Полимерно-армированные композитные трубы для нефтегазовой отрасли и Водородной энергетики 

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ТРУБЫ НА ПОДЪЕМЕ НА ЗЕМЛЕ И В МОРЕ

НЕ ВСЕ ТРУБЫ ОДИНАКОВЫ

Выбор материалов для использования в нефте- и газопроводах и транспортировке углеводородов может повлиять на эксплуатационные расходы, время выполнения заказа, соответствие нормативным требованиям, простоту установки, затраты на техническое обслуживание, общую стоимость владения и многое другое.

Хотя стеклопластиковые трубы используются для транспортировки нефтепродуктов и природного газа (Например,Трубы и фитинги композитные полимерные для внутрипромысловых трубопроводов ГОСТ Р 56277-2014)  , существующие продукты с сухим стекловолокном и термореактивной смолой уже не могут быть лучшим вариантом по разным причинам.

Доступны более совершенные продукты, такие как полимерно-армированные термопластичные трубы (RTP/TCP) на основе стекловолокна, углеволокна или арамидных волокон в термопластичной матрице. Они набирают популярность среди операторов и инженеров в нефтегазовой отрасли, поскольку трубы этого типа могут выдерживать экстремальные условия и не подвержены распространенным проблемам, которым подвержены другие изделия из стекловолокна.

Сила трубы - ее армирование.

Полимерно-армированные трубы из термопластов (RTP/TCP) является альтернативой традиционным трубопроводным материалам. Это гибкие композитные трубы наматываемые на барабаны, которые обеспечивают высокое давление, коррозионную стойкость, надежность, прочность и продемонстрированную эффективность установки. Основные применения включают сбор нефти и газа и перекачку воды.

Увеличенный срок эксплуатации нефте- и газопроводов

Полимерно-армированные трубы RTP/TCP из термопласта столь же устойчивы к коррозии, как трубы из стеклопластика, и более долговечны, чем стальные трубы. Они могут противостоять солевой коррозии, а также коррозии H₂S / CO₂. Это способствует увеличению срока службы всей системы без дополнительных затрат.

Простота установки и более низкая общая стоимость установки

Процесс установки RTP/TCP требует меньше труда и занимает меньше времени, чем другие варианты, поскольку они позволяют оптимизировать операции, сводя к минимуму проблемы с безопасностью. Возможность намотки на барабаны RTP/TCP сокращает время установки и время простоя, а гибкость позволяет использовать RTP/TCP в сложных условиях.

Простота обслуживания и общая стоимость владения

Коррозионно-стойкие материалы  RTP/TCP снижают количество отказов трубопроводов, а их гибкость требует меньшего количества соединений и обеспечивает герметичность системы.

Варианты лайнера позволяют настраивать их в соответствии с конкретными приложениями, что позволяет свойствам выбранных материалов соответствовать различным условиям эксплуатации, сводя к минимуму техническое обслуживание и общую стоимость владения.

Что такое RTP и TCP трубы?

Армированная термопластичная труба (RTP), также известная как гибкая композитная труба (FCP, TCP), являются общим термином. Это альтернатива традиционным трубам. Они состоят из трех основных слоев:  термопластичного лайнера, спирально намотанную непрерывную арматуру из высокопрочного волокна и внешнюю термопластическую оболочку. 

Обычно в конструкции используются полиэтилен (HDPE), PA11, PE-RT или PVDF и армирование стекловолокном, арамидным или полиэфирным волокном, углеволокном или высокопрочной стальной проволокой, хотя используются и другие комбинации.

Последние инновации включают RTP/TCP для высоких рабочих температур и газонепроницаемые, в том числе для водорода - TCP-DGB.

Некая обобщенность терминов RTP/TCP создает некоторую путаницу. Зачастую даже производители оборудования не придают значения тонкостям терминологии и Thermoplastic composite pipes называют Reinforced Thermoplastic Pipes, и наоборот.

Но RTP и TCP трубопроводы имеют принципиальные отличия.

Как труба RTP, так и труба TCP состоят из трех основных слоев: термопластичного лайнера, армирующей системы из волокон, и внешнего термопластичного слоя.

Армирующий слой труб RTP представляет собой несвязанную структуру, которая состоит из отдельных несвязанных полимерных и металлических слоев, что позволяет относительное перемещение между слоями. Армирующий слой, зачастую состоящий из сухих волокон, приклеивается к лайнеру (внутренней трубе) и внешней оболочке.

