре технологии машиностроения Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова:

1996 1999 гг.: М3-06-8597 «Технологическое совершенство элементов авиа-ракетно-космической техники из композиционных материалов (методология, теоретические основы, конструктивно - технологические приемы созидания)»;

2000 2002 гг.: НТО по теме Р2-06-0504 «Исследование технологических возможностей повышения надежности и качества объектов производства из органоволокнистых и углеволокнистых композиционных материалов»

2003 2004 гг.: М-06-3503 «Проблемы механики жидкости, газа и плазмы»;

на кафедре проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов Ухтинского государственного технического университета:

  1997 – 2000 гг.: 3.03.08 «Совершенствование систем сбора, подготовки и транспорта нефти и газа в условиях Европейского Севера»;

на кафедре проектирования, сооружения и эксплуатации нефтегазопроводов Находкинского инженерно-экономического института:

2006 – 2007 гг.: «Научные основы создания композиционно-волокнистых труб нефтегазового назначения».

Работа базировалась на результатах, полученных в трудах известных отечественных и зарубежных ученых.

Большой вклад в теорию композиционно-волокнистых материалов и технологий создания из них конструкций внесли такие ученые, как Абибов А.Л., Азиков Н.С., Болотин В.В., Буланов И.М., Бунаков В.А., Ван Фо Фы Г.А., Васильев В.В., Воробей В.В., Грове К.С., Елпатьевский А.Н., Калинчев В.А., Кинлок А. Дж., Колгадин В.А., Куртис П.Т., Макаров М.С., Мэттьюз Ф.Л., Образцов И.Ф., Обухов А.С., Перминов В.П., Пратт П.Л., Протасов В.Д., Росато Д.В., Роулинг Р.Д., Скудра А.М., Смыслов В.И., Тамуж В.П., Тарнопольский Ю.М., Цай Е.В., Цыплаков О.Г., Ходжкинсон Дж.М. и другие.

Цель работы совершенствование научных основ управления конструктивно-технологическими принципами создания композиционно-волокнистых труб нефтегазового назначения.

Основные задачи исследований:

  1. Анализ концепций и путей совершенствования научных основ управления принципами создания композиционных труб нефтегазового назначения.
  2. Формирование методологического комплекса для проведения конструктивно-технологических исследований.
  3. Разработка научных основ управления принципами создания герметичных и трещиностойких композиционных труб нефтегазового назначения.
  4. Разработка конструктивно-технологических принципов создания композиционных труб нефтегазового назначения.
  5. Обоснование технико-экономической целесообразности применения композиционных труб в нефтяной и газовой промышленности.

Объекты исследований конструкции композиционно-волокнистых труб нефтегазового назначения для использования при транспортировке агрессивных нефтегазовых под высокими давлениями.

Методы исследования: системный анализ в сочетании с комплексным подходом, структурно-имитационное моделирование и экспериментальная апробация конструктивно-технологических решений и концепций. В работе использовались положения и методы следующих областей знания: теория усталости и разрушения композиционных материалов, механика жидкостей и газа, теории проницаемости и диффузии, технология машиностроения.

Научная новизна:

1. На основе разработанной физико-математической модели процессов трещинообразова­ния в структуре композиционной стенки трубы под действием внутреннего давления эксплуатацион­ной среды получены расчетные характеристики процессов трещинообразования, позволяющие без натурных испытаний прогнозировать параметры проницаемости.

2. Установлено, что оптимальная величина объемного содержания волокон, обеспечивающая минимальные значения коэффициентов проницаемости и диффузии композитного материала составляет 70%.

3. Установлено явление «кессонного отслаивания» внутреннего герметизирующего слоя композитной трубы при резком сбросе давления эксплуа­тационной среды.

  1. Показано, что механизм «кессонного отслаивания» по методу гипо­тетического моделирования имеет комплексную природу и зависит от энергии высвобождения диффундиро­ванного газа , величины квазиупругих  колебаний кар­каса слоев, разности их упругостей , интенсивности набухания струк­туры и разновекторности сил разрежения в разных слоях композиции.
  2. Обнаружен эффект снижения утечек транспортируемой среды через стенки композитных труб при возрастании внутреннего давления, активи­рующего процесс набухания структуры композитного материала, сужаю­щего каналы проникновения.
  3. Установлена зависимость снижения предела трещиностойкости композитной трубы от числа циклов внутреннего нагружения при насыще­нии напряженного композита твердеющим анаэробным герметиком.
  4. Экспериментально установлено, что скорость потока в спирально-рифленом канале композитной трубы устойчиво превышает то же значение в гладком эластомерном канале на величину до 5% при относитель­ной погрешности измерений не более  + 0,5%.

Практическая ценность:

  1. Разработана конструкция рифленого герметизирующего слоя, позволяющая избегать «кессонного явления», повышая тем самым срок службы композиционной трубы.
  2. Предложены новые материаловедческие и конструктивно-технологические принципы повышения герметичности стеклопластиковых труб.
  3. Разработаны конструкции стеклопластиковых труб с повышенными герметичными свойствами:
    • базовая конструкция с рифленым герметизирующим слоем (патент РФ № 2117206);
    • конструкция с анаэробной технологией герметизации каналов проницания;
    • конструкции многослойной стеклопластиковой трубы и трубопровода (патенты РФ № 2117205 и № 2183784).
  4. Разработана конструкция многоканального стеклопластикового трубопровода, позволяющая улучшить характеристики герметичности, повысить пропускную способность и функциональность трубопровода (патент РФ № 2140605).
  5. Разработана конструкция устройства соединения стеклопластиковых труб (патент РФ № 2191947).
  6. Обоснована технико-экономическая целесообразность использования стеклопластиковых труб в нефтегазовой промышленности.

Защищаемые положения:

  1. Физико-математические модели процессов трещинообразования композиционных стенок труб и их проницаемости.
  2. Модели (гипотезы) возникновения процессов вздутия (вспучива­ния) внутренних герметизирующих слоев труб из композиционно-волокнистых материалов.
  3. Концептуальные решения проблемы обеспечения герметичности композиционных труб нефтегазового назначения.
  4. Базовая конструкция композиционной трубы нефтегазового назначения с внутренним рифленым герметизирующим слоем, а также конструкции многослойной трубы и с анаэробной технологией герметизации.
  5. Конструктивно-технологические принципы создания многоканаль­ных трубопроводов из композиционно-волокнистых материалов для транспортировки нефтегазо­содержащих сред под высокими давлениями.
  6. Конструкция устройства для соединения композиционных труб.
  7. Технико-экономическое обоснование целесообразности примене­ния стеклопластико­вых труб в нефтегазовой промышленности.

Апробация работы. Материалы, отдельные положения и результаты  диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ – 98» (г. Москва, 1998),  на Второй региональной научно-технической конференции «Актуальные проблемы геологии нефти и газа» (г. Ухта, 1999), на Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы» (г. Пенза, 2000), на Межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа» (г. Ухта, 2000), на ежегодных Всероссийских научно-технических конференциях «Перспективные материалы, технологии, конструкции» (г. Красноярск, 1999 ­ 2001), на V Международной научной конференции «Биосфера и человек – проблемы взаимодействия» (г. Пенза, 2001), на Всероссийских научно-технических конференциях «Аэрокосмичес-кая техника и высокие технологии» (г. Пермь, 2001, 2002), на Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии Прииртышья» (г. Павлодар, 2001), на II Международной научной конференции творческой молодежи (Хабаровск, 2001), на Международных научно-технических конференциях «Наука – Техника ­ Технологии» (г. Находка, 2001, 2002),  на Всероссийском симпозиуме «Химия: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г. Хабаровск, 2002), на Международной научно-технической конференции «Наука и Образование – 2007» (г. Мурманск, 2007),  на объединенном научном семинаре кафедр ПЭМГ, МОН, РЭНГМ, ГНГ, ЭАТП УГТУ (2005, 2007), на научном семинаре  кафедры ПСЭН филиала ДВГТУ в г. Находка (2006).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 2 монографиях и 55 печатных работах (в том числе 12 в изданиях, рекомендованных ВАК).

Оригинальность полученных в ходе работы над диссертацией разрабо­ток подтверждены 5 патентами РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Представляемая работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 167 наименований и одного приложения. Объем работы составляет 325 страниц, в том числе 88 рисунков и 33 таблицы.

Автор выражает глубокую благодарность за научное сотрудничество доктору технических наук, профессору Цхадая Николаю Денисовичу, доктору технических наук, профессору Быкову Игорю Юрьевичу.

Особо признателен автор своему учителю, доктору технических наук, профессору Цыплакову Олегу Георгиевичу.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении изложены актуальность темы диссертации, цель работы, основные задачи исследований, научная новизна, практическая ценность полученных результатов и апробация работы.

В первой главе выполнен анализ агрессивности нефтегазовых сред, вызывающих коррозию трубопроводных систем и оборудования; рассмотрены и обобщены существующие и применяемые технологии создания трубопроводов из различных материалов; особое внимание уделено опыту использования неметаллических трубопроводов (полимерных и композиционных) в нефтегазовой промышленности и связанных с ними сопутствующих проблем обеспечения их герметичности и соединения.

Основной эксплуатационный недостаток стальных труб, применяемых в нефтегазовой промышленности, – это коррозия. Причиной коррозии является содержание в жидких и газообразных продуктах нефтегазовых месторождений таких веществ, как сероводород, двуокись углерода, соленая вода, двуокись серы, различные кислоты, а также грунтовые среды. Коррозионные процессы создают постоянную потребность либо в замене стальных труб, либо в их ремонте, либо в использовании различных методов защиты от коррозии.

