Разумный выбор для инфраструктуры: металлические и неметаллические трубопроводы

Трубопроводы являются одним из основных элементов инфраструктуры. Они служат главной транспортной системой для всех видов энергопродуктов: природного газа, топлива, нефтепродуктов и т.д. Трубопроводы изготавливаются из двух основных материалов: металла, например, стали, и неметалла, например, пластика. Оба типа трубопроводов выполняют одну и ту же функцию, однако стальные трубопроводы являются наиболее распространенным типом в мире.

Трубопроводы выполняют три основные функции: сборные трубопроводы, по которым сырая нефть или природный газ доставляются из близлежащих скважин на перерабатывающие заводы или предприятия по переработке; транспортные трубопроводы, по которым конечные продукты, такие как нефть, газ и подобные продукты, транспортируются между городами или странами и распределительные трубопроводы, по которым  доставляются конечным потребителям.

Элементы, которые следует учитывать

При строительстве трубопроводной инфраструктуры в нефтегазовой отрасли необходимо учитывать множество факторов, включая географические и экологические условия, в том числе температуру и давление в местах прокладки трубопроводов, тип транспортируемых жидкостей, используемые виды транспорта,  бюджет на планируемые проекты, а также срок службы трубопроводов, обеспечивающий устойчивость проекта без необходимости замены.

Неметаллические трубопроводы

Пластиковые трубопроводы отличаются коррозионной стойкостью, малым весом и широко используются в условиях умеренных температур и давлений. Наиболее популярными типами неметаллических пластиковых трубопроводов являются полиэтиленовые, полипропиленовые, ПВХ и ПНД. Они обеспечивают коррозионностойкие трубы для нефтегазовой отрасли, обладающие прочностью, достаточной для замены стальных трубопроводов в условиях низкого и среднего давления. Хотя металлические стальные трубопроводы по-прежнему остаются основным типом трубопроводов, широко используемых во всем мире, и могут оставаться предпочтительным выбором для нефтегазовых компаний, пластиковые трубопроводы начинают приобретать все большее значение для операторов нефтегазовых месторождений в соответствующих условиях.

Металлические трубопроводы

Металлические трубопроводы способны выдерживать как низкое, так и высокое давление и температуру. Они выдерживают давление от 30 до 40 бар и температуру до 100°C, в то время как неметаллические пластиковые трубопроводы имеют меньшую устойчивость к высокому давлению и температуре по сравнению со своими металлическими аналогами. Существуют некоторые области применения, где они могут использоваться при довольно высоких температурах, но металлические трубопроводы, такие как стальные, выдерживают гораздо более высокие температуры. Пластиковые трубопроводы также не могут использоваться в условиях очень высокого давления, поскольку имеют слабую межмолекулярную структуру.

Химическая стойкость

Металлические стальные трубопроводы подходят как для работы в условиях высоких температур и повышенной влажности, например, при пересечении рек и на пересеченной местности, но наиболее существенным недостатком стальных трубопроводов является коррозия; внешняя коррозия поражает как подземные, так и надземные трубопроводы. Внутренняя коррозия стальных трубопроводов является серьезной проблемой. Поскольку замена трубопроводов может быть финансово сложной задачей для оператора, компании решают проблему коррозии различными методами, в основном, покрывая стальные трубопроводы антикоррозионными материалами, которые обеспечивают эффективную изоляцию от окружающей среды. Эти материалы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать рабочие температуры, быть устойчивыми к воздействию грунта и выдерживать механические воздействия. Оценка окружающей среды, в которой трубопровод находится или будет проложен, имеет важное значение для контроля коррозии, поскольку изменение окружающей среды, например, снижение влажности или улучшение дренажа, может быть простым и эффективным способом уменьшения потенциала коррозии, а использование ингибиторов коррозии может продлить срок службы трубопроводов, предотвратить остановки и отказы системы, а также избежать загрязнения продукции.

Металлические трубопроводы обладают большей прочностью по сравнению с пластиковыми, которые имеют меньшую прочность, поскольку пролет опор для таких трубопроводов относительно невелик, что может привести к необходимости возведения дополнительных строительных конструкций для надлежащей поддержки этих трубопроводов.

Вопросы проектирования

Пластиковые трубопроводы, включая трубы из ПЭВП и других термопластичных материалов, плохо переносят воздействие ультрафиолетового излучения. Этот эффект обычно называют ультрафиолетовой (УФ) деградацией. Если пластиковые трубы хранятся на открытом воздухе, им может потребоваться защита от атмосферных воздействий. С другой стороны, стальные трубопроводы обладают превосходными преимуществами, включая отличную устойчивость к растрескиванию под воздействием природного газа и его примесей, низкую проницаемость для метана и водорода, высокий расчетный гидростатический коэффициент при 20°C, 60°C и 80°C, превосходную ударопрочность, устойчивость к выдавливанию и надежную защиту от ультрафиолетового излучения при хранении на открытом воздухе.

Условия окружающей среды

Неметаллические пластиковые трубопроводы, такие как полиэтиленовые, не выделяют опасных уровней токсинов в воздух во время производства, сварки, а также в грунт или воду во время эксплуатации, что делает их экологически чистыми. В то же время металлические трубопроводы, подверженные коррозии, могут привести к разливам нефти, выделяющей токсичные химические вещества, негативно влияющие на окружающую среду.

В конечном итоге, пластиковые трубопроводы не могут заменить стальные трубопроводы в условиях высоких температур и давлений, но они могут эффективно работать в условиях средних и низких температур и давлений, предоставляя альтернативу операторам металлических трубопроводов, сталкивающимся с такими проблемами, как коррозия. Металлические трубопроводы обладают широким спектром преимуществ благодаря своей большей прочности и гибкости, а также способности выдерживать более высокое давление и температуру, в то время как неметаллические трубопроводы имеют преимущества в виде коррозионной стойкости, малого веса, снижения затрат и долгосрочной устойчивости.