Они используется при более низком давлении и менее требовательных температурах по сравнению с полностью склеенной трубой TCP.

TCP - это связанная структура, в которой все три слоя полностью связаны (сплавлены) друг с другом.  Армирующий слой из намотанных на лайнер и сплавленных друг с другом UD лент усиленных однонаправленным непрерывным волокном (например, стекловолокном, углеволокном, арамидными волокнами)) интегрирован и сплавлен с лайнером и наружной оболочкой.

Они подходят для более высоких давлений и более широкого диапазона температур по следующим причинам. Во-первых, в некоторых связанных TCP используются термопластичные смолы с более высокими характеристиками, такие как PEEK, Polyketon и / или углеродное волокно. Во-вторых, армирующие слои труб из TCP соединяются друг с другом посредством плавления, что обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики, чем RTP, изготовленные из тех же материалов.

| Бизнес-план производства полимерно-армированных труб ПАТ/TCP |

.

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ТРУБЫ НА ПОДЪЕМЕ В ГЛУБОКОМ МОРЕ

Производители термопластичных композитных труб (TCP) принимают заказы и для глубоководных нефтегазовых применений, окупая демонстрационные программы, пилотные программы и квалификационные усилия.

Посетите новостные страницы веб-сайтов Airborne Oil & Gas (AOG, Нидерланды, переименованная в Strohm в октябре 2020 года) и Magma Global Ltd. (Великобритания), Soluforce (Нидерланды) и у вас сложится впечатление, что 2020 год стал переломным для производителей термопластичных композитных труб (TCP) для глубоководных работ. Но не удивляйтесь, если новости 2021 года об этом растущем рынке композитов затмят новость предыдущего года.

Несколько заметных достижений AOG/Strohm последних лет:

Компания начала программу квалификации для райзеров из углеродного волокна / поливинилидендифторида (PVDF) (труб, соединяющих системы подводной добычи и суда для добычи на поверхности) для крупного оператора в Южной Америке. Над этим проектом Strohm работала в сотрудничестве с Subsea 7 (Люксембург), крупным подрядчиком по установке морских сооружений.

После обширной пятилетней программы аттестации, за которой последовала первая в мире пилотная установка по обслуживанию углеводородов (полный ствол скважины) выкидного трубопровода из стекловолокна / полиэтилена высокой плотности (HDPE) (трубы, соединяющей устье скважины с оборудованием для дальнейшей обработки) ), Petronas (Куала-Лумпур, Малайзия)  в 2018 признал, что трубопровод TCP компании Strohm достиг уровня технологической готовности 6 (проверка бета-прототипа).  В  2019 Strohm достиuг TRL 7 [демонстрация пилотной системы].

Наряду с этими успешными квалификационными и пилотными программами, Strohm сообщает о растущем наземном коммерческом послужном списке, особенно с его TCP на основе стекловолокно - HDPE.

Что касается Magma, то 2018-2019 года были не менее насыщенными. Компания Tullow Ghana заключила с Magma контракт на строительство выкидного трубопровода длиной 2,5 км для разработки морских месторождений Tweneboa, Enyenra, Ntomme (TEN).

Работая с Ocyan (Рио-де-Жанейро, Бразилия), офшорной сервисной компанией, Magma завершила и получила стороннюю валидацию конструкции композитного многоствольного гибридного стояка (CMHR), в котором используется углеродное волокно / полиэфирэфиркетон (PEEK). Magma и Ocyan подали заявку на CMHR на глубоководные разработки в Бразилии.

Magma объявила, что совместная инициатива с Equinor (Ставангер, Норвегия) обеспечила финансирование в размере 10,5 миллионов фунтов стерлингов от Innovate UK, государственного источника финансирования, для квалификации решения для перемычек (трубопроводов, соединяющих выкидные трубопроводы и / или подводные сооружения). 

В 2021 году у Strohm и Magma большие планы по увеличению производственных мощностей, поскольку они обслуживают процветающий рынок композитов.

 - Спрос растет так быстро, - утверждает Ван Онна (Strohm), - что нам действительно нужно расти очень, очень быстро.

.

TCP (THERMOPLASTIC COMPOSITE PIPES) ЗАЯВЛЯЕТ

Быстрый TCP рост подчеркивает относительно короткая история развертывания в глубоководных нефтегазовых приложениях.

Еще раз обратим внимание, что TCP отличается от армированной трубы из термопласта – RTP.