Активность коррозионных разрушений трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности требует поиска альтернативных решений, способных изменить ситуацию в нефтегазовой промышленности в лучшую сторону. Используемые способы защиты металлических трубопроводов от коррозии (станции катодной защиты, протекторная защита, ввод в транспортируемую среду ингибиторов коррозии, различные типы покрытий) не позволяют достичь необходимой степени эффективности. Если учесть, что в эксплуатации находится огромная масса труб, которые имеют фактический срок службы в два, три, а то и более раз ниже нормативного, то становится вполне очевидным, что экстенсивный путь наращивания выпуска традиционных стальных труб является неэффективным и требует поиска инновационных решений.

Одним из направлений таких решений является использование композиционно-волокнистых материалов, отвечающих требованиям прочности и коррозионной устойчивости. Показано, что композиционные материалы обладают  рядом неоспоримых преимуществ  перед металлическими материалами:

  • высокая коррозионная стойкость и инактивность по отношению к парафиновым и другим видам отложений в связи с высокой чистотой внутренней поверхности получаемых изделий, что значительно повышает пропускную способность трубопроводов и снижает потребление энергетических ресурсов;
  • низкая  пассивная масса изделий благодаря высоким физико-механическим  показателям, таким как удельная прочность, жесткость и т.д. (например, масса трубы диаметром 200 мм, толщиной стенки 10 мм и длиной 12 м составляет всего около 140 кг, что в 4 раза меньше массы такой же стальной трубы);
  • повышенный коэффициент использования материала в различных изделиях, достигающий  значений  0,8 0,9 вместо 0,5 у металлических конструкций;
  • способность к формированию конструкций с заданными свойствами;
  • малая чувствительность к концентрации напряжений и высокая усталостная прочность;
  • безосколочность разрушения;
  • простота создания  монолитных  конструкций  сложных;
  • относительно низкая  теплопроводность (например, коэффициент теплопроводности у стеклопластика составляет 0,28 0,43 Вт/(м⋅К); у сплавов алюминия этот показатель составляет 83,75 217,50 Вт/(м⋅К); у сплавов титана – 7,54 14,54 Вт/(м⋅К); у стали – 14,65 57,00 Вт/(м⋅К));
  • вибростойкость;
  • теплостойкость.

Несомненные преимущества композиционных материалов были замечены при создании современных высокотехнологичных конструкция в авиационном, ракетно-космическом и судостроительном машиностроении. Эти доведенные до совершенства технологии следует принимать за базовые при разработке инновационных концепций на текущее столетие в области коренного перевооружения систем трубного транспорта.

Сравнительная характеристика свойств композиционных и металлических  материалов приводится в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика свойств различных материалов

Материал

ρ, г/см3

σр, МПа

Е, ГПа

Удельная прочностьσ/ρ, МПасм3/г

Удельная жесткостьЕ/ρ, ГПасм3/г

Сталь ХГСА

7,85

1200

2100

150

270

Титан ВТ 4

4,5

1800

1100

400

245

Алюминиевый сплав Амг6

2,7

1800

700

670

260

Стеклопластик на основе:

хаотичных волокон

1,75

270

240

155

140

ткани ТС 8/3

1,8

500

250

280

140

однонаправленных волокон

2,21

1600

600

725

270

Однако основной недостаток всех изделий из композиционных материалов, эксплуатирующихся под действием нагрузок, в частности, под действием внутреннего давления,  – низкая стойкость к трещинообразованию при действии нагрузки поперек волокон. При растяжении  композиционного материала на кривой σ ~ ε (рис. 1) появляется характерный перегиб в точке с координатами (σразг;εразг), выше которой модуль упругости заметно уменьшается. Перегиб на прямой связан с нарушением сплошности композита в связи с процессами трещинообразования в связующем. Это не вызывает  заметного снижения прочности материала в целом, т.к. доля связующего в восприятии нагрузок составляет не более 3 % от прочности волокон, но приводит к разгерметизации изделий (в частности, сосудов, работающих под высоким внутренним давлением: трубопроводы, баллоны различного назначения и т.д.), что совершенно недопустимо.

Рисунок 1. Зависимость σ ~ ε  композиционно-волокнистого материала

Как показывает практика, начало заметного растрескивания стенок изделий из композиционных материалов под  действием  внутреннего давления наступает уже при Рраст = (0,15 0,18)Рраб, а если используются связующие материалы с повышенной жесткостью, то и раньше.

Таким образом, наиболее сложной и ответственной задачей при проектировании и изготовлении композитных труб является обеспечение их герметичности. В связи с этим в первой главе был проведен анализ имеющихся в настоящее время способов герметизации композитных труб, который выявил ряд имеющих место негативных явлений: отслаивание и вздутие резиноподобных герметизирующих слоев от внутренних стенок композитной трубы при сбросах давления, приводящее к разгерметизации изделия; сложность обеспечения совместности (синхронности) деформаций металлического герметизирующего слоя и композитной стенки; нецелесообразность использования анаэробных герметиков для композитных изделий многократного применения.

Кроме этого, определенные сложности связаны с созданием разъемных соединений для композиционных труб. Это один из нерешенных пока вопросов их конструирования. В целом, говоря о соединениях конструкций из композиционно-волокнистых материалов, следует учитывать тот немаловажный факт, что, существенно отличаясь по физико-механическим свойствам от металлов (в частности, анизотропия упругих и прочностных свойств, гетерогенность структуры, невысокая межслоевая прочность), эти материалы хуже, чем металлы, приспособлены к передаче усилий (особенно сосредоточенных) от одного элемента к другому.

Прочность наиболее распространенных металлических соединений (клепаных, болтовых, резьбовых) значительно превосходят прочность аналогич­ных соединений конструкций из композитов. К примеру, для поли­мерных соединений специфической проблемой является сохранение герметичности стыка и обеспечение стабильности затяжки болтовых соединений из-за ползучести и релаксации напряжений в соединении. Эти и другие особенности следует учитывать при проектировании и выборе вида соединений и оценке их эффективности. Как показал анализ типов соединений, проведенный в первой главе диссертации, вопрос создания простого и в то же время надежного соединения композиционных труб пока остается открытым.





На основании выполненного в первой главе методологического анализа была принята следующая структура диссертационной работы:

  1. Анализ механизмов поведения и трещинообразования стенок трубо­проводов из композиционно-волокнистых материалов и проницаемости герметизирующего слоя под внутренним давлением транспортируемой среды.
  2. Разработка и исследование конструктивно-технологических концеп­ций герметизации композиционных стенок трубопроводов.
  3. Разработка и исследование конструктивно-технологических предложе­ний по созданию многофункциональных, надежных и экологически безопасных трубопроводных транспортных систем из композиционно-волокнистых материалов.
  4. Предложение технологических приемов реконструкции и восстанов­ления изношенных трубопроводных систем на базе усовершенство­ванных в диссертационной работе конструкций стеклопластиковых трубо­проводов.

Во второй главе рассмотрены и обобщены методики расчета и испытаний композиционно-волокнистых труб на длительную и кратковременную прочность. Описаны имеющиеся методики расчета коэффициента запаса прочности композитных труб, методы проведения испытаний на прочность, герметичность и долговечность, проведен анализ методики расчета проницаемости герметизирующих слоев, а также изложена разработанная автором физико-математическая модель процессов (и возможных причин) трещинообразования композиционных труб при действии внутреннего давления и анализ результатов проведенных исследований.

Поскольку стенка стеклопластиковой трубы проектируется на основе  принципа равнопрочности конструкций, то интенсивность и частота микро­трещин, возникающих в стенке при нагружении ее внутренним давлением для  продольных  и  поперечных слоев структуры (равно как и для перекре­щивающихся слоев структуры стенки, изготовляемой методом спиральной намотки) будут в среднем одинаковы. Таким образом,  возникающие в перекре­щивающихся слоях структуры композиционной стенки микро­трещины, встречаясь друг с другом, образуют сквозные каналы (или  капил­ляры),  пронизывающие стенку трубы насквозь или на некоторую  глубину.  Причем часть из них может иметь скрытый (серединный) характер, т.е. не иметь выхода ни на внутренней, ни на наружной поверхности композицион­ной стенки (рис. 2).

Рисунок 2. Схема образования сквозных капилляров проницания (в т. В) в структуре стенки трубы из композиционно-волокнистых материалов под действием внутреннего давления

Детальный анализ процессов трещинообразования связующего убеди­тельно свидетельствует о квазирегулярности  расположения трещин и сравни­тельно равномерном их распределение  по всем слоям и объему композиционно-волокнистого материала. 

Это явление носит  четкий характер и отмечалось в ходе экспериментальных работ. В частности, картина регулярности расположе­ния трещин как в поперечных, так и продольных слоях отчетливо видна на микроструктурном снимке (рис. 3) стеклопластиковой стенки трубы после ее нагружения внутренним давлением  0,7 от разрушающего.

  Рисунок 3.  Расположение трещин в структуре стенки композиционной трубы

В результате такого распределения в точках пересечения продольных и поперечных трещин образуется семейство  прямых  капилляров,  которые пронизывают всю стенку трубы и приводят, в конечном счете, к ее разгерметизации.

Суммарные размеры сечений капилляров , образовавшихся в процессе растрескивания композиционного материала, будут пропорциональны величинам действующих продольных σ1  и поперечных  σ2 напряжений

,                                (1)

где Vв1,2 – объемное содержание волокон в направлениях действия напряжений σ1 и σ2 соответственно; ­ деформация связующего; Ев – модуль упругости волокон.

