Критерии выбор технологического оборудования для производства нефтепромысловых полимерно-армированных труб

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ПОЛИМЕРНО-АРМИРОВАННЫХ ТРУБ  ДЛЯ НАЗЕМНОГО И МОРСКОГО ПРИМЕНЕНИЙ

Гибкие сматываемые на барабаны (бухты) большой емкости полимерно-армированные ПАТ/TCP трубы 4,0…137,9 МПа на основе HDPE, PE-RT, PA-12, PVDF, PEEK  и стекловолокна и угле волокна завоевываю наземные и морские нефтепромыслы.

ПАТ/TCP не подвержены коррозии, позволяют быстро развертывать трубопроводы экономя на инсталляции до 30% по сравнению с трубопроводами из углеродистых сталей, и служат не менее 25 лет.

Технология TCP (Thermoplastic composite pipe) позволяет легко настраивать технические параметры труб ПАТ/TCP на требования конечного потребителя.

Но какое оборудование выбрать? Китайское или европейское? Этот вопрос не такой простой, как кажется на первый взгляд.

БАЗОВАЯ АРХИТЕКТУРА ПАТ

Полимерно-армированные трубы (ПАТ) представлены на рынке двумя типами архитектур:

• Reinforced Thermoplastic Pipes (RTP) представляет собой несвязанную структуру
• Thermoplastic composite pipes (TCP) представляет собой связанную структуру (полностью сплавленную)

Они состоят из трех основных слоев:  термопластичного лайнера, армирующей системы из волокон, и внешнего термопластичного слоя. 

TCP трубы 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 PA-12, PVDF, 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.

Последние инновации включают TCP для высоких рабочих давлений (69...138,9 МПа) и температур (121…240 ^ОС), газонепроницаемые, в том числе для водорода - TCP-DGB. Подробнее о различиях RTP и TCP ...

Ниже мы рассмотрим оборудование для производства ПАТ/TCP. Это более сложный процесс, чем производство RTP.

КОНЦЕПЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Полимерно-армированные трубы TCP  изготавливаются в одностадийном или трех-стадийном процессе.

Одностадийный процесс

Обычно оборудование для одностадийного процесса предлагают китайские производители. Это наиболее недорогое решение для производства ПАТ/TCP. Но на не высокой цене преимущества этого решения заканчиваются.

Полимерный лайнер и армирующая система имеют существенно технологическую усадку. В этом процессе на горячий неусаженный лайнер сразу наносится армирующая система в результате когда процесс усадки заканчивается в пограничном слое лайнер-армирующая система образуется зона напряжения, которая в долгосрочной перспективе приводит к расслоению трубы.

Подобная концепция оборудования подходит для изготовления труб с невысокими давлениями, порядка 4,0 МПа. Производственный процесс для труб с более высокими давлениями  который подразумевает повторные циклы армирования в этой концепции оборудования затруднителен, т.к. для его реализации требуется разборка части оборудований при повторном цикле армирования и затем последующая сборка. Это существенно снижает производительность оборудования, и повышает риски выхода из строя производственного комплекса.

Трех-стадийный процесс

Оборудование для производства полимерно-армированных труб TCP предлагают европейские производители, например Fartrouven R&D.

После изготовления бухты (барабаны) с  лайнером выдерживаются в течении 6...24 часов для завершения процесса усадки. Это исключает возникновение  напряжения в пограничной зоне лайнер-армирующая система. 

Подобная концепция позволяет производить трубы с высоким и ультравысокими давлениями до 137,9 МПа. При этом имеется возможность тщательно контролировать технологический процесс для получения трубы с высочайшими показателями долгосрочной прочности и надежности, что особенно важно например в оффшорном применении.

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Безусловно каждый проект  в силу различных поставленных задач уникален. Но на основе одинаковых подходов и задач  мы можем сделать оценку экономической эффективности  проекта. При этом учтем различную стоимость оборудования одностадийного (китайский вариант) и трех-стадийного (европейский вариант) процессов.

* учитывается полная стоимость проекта, включая строительство производственного комплекса и ввод в эксплуатацию

Если основным критерием является минимальная стоимость, то одностадийный процесс на основе китайского оборудования может быть приемлемым решением для завода полимерно-армированных труб TCP, 

Но с точки зрения экономической эффективности это не лучший вариант.

Наиболее наглядно это видно при сценарном анализе проектов.

Сравним основные показатели экономической эффективности для базового и консервативного варианта.

Экономическая эффективность проекта строительства завода на основе трех-стадийного процесса на основе европейского оборудования существенно лучше, чем в проекте с одностадийным процессом на основе китайского оборудования, и в базовом и консервативном сценарии.

НАДЕЖНОСТЬ + НАДЕЖНОСТЬ

Если бы мы говорили о производстве коммунальных труб, то экономическая эффективность была бы основным критерием для технических решений строительства завода.

Но мы говорим о нефтепромысловых трубах требования к которым на порядок выше, чем коммунальным трубам.

Конечно ГОСТ Р 59834-2021 "Промысловые трубопроводы. Трубы гибкие полимерные армированные и соединительные детали к ним" пока дает отсрочку на долгосрочные испытания, пока достаточно проверить трубы на гидростенде на разрыв.

Может быть компании, которые планируют организацию производства полимерно-армированных труб ПАТ/TCP пока не задумываются о том что будет с трубой через полгода, год, 20 лет. Но нефтяные компании уже видят расслоившиеся образчики ПАТ/TCP и задают вопросы почему трубы расслаиваются и пузырятся.

Ответ простой  - трубы ПАТ/TCP это композитные трубы. Натолкать в экструдеры вторичку и намотать на лайнер кое как волокно не достаточно. Чтобы сделать полностью сплавленную композитную трубу, способную выдерживать высокие давления и не расслаиваться при долгосрочной эксплуатации необходимо тщательно контролировать материалы и процесс консолидации слоев.

Посмотрим как устроена станция армирования - наиболее важный элемент в производcтвенном комплексе TCP:

Каждая станция армирования включает в себя четыре основных компонента для сплавления слоев:

• Система нагрева UD лент
• Инфракрасная печь сплавления слоев
• Узел консолидации слоев
• Устройство охлаждения труб

В процессе сварки слоев расплавом давление и скорость уплотнения, температура нагрева и время охлаждения определяют окно технологичности, необходимое для аутогезии и плотного контакта слоев.

В общем смысле консолидация представляет собой многомерную функцию:

В процессе производства TCP важно контролировать и стабилизировать все вышеперечисленные факторы.

В одностадийном процессе, особенно без развитой системы автоматики практически невозможно контролировать и стабилизировать процесс консолидации трубы.  

Поэтому для того, чтобы производить композитные полимерно-армированные трубы ПАТ/TCP для высоких и ультра высоких давлений целесообразно использовать оборудование с трех-стадийным процессом, обращая внимание на оснащенность оборудования системами управления и стабилизации всех факторов влияющих на консолидацию.

Обеспечение долгосрочной надежности труб ПАТ/TCP  - главный фактор выбора технологического оборудования.

Мы можем помочь в этом выборе ...

 © Штоллер консалтинг. октябрь 2023

.

.

• Консультирование по вопросам создания производства труб 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: +7 916 265-67-44, teo@teo.ru

.

.

.

.