RTP существует с 1990-х годов. состоит из термопластичного лайнера, обернутого несвязанными композитами из арамида или стекловолокна, а затем покрытого термопластом. RTP используется при более низком давлении и менее требовательных температурах по сравнению с полностью склеенным TCP.

Хотя TCP состоит из аналогичного набора материалов, он подходит для более высоких давлений и более широкого диапазона температур по двум причинам. Во-первых, в некоторых TCP используются термопластические смолы с более высокими эксплуатационными характеристиками, такие как PEEK, Polyketon и / или более прочная арматура, такая как углеродное волокно. Во-вторых, слои TCP связаны друг к другу посредством процесса сплавления во время производств, который обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики, чем RTP, изготовленные из тех же материалов.

С TCP все началось сравнительно недавно. В 2009 году AOG/Strohm разработала и ввела в эксплуатацию первую нисходящую линию по установке TCP (используется для закачки флюидов на морское дно для закачки в подводные трубопроводы или подводные устья скважин). В 2012 году компания построила уже  полномасштабную производственную площадку для TCP. К 2018 году AOG/Strohm увеличила производственные мощности, включив три производственные линии, а также производственные мощности, которые включают стекловолокно / HDPE для приложений до 65 ° C и 34,5 МПа; углеродное волокно / полиамид 12 для температур до 80 ° C  и 69 МПа; и углеродное волокно / PVDF для применений до 121˚C  и 103,4 МПа.

Основанная в 2009 году  Magma начала развертывать свою TCP программу в 2012 году, открыв в 2016 году свою производственную площадку в Портсмуте, Великобритания. На праздновании пятилетнего юбилея компании генеральный директор Мартин Джонс прокомментировал: «Авиационная промышленность - это хороший прецедент, когда использование углеродного волокна стало стандартом. То же самое сейчас происходит и с нефтью и газом».

Подводное развертывание выкидной линии Magma m-pipe®

Растущее распространение TCP связано с его многочисленными преимуществами экономии по сравнению с обычными трубами. Например, несмотря на более высокую стоимость материалов, углеродное волокно / PVDF с высочайшими характеристиками Strohm в выкидных линиях дает 30-процентную экономию на стоимости установки по сравнению с металлическими выкидными линиями.

Точно так же коммерческий анализ TCP по сравнению со сталью в Калаше (Лондон, Великобритания) при применении однолинейного смещенного стояка (SLOR) оценил экономию затрат на установку в размере 11 процентов. Эта экономия является результатом нескольких свойств TCP, которые делают транспортировку, подготовку (например, заделку труб концевыми фитингами) и установку значительно дешевле, чем выполнение этих задач с трубами из других материалов.

Как часто бывает с композитами, первое свойство - легкий вес - TCP весит всего одну десятую веса стальной трубы - но сочетание легкого веса и гибкости трубы дает критическое преимущество: труба может быть намотанными на относительно небольшие барабаны и подводные поддоны. Из-за этого меньшие суда могут транспортировать и устанавливать большие пролеты TCP - логистическое и экономическое благо в более удаленных оффшорных точках (например, у побережья Западной Африки или в Арктике), где развертывание обычных судов большой грузоподъемности является дорогостоящим.

Еще одно преимущество экономии затрат, создаваемое способностью плавления слоев TCP, заключается в том, что трубу можно оконцевать и устанавливать концевые фитинги на месте.

TCP предлагает сочетание высокой прочности, гибкости и простоты монтажа, что дает им лучшие качества обычных металлических труб (прочных, но жестких) и гибких труб, изготовленных из несвязанных слоев спирально наложенных металлических проволок и экструдированных термопластов (гибких, но тяжелых и очень дорого монтировать на месте).

TCP полностью способен эффективно справляться с высокими давлениями и температурами подводных приложений - как из внешних условий, так и из внутренних условий, создаваемых текучими средами, движущимися через них.

Термопластичные лайнеры TCP также обеспечивают высокую пропускную способность благодаря низкому коэффициенту трения.

Наконец, два других ключевых свойства TCP - устойчивость к коррозии и усталости - делают TCP очень долговечными, даже несмотря на то, что энергетические компании все чаще перекачивают кислую  сырую нефть, обнаруженную глубоко под землей.

Еще одной инновацией  являются TCP с интегрированным неметаллическим газовым барьером TCP-DGB.

.

КОСМИЧЕСКОЕ УСКОРЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ

Готовясь удовлетворить растущий спрос, AOG/Strohm в пятый раз за один год выполняет трехлетнюю программу направленную на увеличение производственных мощностей компании .