Вместо Vв1,2 можно воспользоваться величиной относительного содержания волокон в единице объема Hв1,2.

Такое представление процессов трещинообразования дает возможность в качестве основной модели для исследования проницаемости конструкций из композиционного материала, в частности труб, принять наиболее простую из них ­ модель из прямых капилляров, значительно упрощающую исследовательскую работу, но, несмотря на это, обеспечивающую подобие топологии трещин  (капилляров) в стенке изделия.

Сущность модели сводится к тому, что стенка трубы рассматривает­ся как пучок прямых трансверсальных параллельных друг другу капилляров и представляет собой пористую среду с незначительными размерами пор.

Расчет параметров процессов трещинообразования (напряжения σразг и деформации εразг потери сплошности, времени наступления разгерметизации и разрушения композиционной стенки tразг, а также нахождение порога трещинообразования Рразг) основан на теориях потери сплошности ортогонально-армированных пластиков, в основе которых лежит гипотеза, согласно которой полимерное связующее разрушается, если работа напряжений Wa(t) достигает своей предельной величины Wamax, которая для данного связующего является постоянной:

                                       (2)

Автором была составлена программа расчета параметров трещинообразования и проницаемости стеклопластиковой трубы на языке Паскаль. При расчетах за основу были приняты физико-механические характеристики стеклопластика (намоточного) на основе стеклоткани Т­10­80 и эпоксифенольного связующего ЭТФ. По результатам проведенных исследований были построены и проанализи­рованы ряд зависимостей (рис. 4 – 7). Полученная с погреш­ностью 8 10 % сходимость с экспериментальными данными, позволяет рекомен­довать разработанную модель для вычисления деформации разгерме­тизации и параметров проницаемости на первоначальном этапе проектирова­ния изделия без проведения модельных (натурных) испытаний. Основные результаты проведенных исследований приводятся ниже.

Преимущественное разрушение происходит в зоне адгезионных сил, т.е. в зонах сопряже­ния «волокно – связующее». Трещины располагаются в направлении, перпендикулярном к действию нагрузки. Таким образом, в начальный момент с ростом объемного содержания воло­кон растут и концентрации напряжений, что приводит к увеличению количества дефектов (дефектных зон) от которых развиваются трещины, что и вызывает увеличение коэффициентов диффузии и проницаемости. Это положение иллюстрируется на рис. 4.

а)                                                         б)

Рисунок 4. Зависимость параметров проницаемости метана через стенку стеклопластиковой трубы от объемного содержания волокон в КВМ при Рраб = 10 МПа

Далее количество этих трещин изменяется незначительно (см. участок графика в пределах 0,4 0,5 от объемного содержания волокон), поэтому график сохраняет практически прямолинейный характер. С дальнейшим увеличением объемного содержания волокон, магистральные размеры трещин увеличиваются за счет извилистости, т.к. трещина обходит волокна. При приложении нагрузки эти трещины смыкаются за счет сдвига волокон, что приводит к снижению коэффициентов диффузии и проницаемости. И как видно на графике, наименьшего значения эти параметры достигают при 70%-ном объемном содержании волокон, считающимся оптимальным с точки зрения прочности конструкции.

При последующем увеличении объемного содержания волокон уменьшается объемное содержание связующего, что приводит к снижению эластичности материала в направлении перпендикулярном действию нагрузки и увеличению количества трещин, сопровождающееся ростом коэффициентов диффузии и проницаемости. А на последнем участке, когда объемное содержание волокон больше 0,8, незначительное снижение процессов проницаемости происходит за счет эффекта «пожарного рукава», или облитерации, заключающейся в насыщении и набухании стенок, что приводит к закупориванию части каналов фильтрации за счет поверхностных сил смачивания. Это явление впервые отмечено автором в процессе исследований, связанных с закономерностями зарождения и динамики развития трещиноватости в композиционно-волокнистых средах под влиянием нагрузочных эксплуатационных факторов.

Механизм нарушения сплошности композиционно-волокнистых структур исследован методом газопроницаемости стеклопластиковых труб с объемным содержанием волокон H=0,7 в зависимости от внутреннего давления рабочей среды (рис. 5). Установлено, что с ростом давления коэффициенты проницаемости и диффузии возрастают, причем резкий рост этих параметров, и следовательно раскрытие трещин, отмечается при давлении около 10 МПа и выше.

Рисунок 5. Зависимость коэффициентов диффузии и проницаемости метана через стенку стеклопластиковой трубы от давления в трубе при оптимальном содержании волокон

в КВМ Н = 0,7

Графики, представленные на рисунке 6, показывают изменения деформаций разгерметизации при кратковременных и длительных нагружениях стеклопластиковой трубы в зависимости от объемного содержания волокон.

а)                                                        б)

 

Рисунок 6. Зависимость деформации разгерметизации стенки стеклопластиковой трубы от объемного содержания волокон в композиционно-волокнистом материале при кратковременном (а) и длительном (б) нагружениях

Уменьшение величины деформации разгерметизации с ростом объемного содержания волокон и в том и в другом случаях объясняется снижением эластичности композиционной стенки, что приводит к раннему возникновению трещин в структуре материала стенки. Сравнение представленных графиков показывает, что значения величины деформации разгерметизации при одних и тех же значениях объемного содержания волокон практически не зависят от характера нагружения образца.

Как показали исследования, время потери сплошности (нарушения герметичности материала) в зависимости от объемного содержания волокон в материале стенки трубы (рис. 7), является отражением графиков, представленных на рисунке 4.

Рисунок 7. Зависимость времени потери сплошности стенки стеклопластиковой трубы от объемного содержания волокон в композиционно-волокнистом материале при Рраб = 10 МПа

       Проведенные исследования проницаемости герметизирующих слоев, применяемых в композитных трубах с целью повышения их герметичности, показали, что их наличие не является гарантией качества труб. И при транспортировке природного газа, и при транспортировке нефти, содержащего попутный природный газ, нельзя исключить вероятность возникновения различных видов диффузии, приводящих к нарушению герметичности стеклопластиковой трубы, а также к отслаиванию и последующему вздутию герметизирующего слоя от ее внутренних стенок («кессонное отслаивание»).

В таблице 2 приводятся расчетные величины утечек различных  газов через герметизирующий слой толщиной 5 мм по экспериментальным значениям коэффициентов проницаемости и растворимости газов. Полученные результаты могут быть использованы при рассмотрении транспортировки нефти, содержащей попутный нефтяной газ, в состав которого входят этан, пропан, бутан, азот, сероводород, углекислый газ и т.д.

Таблица 2

Величина утечки газов через единичную площадь герметизирующего слоя из сополимера бутадиена со стиролом (СКН-30) толщиной 5 мм

Характеристики проницаемости

Н2

О2

CO2

H2S

N2

· 1017, м2/с·Па

25,2

10,6

116

1,86

3,9

· 105, м3/м3·Па

0,031

0,94

0,92

0,05

0,048

D, ·1010, м2/с

8,13

0,113

1,26

0,372

0,813

Т, с

5125

369000

33100

112007

51282

Q, г/год

15,88

6,61

73,08

1,17

2,45

В ходе экспериментов были установлены величины значений коэффициентов проницаемости и диффузии метана через полиэтиленовый слой толщиной 5 мм. Исследования показали, что = 0,3·10-17 , = 0,57·10-11 .

Все вышесказанное и произведенные расчеты показывают, что решения проблемы герметизации стеклопластиковой трубы только за счет использования герметизирующих слоев достичь невозможно, так как хотя бы один из механизмов диффузии газа через герметизирующий слой будет иметь место.

В третьей главе рассмотрены основы усталостных и коррозионных процессов, возникающих в композиционно-волокнистых трубах вследствие их низкой трещиностойкости и герметичности при действии нагрузок поперек волокон. Обобщены разработанные автором и имеющиеся в настоящее время материаловедческие и конструктивно-технологические принципы создания герметичных труб. Описаны предложенные автором модели возникновения «кессонного отслоения», заключающегося в отслаивании и вздутии внутреннего герметизирующего слоя при сбросах давления в трубопроводе, приводящего к разгерметизации последнего, и пути решения этой проблемы.

Исследования, проведенные в работе, показали, что проблема трещинообразования и герметичности композиционных труб является комплексной, а процесс растрескивания связующего – функцией степени армирования, что необходимо учитывать при проектировании, изготовлении, определении методов испытаний и условий эксплуатации. Иначе говоря, эту проблему необходимо решать, используя два подхода:

  • материаловедческий, направленный на рецептурную и/или композицион­но-волокнистую организацию материала проектируемого изделия;
  • конструктивно-технологический, прорабатывающий варианты обеспе­чения герметичности стенок изделия дополнительными конструктивно-технологическими средствами.

       Следует отметить, что каждый из этих подходов может быть использован как самостоя­тельно, так и в совокупности с другим с целью достижения более эффективных результатов.

       Были сформулированы следующие материаловедческие принципы управления герметичностью и трещиностойкостью  труб из композиционных материалов:

принцип эластичного связующего: сущность данной концепции заключается в предотвращении образова­ния микротрещин в структуре стенки трубопровода из КМ за счет увеличения эластичности используемого связующего в k раз из условия монолитности (герметичности) КВМ

,                                                (3)

где ; εв и εсв ­ относительные удлинения под нагрузкой волокна и  связующего соответственно; d ­ диаметр волокна; δ ­ толщина прослойки связующего.

