АПИ продолжает цикл статей про полимерно-армированные трубы (ПАТ). 

Ранее мы рассказали об истории создания отечественных металлополимерных труб (МПТ) компании «МЕПОС» и их уникальном месте на мировом рынке.

В этой статье подробно рассмотрим технологические особенности МПТ, испытания, а также реальные параметры эксплуатации и рекомендации по применению. 

Технология металлополимерных труб (МПТ или ЖПАТ) была рождена в СССР в 1970-х годах и уже в 1977 году, всего через четыре года после начала разработок, около 2,5 тыс. км таких труб были установлены на Ленинабадском горно-химическом комбинате, показав беспрецедентную долговечность в агрессивных средах. 

МПТ состоят из двух основных компонентов:

* Стальной сетчатый каркас, сваренный из проволоки, обеспечивающий механическую прочность.

* Полимерное покрытие, защищающее каркас от коррозии и химических воздействий.

Это не гибрид, а композитная система. Ключевое отличие МПТ от традиционных труб — ортотропность. Это значит, что их механические свойства различны в разных направлениях. Прочностные характеристики в осевом направлении определяются продольной проволокой каркаса, а в кольцевом направлении — окружной проволокой. 

Полимерная оболочка не просто изолирует, но и участвует в упрочнении конструкции, что видно по изменению характеристик проволоки в составе готовой трубы. Это синергетический эффект, который не достижим в трубах из одного материала.

Диаграммы растяжения МПТ 125 и низкоуглеродистой стали подтверждают, что МПТ обладают высокой прочностью, но с иным характером деформации.

Доверие к технологии обеспечивается ее предсказуемостью. Для корректного проектирования трубопроводов из МПТ применяется строгий математический аппарат, соответствующий международному стандарту ISO 14692 для ортотропных стенок.  

Исследования свойств МПТ с самого начала проводились «МЕПОС» в тесном сотрудничестве с ведущими научными учреждениями страны. Путь к точности был последовательным. Первоначальные испытания на осевое растяжение с нагрузками до 19 тонн дали не совсем верные данные из-за особенностей оборудования. Проведя собственные замеры и применив методику Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), позволяющую определить изменение длины трубы под рабочим давлением, специалисты компании получили корректные результаты. Формула учитывает напряжение в продольных проволоках, модуль упругости материала и геометрические параметры трубы.

Сравнение осевых деформаций, полученных экспериментально и по методике ПНИПУ, показало отклонение в пределах ±15%, что подтверждает адекватность и высокую точность предложенных методов и математических моделей.

Один из самых важных выводов исследований «МЕПОС» подтверждает положение стандарта ISO 14692: при расчетах механических характеристик необходимо принимать толщину силового каркаса, а не полную толщину стенки трубы. Это принципиальный момент профессионального расчета, обеспечивающий долговечность и безопасность трубопровода.

Чтобы доказать это, компания провела обширный цикл испытаний на изгиб труб различных диаметров. Испытания по разным схемам (с сосредоточенной и распределенной нагрузкой) и последующие расчеты по классическим формулам сопромата однозначно показали: корректные данные получаются именно при учете толщины армирующего слоя.

Результаты говорят сами за себя. Были получены точные физико-механические показатели для труб МПТ 125, 175 и 225, средний модуль упругости при изгибе составил 32 ГПа. Это позволяет с уверенностью использовать данные трубы в проектировании.

Эта научная база позволила «МЕПОС» успешно адаптировать технологию для нефтегазового комплекса в 90-е годы. Сегодня около 2 тыс. км металлополимерных труб компании работают на месторождениях «ЛУКОЙЛ» и «Роснефть», а в горнодобывающих отраслях («Русская медная компания», «Русал», «Уралкалий») МПТ заменяют дорогие и тяжелые чугунные, керамические и стеклопластиковые трубы.

Итогом многолетних исследований компании стал комплекс подтвержденных характеристик. Для МПТ 125 определены следующие параметры, готовые для использования в инженерном ПО:

Номинальное давление: 6,3 МПа.

Контрольное разрушающее давление: 18,8 МПа.

Модуль упругости конструкции трубы в кольцевом направлении: 15 000 МПа.

Модуль упругости в продольном направлении при растяжении: 30 000 МПа (прочность в осевом направлении примерно в 2 раза выше, чем в кольцевом).

Коэффициент линейного температурного расширения трубы: 2,7·10⁻⁵ °C⁻¹.

При давлении 50 атм. удлинение МПТ 125 составляет 0,54 мм на 1 м длины. Для МПТ 280 при тех же условиях удлинение достигает 1,05 мм/м. Это критически важно учитывать при проектировании и проведении испытаний на прочность, чтобы избежать защемления и разрушения участков трубопровода.

Трубы МПТ — это российская опережающая технология, основанная на глубоких научных исследованиях и соответствующая строгим международным стандартам. Предложенные и верифицированные методики испытаний и расчетов позволяют точно определять физико-механические свойства МПТ, что обеспечивает надежность и долговечность трубопроводных систем. 

Глубина проработки и научная обоснованность — причина, по которой технология, созданная для урановых рудников, успешно адаптирована для нефтегазового комплекса, горнодобычи и ЖКХ, завоевывая доверие ведущих промышленных компаний и подтверждая статус созданного в России технологического эталона.

За новостями отрасли следите на нашем сайте и в телеграм-канале  https://t.me/TrubClub 

Источник фото: фотоархив АПИ