.Strohm: Термопластичный композитный трубопровод TCP развернутый компанией Saipem в Бразилии

.

КАК ПРОИЗВОДИТСЯ TCP

TCP создается в три непрерывных этапа.

Сначала экструдируется лайнер  из термопласта.

Затем осуществляется автоматическая укладка ленты (ATL) с наматыванием на месте от нескольких до 100 слоев армированной волокном термопластической ленты (UD tape), при этом каждый слой сплавляется с предыдущими слоями. Наконец,  армированная трубная заготовка проходит через третий этап (третью линию), где экструдируется наружная оболочка. Как объясняет Карлос Бернардо (Fartouven R&D, Португалия), нанесение наружной оболочки не обычная соэкструзия. «Мы плавим внешний композитный слой и наносим покрытие на композит под давлением.

В результате получается труба с высокой прочностью на сдвиг между покрытием и композитным слоем, что позволяет нашим клиентам производить TCP в любом месте, сохраняя при этом высокопрочное, долговечное и защитное покрытие».

Запросить оборудование для производства TCP ...

Ключевым элементом производственного комплекса является линия армирования. Она определяет производительность комплекса. Для увеличения производительности производственного комплекса в линии армирования  попарно добавляются армирующие (намоточные) станции. Степень автоматизации армирующей линии определяет возможности линии по обеспечению качественной консолидации армирующей системы трубы.

 Завод по производству полимерно-армированных труб ПАТ/TCP под-ключ...

.

НАКАНУНЕ КОММЕРЧЕСКОГО УСПЕХА

Важно отметить, что разработка TCP сопровождалась созданием формального стандарта (DNV GL ST-F119) для проектирования и аттестации TCP в подводных приложениях.

Путь к этому стандарту был кропотливым но результатом стал документ и руководство, которое вселяет в профессионалов в области энергетики большую уверенность в долгосрочной эффективности продукта, а также в ожидаемой стоимости его использования. Такая уверенность, как можно себе представить, имеет решающее значение в такой строго регулируемой и тщательно контролируемой отрасли, как морская добыча нефти и газа, где выход из строя труб просто недопустим. Стандарт DNV GL ST-F119 охватывает квалификацию основных материалов, а также метод проектирования и, конечно же, технологию производства.

Отдельная квалификация всех основных материалов  и только потом проектирование и производство труб любого размера из этих качественных материалов – залог качества TCP.

Достигнув квалификации  DNV GL ST-F119 и пройдя в 2019 уровни TRL, TCP теперь готовы к массовой экспансии на глобальные рынки.

.

РОССИЯ НА ПОРОГЕ БУМА

В России RTP так же давно известны. И стремительно набирает обороты интерес к TCP. Несколько тормозит процесс отсутствие национального стандарта. Но не смотря на отсутствие ГОСТа ряд компаний прорабатываю проекты серийного производства Thermoplastic composite pipes, инвестируя в тестовое производство за рубежом и проведение ОПИ.

Работа на созданием Российского ГОСТа на полимерно-армированные трубы  ГПАТ (RTP/TCP) шла несколько лет. И участники рынка с большой надеждой ожидали его выхода в начале 2022 года.

Новый стандарт ГОСТ Р 59834-2021 Промысловые трубопроводы. Трубы гибкие полимерные армированные и соединительные детали к ним,  не  такой обстоятельный как API-17 и DNV GL ST-F119, но лаконичный как API-15 .

Россия на пороге бума TCP. С высокой степенью вероятности в начале 2024 будут объявлены сроки ввода в эксплуатацию новых производств композитных термопластичных труб. 

В России 2024 будет весьма трудным, но интересным для тех, кто планирует создание производства TCP.

.е

По материалам International CompositesWorld 2023

Михаил Варзин

.

.

• Консультации по вопросам создания производства труб TCP/RTP и фитингов
• Разработка технических решений для производства полимерно-армированных труб, в т.ч. на основе PE-RT
• Эскизный и детальный инжиниринг оборудования для производства труб и фитингов
• Разработка бизнес-плана производства (завода) ГПАТ/RTP/TCP труб
• Проектирование трубного производства, завода по ГОСТ Р 59834—2021
• Инжиниринг и организация поставки технологического оборудования, шеф-монтаж и ввод в эксплуатацию
• Технологическое и техническое сопровождение проектов
• Гарантийное и постгарантийное обслуживание
• Поставка завода для производства термопластичных композитных труб  "под-ключ"

Консультации: +7 915 187-91-16, teo@teo.ru

.

.

.

.