Проведенные эксперимен­ты показали, что введение в состав связующего пластифицирующих компонентов (пластификаторов) с целью повышения герметичности конструкций отрицательно сказываются на их несущей способности.

Получить связующее, отвечающее требованиям герметичности, можно введением в его состав прослоек эластика, т.е. созданием биматричного ком­позиционного материала, структура которого показана на рисунке 8. Благодаря высокой эластичности, такое связующее имеет повышенную попереч­ную деформативность при растягивающих усилиях, что обеспечивает частичное блокирование процессов трещинообразования, а также перекры­вание образовавшихся трещин при сбросах давления.

Рисунок 8. Структура биматричного композиционного материала:

1 – композиционно-волокнистый материал; 2 – эластик; 3 – арматура; 4 – связующее

       принцип напряженного армирования: суть метода заключается в том, что при повышении величины натяжения волокон, можно повысить порог трещиностойкости материала до предела, соответствующего одновременному разрыву обоих компонентов: связующего и волокон. В этом случае условие трещиностойкости напряженно армированного пластика будет выглядеть в общем случае следующим образом:

,                (4)

где и - деформация и напряжение в связующем сразу после приложения нагрузки; - момент приложения постоянной внешней нагрузки после обжатия связующего (в случае обычного, ненапряженного армирования), ;

принцип неравновесной спирально-перекрестной намотки: суть принципа в намотке волокон под углами, отличными от равновесных (например, при углах ± 45), При этом, спиральные витки волокон под действием внутреннего давления стремятся к равновесной конформации, т.е. к углам ± 3516. Эта сдвиговая деформация способствует смыканию образовавшихся спиральных микротрещин в стенке трубопровода. Таким образом спонтанно организуется авторегулируемый процесс уплотнения волокнистой стенки, находящейся в плосконапряженном состоянии (рис. 9).

Проведенные сравнительные испытания на образцах трех типов (с продольно-поперечной, равновесной спирально-перекрестной и неравновесной спирально-перекрестной намотками) подтвердили выдвинутое предположение.

Рисунок 9. Неравновесная спирально-перекрестная структура

Принцип крученых нитей: согласно этому принципу трещиностойкость стенок труб из композитных материалов может быть увеличена за счет использования эластичного связующего совместно с кручеными нитями. Применение крученых нитей позволяет снизить деформационные свойства арматуры в целом благодаря изогнутости волокон.

В этом случае в условие монолитности вводится множитель cos α (рис. 10):

                                       (5)

Рисунок 10. Крученая нить: вр – величина деформации не крученой нити, в – величина деформации крученой нити

Принцип самоуплотнения: сущность данного принципа состоит в организации самоуплотняю­щейся (смыкающейся) структуры стенки путем использования оплеточных композиционно-волокнистых систем из крученых нитей (рис. 11).

Рисунок 11. Схема самоуплотнения структуры оплеточной композиционно-волокнистой стенки трубы: 1, 2 – системы из крученых нитей

Принцип «розетты»: использование плоскоспиральной многослойной структуры стенки, так называемой «розетты», позволяет повысить показатели герметичности стенок труб из композиционно-волокнистых материалов.

Рисунок 12. Схема уплотнения структуры стенок типа «розетта»

       Принцип высокомодульных волокон основан на том, что чем меньше величина продольных деформаций армирующих волокон, тем меньше величина деформации прослоек матрицы в поперечных слоях, и тем выше трещиностойкость связующего. Отсюда, повышения уровня герметичности можно добиться использованием в композитах с эластичной матрицей высоко-модульных армирующих волокон, обладающих меньшей деформативностью, позволяющих также повысить жесткость конструкции и снизить ее массу.

Принцип снижения доли армирующих волокон заключается в снижении объемной доли армирующих волокон, что позволяет увеличить эластичность связующего, за счет использования крученых нитей.

Принцип создания «интеллектуальной» конструкции (с памятью формы): армирование композиционно-волокнистых материалов включениями с памятью формы позволяет осуществлять некоторые адаптивные функции изделия в условиях эксплуатации. Созданные таким образом интеллектуальные материалы могут применяться в случаях, когда необходимо реализовать достаточно высокую степень адаптивности по отношению к изменяющимся внешним и внутренним условиям. 

Все вышеизложенные концепции материаловедческого подхода являются приемлемыми при решениях проблем герметичности стенок различных конструкций из композиционных материалов, но могут оказаться недостаточно эффективными для труб нефтегазового назначения, работающих под высокими давлениями. Поэтому в ряде случаев оказывается целесообразным введение дополнительных конструктивно-технологических средств защиты в конструкцию композиционно-волокнистых труб. Возможным направлением здесь является герметизация возникающих при нагружениях каналов проницания. Одним из перспективных и наиболее эффективных путей в этом отношении является концепция создания бислойной трубы, состоящей из наружного армирующего стеклопластикового слоя и внутреннего герметизирующего лейнера, который может быть металлическим или неметаллическим.

Проведенный в диссертации анализ по применению металлических покрытий в качестве внутреннего герметизи­рующего слоя позволил сделать вывод о сложности обеспечения синхронности деформационной работы бислойной конструкции вследствие различия деформационных характеристик слоев; асинхрон­ность этого параметра и необратимость деформационных разрушений в широком диапазоне механических, циклических и температурных воздействий сужают область их нефтегазового применения. Кроме того, металлический слой под­вержен коррозии, что предполагает необходимость использования коррозионностой­ких сплавов, удорожающих конструкцию. Наконец, использование метал­лического герметизирующего слоя малой толщины сопровождается явлениями его деформацион­ного вздутия и отслаивания от композиционной оболочки, а при увеличении тол­щины металлической оболоч­ки растет масса изделия, что приводит к снижению коэффи­циента массового совершенства конструкции.

Для герметизации композиционных труб чаще пользуются неметаллическим герметизирующим слоем из термопластичных или резиноподобных эластомеров. Практика показывает, что такой способ блокирования процессов проницания является более эффективным и находит широкое применение в проектировании. Преимуществами таких герметизирующих слоев является надежность работы в широком диапазоне нагрузок и температур, в том числе  при контакте с агрессивными средами.

Однако эластомерные оболочки подвержены явлению «кессонной болезни», или «кессонного отслаивания», возникающего при сбросах давления в трубе. Это явление развивается в результате быстрой декомпрессии сжатого газа, заключенного в поровой структуре композитной оболочки, сопровождающееся объемным расширением (до 1600 крат) сжатых частиц газа. Силовой вектор этого расширения направлен в сторону снижения давления, т.е. внутрь трубы, что и служит причиной отрыва герметизирующего слоя от стенок и его вздутие вдоль всей внутренней поверхности трубного изделия (рис. 13).

Рисунок 13. Схема вздутия герметизирующего слоя вдоль внутренней поверхности стенок трубопровода (СО – силовая оболочка, ГС – герметизирующий слой)

Возникновение «кессонного явления» до настоящего времени объяснялось или разной скоростью диффузии расширяющегося газа в композитной и эластомерной оболочках, или образованием на границе раздела конденсационного слоя влаги из-за разной проницаемости бислойной конструкции.

Автор предлагает к обсуждению дополнительные гипотезы (модели), объясняющие возможные причины «кессонного отслаивания» и пути его предотвращения.

Модель 1. Диффузионный, или механизм выравнивания концентраций через проницаемую стенку композита. Во время функционирования изделия среда, в частности газ, диффузирует в структуру герметизирующего слоя, способствуя тем самым его «набуханию».  В связи с наличием областей с различной степенью набухания, возникающие в герметизирующем слое напряжения сжатия распределяются неравномерно.

После снятия нагрузки, сжатый сорбированный газ оказывается освобожденным от сил сжатия в молеку­лярной структуре герметизирующего слоя, и вследствие действия сжимающих окружных напряжений начинает мигрировать, расширяясь к внутренней его поверхности (аналогия: вскрытие бутылки с газиро­ванной водой). Возникающие при этом газовые пузырьки высокого давления, объединяясь, вклиниваются в зону сопряжения герметизирующего слоя и композиционной стенки, образуя локальные микродефекты и отслоения на границе их соедине­ния. Таким образом, могут возникать местные вздутия внутреннего слоя (волдыри). При прокалывании этих вздутий они исчезают. Но нарушенность адгезионного сцепления не исчезает.

Модель 2. Инерционный, или колебательный механизм. Вероятной причиной процессов вздутия и отслоения внутреннего герметизирующего слоя от композиционной (композитной) стенки может явиться инерционный (колебательный) механизм, возникающий после сброса давления. Суть его заключается в том, что при нагружении трубы внутренним давлением возникают растягивающие напряжения, в результате которых стенка деформируется и ее диаметр приобретает некоторое приращение . После снятия нагрузки равновесие системы нарушается и упругая композиционная стенка стремится возвратиться в свое первоначальное состояние равновесия (до нагружения), что порождает волну сжимающих напряжений. В результате, под действием чередующихся квазиупругих сжимающих и растягивающих сил, направленных к положению равновесия, возникают свободные затухающие колебания бислойной системы, колебательная модель которой условно представлена на  рис. 14.

Рисунок 14. Схема инерционной, или колебательной модели отслоения ГС от внутренней стенки трубы и его вздутие

Таким образом, в волновой колебательной системе возникает фазовый сдвиг, силовая составляю­щая которого способна преодолеть прочность адгезионного сцепления бислойной конструкции с последующим отрывом герметизирую­щего слоя.

Модель 3. Механизм кольцевого сжатия, или последействия. В момент сброса давления на стенки трубы действуют растягивающие усилия, а герметизирующий слой деформируется под действием сжимающих сил. При этом изменение площади поперечного сечения герметизирующего слоя FГС пропорционально его относительному удлинению и коэффициенту  восстановления  (сжатия) kГС, зависящему от свойств материала и изделия в целом

                                               (6)

Наличие участков с повышенной эластичностью, а также с различными дефектами (задир, отслоение, непроклей и т.д.), влияющих  на  величину коэффициента восстановления, позволяет предположить, что именно они увеличиваются в толщине интенсивнее в отличие от смежных  бездефектных участков.

Образуемое при этом «пятно» отжима (отслоения) герметизирующего слоя от стенки трубы действует на зону сопряжения системы «герметизирующий слой – силовая оболочка»  с  усилием Т (рис. 15). В этом случае, с обеих сторон  «вздутого» участка эластомерного слоя возникают противоположнонаправленные отслаивающие усилия Т. Это способствует упругому «прощелкиванию» сжимаемого вздутого  участка  герметизирующего слоя  в сторону свободного объема, изменяя при этом  знак  кривизны, что приводит к образованию одной или двух  волн  вздутия.

Рисунок 15. Схема возникновения вздутий по механизму последействия

Модель 4. Модель описывает комплексный  механизм «кессонного отслоения».

Как уже было отмечено в модели 1, насыщение (набухание) герметизирующего слоя вследствие диффузирования газа в его структуру  происходит неравномерно. Наиболее газонасыщенные участки  являются  одновременно с этим и более податливыми (нежесткими). Эти участки после разгрузки и расширения частиц сжатого газа «набухают» интенсивнее соседних, образуя локальные вздутия, паскалева сила которых устремлена в сторону сброса давления и способствует отрыву этих вздутий от стенки трубы. Далее развитие этого процесса может происходить по одной из вышепредложенных моделей. Причем в первом случае (модель 1) тангенциальное сжатие газонасыщенных участков интенсифицирует миграцию газа в зону сопряжения слоев, что  способствует зарождению «газоприемного» резервуара, наполнение которого приводит к образованию магистральных каналов вздутия со всеми вытекающими разрушительными последствиями.

Модель 5. Гидродинамический механизм. Модель применима к трубопроводам, работающим в контакте с  жидкими средами. Схема возникновения вздутий в этом случае выглядит следующим образом.

В момент сброса давления при откачке жидкой  среды из внутренней полости трубопровода, внутри трубы возникает  зона  разрежения  (область с низким давлением). Стенки трубопровода при этом испытывают  сжимаю­щие усилия. Наиболее сильно это сказывается на поведении эластомерного герметизирующего слоя, который в зонах некачественного сопряжения с более жесткой стенкой композиционной трубы вследствие дефектов различного рода начинает отслаивать­ся под действием «всасывающих» сил, действующих  в  направлении к зоне разрежения, что может привести к отрыву герметизи­рующего слоя, а в некоторых случаях к его «схлопыванию», т.е. к полному отслоению от стенки, как это показано на рис. 16 применительно к баллон­ной емкости.

Рисунок 16. Схема гидродинамической модели отслоения ГС от стенки композитного баллона и его вздутия: 1 – стеклопластиковая оболочка; 2 – герметизирующий слой

Таким образом, можно говорить о присутствии хотя бы одного из механизмов вздутия герметизирующего слоя при сбросе внутреннего давления в трубе, а чаще всего и нескольких из них.

В зависимости от модели вздутия герметизирующего слоя, возникает несколько концептуаль­ных решений проблемы «кессонного отслоения», которые можно сформулировать как вероятные направления исследований.

Решение 1. Сброс внутреннего давления в условиях внешнего разрежения (создать и поддерживать внешнее разрежение можно с помощью многоканального трубопровода, речь о котором пойдет в следующей главе):

а) откачка из раскрытых микротрещин напряженной композиционно-волокни­стой структуры силовой стенки газообразных продуктов способствует предотвращению отслоения герметизирующего слоя от внутренней стенки трубы, а также самозалечиванию микротрещин в структуре композиционно-волокнистого материала;

б) условие внешнего разрежения обеспечивает присасывание (прижима­ние) герметизирующего слоя к внутренней стенке трубы, предотвращая, тем самым, процесс вздутия.

Создание разрежения может  быть обеспечено инжекционным способом,  вакуум-насосом  и  другими различными способами.

Решение 2. Производить программированный во времени медленный сброс давления со скоростью, обеспечивающей:

а) опережение процессов релаксации напряжений в герметизирующем слое;

б) исключение инерционных механизмов отслоения и деформации герметизирующего слоя.

Решение 3. Апериодический механизм консолидации системы «герметизирующий слой ­ стенка трубы»:

а) использование механизмов структурно-конструкционного демпфиро­вания и амортиза­ции упругих колебаний системы;

б) использование многослойных герметизирующих оболочек, неполное опорожнение и/или ступенчатый сброс давления;

в) медленное стравливание «избыточной» массы жидкости ΔV = Vmaxсвд-V0свд; вытеснение жидкости из трубопровода сжатым газом; стравливание избытка жидкости ΔV посредством  внешнего  обжимающего давления Рвнеш > Рвнутр.

Решение 4. Одним из способов предотвращения «кессонного явления» может быть использование герметизирующего слоя, представляющего собой гибкую оболочку, которая протягивается внутрь стеклопластиковой трубы. После подачи внутрен­него давления оболочка ложится на внутреннюю стенку композитной трубы, перекрывая все ее неплотности. Таким образом, будучи нескреплен­ным со стенкой трубы, такой герметизирующий слой не подвержен проявлению «кессон­ной болезни». При этом, за счет большего чем у трубы диаметра, оболочка не испытывает разрывных нагрузок от внутреннего давления и мо­жет быть достаточно тонкой.

В работе была исследована возможность герметизации композитных труб анаэробными герметиками. В результате исследований установлено, что после сброса давления стенка трубопровода разгружается не полностью, т.к. застывший в структуре композиционного материала анаэробный герметизирующий состав препятствует обратному смыканию трещин. В свою очередь, это ведет к возникновению в стенке трубопровода остаточных напряжений, которые при повторных нагружениях образца, накладываясь на действующие, могут привести к разрушению изделия в целом. Результаты исследований приведены на графике (рис. 17), который демонстрирует, что при неоднократных циклических нагрузках предел монолитности (трещинообразования) уменьшался.

Рисунок 17. Зависимость давления трещинообразования стеклопластиковой трубы от числа циклов нагружения при восстановлении монолитности анаэробным герметиком

Кроме этого в работе было отмечено явление облитерации, приводящее к снижению уровня проницаемости композитных труб в результате смачивания  и поверхностного насыщения трещинного пространства молекулами транспортируемой среды, что приводит к закупориванию образовавшихся трещин проницания.

Одним из решений, послужившим основой развития концепции многоканальных трубопроводов из композиционных материалов, является герметизация каналов проницания стенок трубы за счет  создания внешнего барьера, препятствующего утечке транспортируемой среды. К преимуществам такой конструкции можно отнести возможность регулирования противодавления в герметизирующем объеме при изменении эксплуатационных факторов, демпфирование механических колебаний, возникающих при сбросах давления.

Перспективным направлением создания герметичных композитных труб является использование в них многослойных герметизирующих покрытий. Оно базируется на том, что сопротивление проницаемости многослойного покрытия равно сумме сопротивлений проницаемостей отдельных слоев

,                                                (7)

откуда следует, что .

       Однако, как показывают проведенные автором исследования, проницаемость многослойных покрытий зависит еще и от порядка расположения слоев по отношению к направлению потока вещества, что не учитывает вышеприведенная формула. Результаты экспериментальных значений коэффициентов проницаемости и диффузии для двухслойных систем из оболочек на основе полиэтилена (ПЭ), поливинилхлорида (ПВХ) и полистирола (ПС), полученные в диссертации, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Значения коэффициентов проницаемости и диффузии для двухслойных покрытий

Покрытие

Газ

,

D,

ПЭ/ПВХ

гелий

2,24

71,32

ПВХ/ПЭ

6,97

75,56

ПЭ/ПС

6,73

3,46

ПС/ПЭ

8,78

5,11

       Таким образом, при использовании многослойных герметизирующих слоев необходимо экспериментальным путем установить порядок их расположения с целью достижения наибольшего эффекта по герметичности. 

       Кроме этого, рекомендованы многослойные герметизирующие покрытия, включающие  полимерный герметизирующий слой с металлическим напылением, а также внутриструктурные герметизирующие слои, которые на стадии производства композитной трубы монтируются в структуру ее стенки на разных толщиных уровнях, и могут состоять как из однородных, так и из разнородных материалов.

Четвертая глава посвящена конструкциям композиционно-волокнистых труб с рифленым герметизирующим слоем; с анаэробной технологией герметизации; многослойным трубам и многоканальным трубопроводы, а также устройствам для их соединения, позволяющим придать высокую степень герметичности и расширить возможности применения композитных труб в нефтегазовой промышленности.

В основе базовой конструкции композиционной трубы с рифленым герметизирующим слоем лежит интегральная схема комплексного спирально-перекрестного и тангенциального армирования 3D. Непрерывная высокоскоростная спиральная намотка (перекрестная под углом ± 45°, с бандажирующим винтовым слоем обеспечивает технологическую рациональность изготовления трубы на самом высоком уровне. Спирально-перекрестное армирование позво­ляет направить энергию упругой деформации стенки от действия внутреннего давления на внутриструктурные силовые смещения спиральных линий (волокон арматуры) от углов ± 45° в сторону равновесных ± 55°44. Образовавшиеся трансверсаль­ные микротрещины при этом спонтанно смыкаются и самогерметизируются. Благодаря этому явлению трещиностойкость и герметичность трубы существен­но возрастает.

Рифленая конструкция внутреннего герметизирующего слоя способствует устранению явления «кессонного отслаивания». Материал герметизирующего слоя может быть любого происхождения (металлический, полимерный, резиноподобный и т.д.).

Базовая конструкция разработанной композитной трубы представлена на рисунке 18.

а)                                                        б)

Рисунок 18. Базовая конструкция композиционно-волокнистой трубы с рифленым герметизирующим слоем (а) и опытный образец композитной трубы со спирально-винтовым рифленым герметизирующим слоем:

1 – композиционная стенка трубы; 2 – герметизирующая оболочка; 3 – клеевой состав

Экспериментально установлено, что скорость потока в трубе со спирально-рифленым внутренним герметизирующим слоем не снижается, а в ряде случаев, хоть и незначительно (до 5 %), превосходит скорость потока в трубе с обычным герметизирующим слоем из эластомерных материалов. Измерения производились с помощью ультразвукового накладного расходомера «Flexim». Были предложены 3 гипотезы, которые, возможно, объясняют причину увеличения скорости потока в такой трубе.

Причиной установленного эффекта являются особенности взаимодействия жидкой и газовой сред на границе их раздела. Во-первых, спиральные рифления способствуют вихревой закрутке каждой из струй, при этом вихри ведут себя как подшипники скольжения, вращаясь противоположно направлению закрученного рифлями потока по принципу торнадо (рис. 19). Во-вторых, струя жидкости ламинизируется на границе с эластичной футеровкой рифления, приводя к снижению гидродинамических потерь (принцип «дельфин»). И наконец, массоперенос сопровождается инициированием механических колебаний в стенках рифлений под действием динамических сил транспортируемого потока, что поддерживает скорость течения потока.

Рисунок 19. Схема движения жидкости в рифленом канале по принципу действия торнадо

Таким образом, конструкция стеклопластиковой трубы с рифленым герметизирующим слоем позволяет не только избежать нежелательных явлений в виде «кессонного отслаивания» и разгерметизации стенок трубы, но и не препятствует скорости движения потока, иногда даже ускоряет его по сравнению с металлической трубой, повышая тем самым пропускную способность такого трубопровода в целом.

Практический интерес представляет герметизация композитной трубы на базе анаэробной технологии, но с использованием структурирующихся неотверждающихся анаэробиков. При этом процесс герметизации начинается автомодельно в момент образования микротрещин в стенке трубы и продолжается в течение всего периода нахождения ее в напряженно-деформированном состоянии. При сбросе давления нетвердеющий анаэробик не препятствует упругому смыканию трещин, свободно перетекая в структурные пустоты аккумулирующего материала. При этом технологически процесс герметизации должен носить спонтанный характер организации и быть авторегулируемым. Исходя из указанных предпосылок, разработаны две оригинальные конструкции труб, постулирующие анаэробную технологию герметизации жидким нетвердеющим анаэробиком (рис. 20).

а)                                                б)

Рисунок 20. Конструкции труб с центростремительной (а) и  межслойной (б) анаэробной герметизацией: 1- стенка композиционной трубы; 2 – пористый материал, заполненный жидким анаэробиком; 3 – герметизирующий слой;

4 – внешний герметизирующий слой из металлической ленты

Одна из причин слабого внедрения композиционных труб, несмотря на всю их перспективность и достоинства, связана с конструктивными недоработками узлов их соединения в трубопроводные плети. В ходе работы над диссертацией такой узел нами разработан. Он представляет собой устройство для соединения труб, отличающееся высокой технологичностью сочленения труб из различных материалов и с любой толщиной стенок, особенно тонкостенных, а также много­слойных стеклопластиковых труб. 

Сущность предложенного устройства и его конструктивная особенность заключается в замковом ступенчатом разъеме (рис. 21, поз. 3) различной конфигурации. В кольцевые канавки 4 замков с натягом и нанесением клеевого состава укладываются скрепляющие кольцевые элементы (рис. 21, а, поз. 4) из высокопрочного материала, например металлической ленты или ленты из стеклопластика. Таким образом, кольцевые элементы бандажируют замковое соединение, стягивая полукольцевые консоли концов состыкованных труб и обеспечивая на этапе сборки трубопровода требуемое контактное давление необходимое для обеспечения герметичности и прочности соединения, а при эксплуатации – тангенциальную и коаксиальную прочность, работая на растяжение как бандаж, а на поперечный срез - как шпонка.

Рисунок 21. Различные типы конструктивного исполнения устройства для соединения композиционных труб:

1, 2 – торцы соединяемых труб; 3 – ступенчатый разъем; 4 – скрепляющие кольцевые элементы

Основным сдерживающим фактором широкого применения стеклопластиковых труб большого диаметра в магистральных нефте- и газопроводах является проблема потери герметичности стеклопластиковой стенки под высоким внутренним давлением транспортируемой среды. В связи с этим в настоящем разделе рассматривается концепция создания многоканальных трубопроводных систем, работающих на принципе внешнего противодавления, компенсирующего напряженное состояние трубных конструкций, находящихся под внутренним давлением перекачиваемой среды. Такая конструкция позволяет достичь условия эксплуатации, при котором раб<тр, где тр - предел трещиностойкости композиционной трубы. Конструктивно - технологически эта концепция была реализована в конструкции многоканального трубопровода, предназначенного для одновременной транспортировки двух и более разных продуктов (в частности, жидкого и газообразного) под высоким давлением (рис. 22).

Рисунок 22. Многоканальный трубопровод: 1-низконапорный внешний трубопровод;

2,4,6- транспортируемый продукт; 3-средненапорный промежуточный трубопровод; 5-высоконапорный внутренний трубопровод

Многоканальный трубопровод состоит из наружных средненапорных труб (металлических или стеклопластиковых) и внутренних стеклопластиковых труб меньшего диаметра для транспортировки жидкого или газообразного продукта под высоким давлением.

Предложенное конструктивно-технологическое решение трубопровода нефтегазового назначения позволяет раздельно и одновременно транспортировать нефть и газ, что предполагает экономию затрат на укладку магистрали. Транспортируемый в этом случае по наружному каналу газообразный продукт выполняет функции эффективной теплоизоляции внутреннего трубопроводного канала.

       В пятой главе приводится технико-экономическое обоснование применения стекло-пластиковых труб в нефтегазовой промышленности.

Многие авторы, отмечая, что средняя стоимость стеклопластиковых труб в 4 раза больше, чем металлических, забывают отметить, что это - в расчете на тонну. А поскольку стеклопластик в 4 раза легче металла, то порядок цен композитных и металлических труб вполне сопоставимы. В таблице 4 приведены сравни­тельные расчеты, которые позволяют сделать выводы о перспективности использования стеклопластиковых труб вместо металлических. Как видно, стоимость стеклопластиковой и метал­лической трубы примерно одинаковы, а с учетом сроков эксплуатации, затрат на анти­коррозионную защиту и очистку внутренней поверхности металлических труб, преимущества стеклопластиковых труб неоспаримы.

Таблица 4

Расчет стоимостей стеклопластиковой и металлической труб

Параметры труб

Стеклопластиковая труба

Металлическая труба

Диаметр наружный, мм

Толщина стенки, мм

Диаметр внутренний, мм

Масса 1 м трубы, кг

Метров в 1 тонне трубы, м

Стоимость одного метра трубы, руб.

Масса 1 м трубы, кг

Метров в 1 тонне трубы, м

Стоимость одного метра трубы, руб.

219

4

211

5,67

176,34

765,45

21,20

47,17

593,6

7

205

9,79

102,19

1321,65

36,58

27,34

1024,24

9

201

12,46

80,24

1682,1

46,59

21,47

1304,52

273

4

265

7,10

140,94

958,5

26,52

37,70

742,56

7

259

12,28

81,45

1657,8

45,90

21,79

1285,2

9

255

15,67

63,83

1692,36

58,57

17,07

1639,96

12

249

20,65

48,42

2115,45

77,20

12,95

2161,6

325

4

317

8,47

118,11

1143,45

31,65

31,60

886,2

7

311

14,68

68,13

1585,44

54,87

18,23

1536,36

9

307

18,75

53,32

2531,25

70,10

14,26

1962,8

12

301

24,77

40,38

3343,95

92,58

10,80

2592,24

530

6

518

20,73

48,24

2798,55

77,50

12,90

2170

8

514

27,54

36,32

3717,9

102,93

9,71

2882,04

10

510

34,29

29,16

4629,15

128,17

7,80

3588,76

12

506

40,99

24,40

5533,65

153,22

6,53

4290,16

Средний эконо­мический эффект от использования стеклопластиковых труб взамен стальных составляет 0,57 стоимости стеклопласти­ковой трубы на каждый 1 п.м. В расчетах принималось, что срок службы стеклопластиковой трубы составляет 25 лет против 5 у металлических; от­ношение стоимости 1 п.м. стекло­пластиковой трубы к метал­лической – 1,3; учитывались дополнительные расходы, необходимые на очистку внутренней поверхности металлических трубопроводов.

Расчет проводился по критерию модифици­рованной суммы приведенных затрат Зп, которые учитывают разно­временность инвестиционных и текущих вложений, и по коэффициенту эффектив­ности дополнительных инвестиционных вложений

,                                        (8)

где ηt – коэффициент дисконтирования, зависящий от нормы дисконта; Tp – расчетный период, равный сроку службы стеклопластиковых труб; Сt – текущие издержки в t-ом году; Kt – инвестиции в t – й год.

       Таким образом, экономическая целесообразность применения стеклопластиковых труб взамен металлических, особенно в нефтегазовой отрасли не вызывает сомнений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

  1. Разработана физико-механическая модель процессов трещинообразова­ния в структуре композиционной стенки трубы под действием внутреннего давления. Составленная на основании этой модели программа расчета параметров прони­цаемости (коэффициент проницаемости, коэффициент диффузии, деформация разгерметизации, время потери сплошности) и полученные результаты позволили подтвердить следующие научные положения:

­ оптимальная величина объемного содержания волокон в структуре композиционно-волокнистого материала с точки зрения минимального значения коэффициентов проницаемости и диффузии составляет 70 % (Н = 0,7);

­ длительность действия нагрузки (кратковременное или длительное нагруже­ние) практически не оказывает влияния на значение деформации разгерметизации стеклопластиковой стенки трубы;

­ имеет место механизм набухания стеклопластиковой стенки, приводящий к снижению коэффициентов проницаемости и диффузии.

  1. Исследованы возможные причины возникновения «кессонной болезни», или «кессонного отслаивания», заключающегося во вздутии эластичного внутреннего герметизирующего слоя при сбросах давления. Рассмотрены некоторые вероятные причины.

Разработана система рекомендаций, позволяющих исключить развитие процессов отслаивания и вздутия герметизирующего слоя трубопровода.

  1. Проведенные исследования показали, что проблему герметичности стекло­пластиковых труб необходимо решать, используя два подхода: материало­ведческий, направленный на рецептурную и/или композиционно-волокнистую организацию материала, и конструктивно-технологический, предусматривающий введение дополнительных конструктивно-технологических средств. В ходе рабо­ты были исследованы, обобщены и разработаны материаловедческие (9 принци­пов), конструктивно-технологические (7 принципов) и перспективные (6 принци­пов) подходы повышения трещиностойкости и обеспечения герметичности стенок стеклопластиковых труб.
  2. Проведенные в работе исследования по восстановлению монолитности стеклопластиковой стенки трубы путем нанесения твердеющих анаэробных герметиков, показали, что при неоднократных циклических нагрузках предел монолитности (трещинообразования) уменьшается. Это связано с тем, что внедрение в структуру стенки застывающего анаэробного герметика вызывает возникновение остаточных напряжений, которые при повторных нагружениях способствуют более раннему началу процессов трещинообразования, а при многократных циклических нагрузках разрушению.
  3. Экспериментально обнаружено, что имеющий место процесс набухания стеклопластиковой стенки трубы, приводит к уменьшению величины суммарной утечки транспортируемой среды через неплотности стенки. В диссертации объясняется причина и механизм этого явления.
  4. Разработана, изготовлена и испытана базовая конструкция стеклопластиковой трубы с рифленой непроницаемой герметизирующей оболочкой (патент РФ №  2117206), позволяющая избегать возникновения «кессонного отслаивания».
  5. Исходя из полученных в диссертации выводов (п.4), испытана конструкция стеклопластиковой трубы с анаэробной технологией герметизации стенки, основанной на  использовании жидких нетвердеющих анаэробиков. 
  6. Разработаны конструкции многослойной стеклопластиковой трубы (патент РФ № 2117205), многослойного (патент РФ № 2183784) и многоканального (патент № 2140605) стеклопластиковых трубопроводов для транспортирования различных сред, в том числе агрессивных, под высокими давлениями.
  7. Разработано новое устройство ступенчато-фасонного типа для соединения торцов композитных труб (патент РФ № 2191947), обладающее конструктивной простотой и обеспечивающее в то же время высокую надежность герметизации стыков.
  8. Выявлены технико-экономические перспективы применения трубопро­водов из композиционно-волокнистых материалов. В работе было продемонстрировано, что при проведении сравнительных расчетов по параметру «масса-длина-цена», стеклопласти­ковая труба оказывается более выгодной, чем металлическая.

       Содержание диссертационной работы опубликовано в 2 монографиях, 55 научных публикациях (в том числе 16 в изданиях, рекомендованных ВАК), в том числе апробированы в докладах на 16 конференциях. По результатам выполненных прикладных разработок получено 5 патентов РФ на изобретения.

       Монографии:        

        1. Ягубов Э.З. Трубопроводные транспортные системы из композиционных материалов. Конструктивные и технологические принципы создания: Монография. – Находка: ИТИБ, 2002. – 85 с.
        2. Ягубов Э.З. Конструктивно-технологические принципы создания композиционно-волокнистых труб нефтегазового назначения: Монография /Под редакцией д.т.н., профессора И.Ю. Быкова/ – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. – 300 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ягубов Э.З. Актуальность проблемы использования высокопрочных стеклопластиковых труб в нефтяной промышленности // Нефтяное хозяйство. – 2001. - № 6. - С. 68 - 70.

  1. Ягубов Э.З. Физико-математическое моделирование процессов трещинообразования в стенке нефтепроводов из композиционных материалов // Нефтяное хозяйство. – 2001. - № 12. - С. 78 – 80.
  2. Галинский А.В., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Высоконапорные полиэтиленовые трубопроводы большого диаметра // Техника машиностроения. - 2001. - № 5. - С. 62-64.
  3. Ягубов Э.З. Моделирование процессов трещинообразования и проницания композиционных стенок сосудов высокого давления // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2002. - Том 8, № 4. - С. 456 – 467.
  4. Ягубов Э.З. Конструктивно - технологические принципы создания многофункциональ-ных герметичных трубопроводов высокого давления // Нефтяное хозяйство. – 2002. - № 11. - С. 107-109.
  5. Ягубов Э.З. Опыт и перспективы создания трубопроводов из композиционных материалов // Нефтяное хозяйство. – 2002. - № 4. - С. 124-127.
  6. Ягубов Э.З. Конструктивно-технологические принципы проектирования много-канальных трубопроводных систем для транспортирования агрессивных сред // Нефтяное хозяйство. – 2003. - № 11. - С. 92-94.
  7. Ягубов Э.З. Высоконапорные герметичные стеклопластиковые трубы для нефтегазовой промышленности // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. - № 3 (август-сентябрь). - С. 42-49.
  8. Ягубов Э.З. Стеклопластиковые трубы: проблемы и перспективы применения в нефтегазовой промышленности // Технологии нефти и газа. – 2006. - № 5. - С. 61-67.
  9. Ягубов Э.З. Многоканальный нефтегазопровод // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2006. - № 4. – С. 117 – 118.
  10. Ягубов Э.З. Стеклопластиковые трубы – будущее экологически безопасного нефтегазопроводного транспорта // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2007. - №7. – С. 20 – 23.
  11. Ягубов Э.З. Устройство для соединения труб из полимерных и композиционных материалов // Конструкции из композиционных материалов. – 2007. - №  4 (декабрь). - С. 78 - 86.

Публикации в других изданиях:

        1. Мордвинов А.А., Ягубов Э.З. К вопросу повышения долговечности и безопасности трубопроводов // Сб. научных трудов УИИ «Проблемы освоения природных ресурсов Европейского Севера», Ухта. – 1996. - С. 149 – 152.
        2. Ягубов Э.З. Математическая модель расчета параметров потери сплошности, разрушения  и проницаемости изделий из композиционных материалов // Вопросы оборонной техники. - Сер. 15, вып. 1(117). – 1997. - С. 15-18.
        3. Ягубов Э.З. Физическая модель трещинообразования и проницаемости изделий из композиционных материалов // Вопросы оборонной техники. - Сер. 15, вып. 1(117). – 1997. ­ С. 12 – 15.
        4. Смыслов В.И., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Проблемы герметичности аккумуляторов давления и баллонов сжатого газа // Вопросы оборонной техники. - Сер. 15, вып. 1(117). – 1997. - С. 39 – 43.
        5. Цхадая Н.Д.,  Нередов В.Н., Ягубов Э.З. Эколого-экономическая эффективность использования трубопроводов из композиционных материалов // Материалы региональной научно-технической конференции «Социально-экономические проблемы топливно-энергетического комплекса». – Ухта. - 1997 г. – С. 65.
        6. Ягубов Э.З. Применение стеклопластиков для восстановления и реконструкции металлических газонефтепроводов // Сборник научных трудов Всероссийской НТК «Перспективные материалы, технологии, конструкции». - Красноярск. – 1999. - С. 208-209.
        7. Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Способ транспортирования агрессивной среды под высоким давлением // Информационный листок Коми ЦНТИ №11. – Сыктывкар. – 1999. – 4 с.
        8. Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Стеклопластиковая труба для транспортирования агрессивной среды под высоким давлением // Информационный листок Коми ЦНТИ №10. – Сыктывкар. -1999. – 4 с.
        9. Жуйко П.В., Ким С.К., Коротков В.П., Ягубов Э.З. и др. Исследование коррозионной активности нефти в резервуарах НПС "Уса" // Материалы 2-ой региональной научно-практической конференции "Актуальные проблемы геологии нефти и газа". – Ухта. – 1999. -  С. 377-378.
        10. Жуйко П.В., Ким С.К., Коротков В.П., Ягубов Э.З. и др. Исследование процессов снижения коррозионной активности нефти содержащей сероводород // Материалы 2-ой региональной научно-практической конференции "Актуальные проблемы геологии нефти и газа". – Ухта. – 1999. - С. 378-381.
        11. Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. Экологические аспекты использования стеклопластиковых труб в нефтяной и газовой промышленности // Материалы 2-ой региональной научно-практической конференции "Актуальные проблемы геологии нефти и газа". – Ухта. – 1999. - С. 396-398.
        12. Ягубов Э.З., Жуйко П.В., Нередов В.Н. Конструктивно-технологические принципы проектирования нефтегазопроводов из стеклопластика // Материалы 2-ой региональной научно-практической конференции "Актуальные проблемы геологии нефти и газа". – Ухта. – 1999. - С. 403-406.
        13. Ягубов Э.З., Жуйко П.В., Нередов В.Н. Методы восстановления и реконструкции магистральных нефтегазопроводов // Материалы 2-ой региональной научно-практической конференции "Актуальные проблемы геологии нефти и газа". – Ухта. – 1999. - С. 414-417.
        14. Ягубов Э.З. К вопросу об эффективности использования композиционно-волокнистых материалов в нефтегазовой промышленности // Сб. научных трудов  УГТУ. – 2000. - №4. - С. 61-63.
        15. Ягубов Э.З. Пути повышения эффективности функционирования нефтегазопродуктопроводов // Сб. научных трудов  УГТУ. – 2000. - №4. - С. 63-67.
        16. Ягубов Э.З. Проблемы обеспечения герметичности сосудов высокого давления из композиционных материалов // Труды Всероссийской НТК «Перспективные материалы, технологии, конструкции – экономика». – Красноярск. – 2000. - Вып. 6, С.461-463.
  1. Ягубов Э.З. Конструктивно-технологические проблемы ремонта трубопроводных транспортных систем и пути их решения // Труды Всероссийской НТК «Перспективные материалы, технологии, конструкции – экономика». – Красноярск. – 2001. -Вып. 7, С. 309-312.
  2. Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Многоканальный трубопровод-будущее трубопроводных транспортных систем // Материалы III Международной научно-практической конференции «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия». – Находка. – 2001. - С. 17-18.
  3. Ягубов Э.З. Пути решения проблемы создания непроницаемых сосудов высокого давления из композиционных материалов // Материалы III Международной научно-практической конференции «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия». – Находка. – 2001. - С. 16-17.
  4. Галинский А.В., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Высоконапорные полиэтиленовые трубопроводы большого диаметра // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии – 2001». – Пермь. – 2001. - С. 74.
  5. Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Многоканальные высоконапорные трубопроводы из стеклопластика // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии – 2001». – Пермь. – 2001. - С. 312.
  6. Ягубов Э.З. Энергосберегающие технологии в трубопроводном транспорте // Материалы Международной научно-практической конференции «Энерго- ресурсосберегающие технологии Прииртышья». – Павлодар. – 2001. - С. 101-105.
  7. Ягубов Э.З. Конструктивно-технологические принципы создания высоконапорных стеклопластиковых труб для транспортирования агрессивных сред под высоким давлением // Сборник материалов V Международной научной конференции «Биосфера и человек – проблемы взаимодействия». - Пенза: ПООО «Возрождение». – 2001. - С. 195 – 197.
  8. Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Многоканальные высоконапорные трубопроводы из стеклопластика // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. - Пермь: ПГТУ. - 2001. - N8. - C.142-148.
  9. Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Высоконапорные многослойные трубопроводы из стеклопластика // Материалы Всероссийской НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2002». –Пермь. – С.
  10. Ягубов Э.З. Пути ремонта и восстановления изношенных трубопроводных систем и перспективы развития трубопроводного транспорта // Материалы IV Международной НПК конференции «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия». – Находка. - 2002. – С. 15-18.
  11. Галинский А.В., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Неразъемные соединения труб из полимерных и композиционно – волокнистых материалов // Материалы IV Международной НПК конференции «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия». – Находка. - 2002. – С. 14-16.
  12. Галинская О.О., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З. Сборные бислойные трубопроводы // Материалы IV Международной НПК конференции «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия». – Находка. - 2002. – С. 13-14.
  13. Ягубов Э.З. К вопросу создания трубопроводов из стеклопластика // Всероссийский симпозиум «Химия: фундаментальные и прикладные исследования, образование». В 2-х томах. – Хабаровск: Дальнаука. - 2002. -  С. 78-80.
  14. Ягубов Э.З. Важное дело – труба // Экология и жизнь. – 2006. - № 1 (50). - С. 29 – 31.
  15. Ягубов Э.З. Технология анаэробной герметизации композиционных труб // Материалы международной научно-технической конференции «Наука и Образование – 2007». – Мурманск. – 2007.- С.1243-1245.
  16. Ягубов Э.З.  Герметичные стеклопластиковые трубы для нефтегазовой промышлен-ности // Деп. в ВИНИТИ РАН. – 20.11.06. - № 1418 – В2006. - Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ №1, 2007.
  17. Ягубов Э.З. Проблема «кессонного явления» в высоконапорных стеклопластиковых трубах с герметизирующим слоем // Деп. в ВИНИТИ РАН. – 20.11.06. - № 1419 – В2006. - Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ №1, 2007.
  18. Ягубов Э.З. Устройство для соединения высоконапорных труб из композиционно-волокнистых материалов // Деп. в ВИНИТИ РАН. – 20.11.06. - № 1420 – В2006. - Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ №1, 2007.
  19. Ягубов Э.З. Конструктивно-технологические принципы проектирования много-канальных трубопроводных систем для транспортирования агрессивных сред // Деп. в ВИНИТИ РАН. – 20.11.06. - № 1421 – В2006.- Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ №1, 2007.

Тезисы конференций:

        1. Ягубов Э.З. Проблемы герметичности композитных стенок сосудов высокого давления // Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии», МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. - Москва. – 1997. - С. 100.
        2. Нередов В.Н., Ягубов Э.З. Принципы проектирования технологических и магистральных нефтегазопроводов из стеклопластика // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ – 98» МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. – Москва. – 1998. - С. 211.
        3. Цхадая Н.Д.,  Нередов В.Н., Ягубов Э.З. Восстановление и реконструкция магистральных нефтегазопроводов // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ – 98» МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. – Москва. – 1998. - С. 220.
        4. Ягубов Э.З. Модели механизмов вздутий герметизирующих слоев в трубопроводах из композиционных материалов // Тезисы докладов международной конференции – семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». – Ухта. – 1998.
        5. Ягубов Э.З. Повышение герметичности (непроницаемости) трубопроводов из композиционных материалов // Тезисы докладов международной конференции – семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». – Ухта. – 1998.
        6. Ягубов Э.З. К вопросу повышения надежности и долговечности эксплуатации сосудов высокого давления из КМ // Тезисы международной научно-технической конференции "Композиционные материалы". – Пенза. – 2000. - Ч.2, С. 161-163.
        7. Ягубов Э.З. Свойства композиционных материалов и исследование поведения стенок сосудов высокого давления из композиционных материалов // Тезисы международной научно-технической конференции "Композиционные материалы". – Пенза. – 2000. - Ч.2, С. 159 – 161.
        8. Ягубов Э.З., Ратавнина М.Ю. Перспективы развития трубопроводного транспорта нефти и газа // Тезисы межрегиональной НТК «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа». – Ухта. – 2000. - С.8.
        9. Цхадая Н.Д., Цыплаков О.Г., Ягубов Э.З.  Бестраншейные технологии восстановления газонефтепродуктопроводов // Тезисы межрегиональной НТК «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа». – Ухта. - 2000. - С.10.
        10. Ягубов Э.З. К вопросу применения трубопроводов из композиционных материалов // Тезисы межрегиональной НТК «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа».- Ухта. – 2000. -  С.4.
        11. Ягубов Э.З., Крестовских Т.С. Экономические аспекты применения стеклопластиковых трубопроводов в нефтяной промышленности // Тезисы межрегиональной НТК «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа».- Ухта. – 2000. -  С.6.
        12. Ягубов Э.З. Математическое моделирование процессов трещинообразования в стеклопластиковой стенке трубопровода высокого давления // Тезисы Первой Всероссийской интернет-конференция. – Тамбов. – 2001. - С. 77.
        13. Ягубов Э.З. Перспективы развития трубопроводного транспорта с использованием экологически безопасных высокоэффективных технологий // Тезисы докладов II Международной научной конференции творческой молодежи. – Хабаровск. – 2001. – С. 108.

Патенты на изобретения:

  1. Многоканальный трубопровод для транспортировки жидкости и/или газа под высоким давлением: Пат. 2140605, Россия, 6 F 17 D 1/04, F 16 L 9/18 / Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Заявл. 04.02.98.; Опубл. 27.10.99. ­ Бюл. № 30.
  2. Многослойная труба для транспортирования агрессивной среды под высоким давлением: Пат. 2117205, Россия, 6 F 16 L 9/00 /Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Заявл. 14.03.97.; Опубл. 10.08.98. ­ Бюл. № 22.
  3. Многослойный трубопровод: Пат. 2183784, Россия, 7 F 16 L 9/00 / Цыплаков О.Г.,  Галинский А.В., Ягубов Э.З. и др. Заявл. 05.01.2001.; Опубл. 20.06.2002. ­ Бюл. № 17.
  4. Труба для транспортирования агрессивной среды под высоким давлением: Пат. 2117206, Россия, 6 F 16 L 9/14 / Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Заявл. 14.03.97.; Опубл. 10.08.98. ­ Бюл. № 22.
  5. Устройство для соединения труб: Пат. 2191947, 7 F 16 L 19/00 / Цыплаков О.Г., Цхадая Н.Д., Ягубов Э.З. и др. Заявл. 20.02. 2001.; Опубл. 27.10.2002. ­ Бюл. № 30.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.