Спейсер
Спейсер для труб
Кольцо спейсер — это предохранительные изолирующее диэлектрические кольца применяемые для защиты специального изоляционного покрытия трубопровода, использующиеся при монтаже магистралей, которые пересекают автодороги, ж/д пути или идущие параллельно с ними.
Спейсер состоит из сегментов полиэтилена изготовленных методом литья в пресс-форме.
Кольца спейсера достаточно легко устанавливаются и просты в применении и крепко фмксируются на несущей трубе и уже с закрепленными кольцами просто монтируется в обсадную трубу. Такая конструкция позволяет продлить срок службы трубопровода.
Главными характеристиками является предохранение от блуждающих токов, не подвержены коррозии, устойчивы к колебаниям температур, давлению и к разрушению.
Расчет количества спейсеров и их установка
Расчет количества и расстояния между кольцами «спейсер» рассчитывается согласно действующим нормативным документам и СНИПам исходя из геологии местности, обычно это делает проектный институт.
Как заказать и купить кольца «спейсер» в компании ВИД Энерго:
Оформить заказ и приобрести спейсеры со склада предприятия вы можете следующими способами:
— Обратиться в отдел продаж по телефону (343) 328-27-93
— Направить запрос на электронную почту a1@videnergo.com
— Воспользоваться формой быстрого заказа, нажав кнопку «Купить»
Опорно-центрирующие кольца для подземных переходов «спейсера» производства ОАО «Метафракс»
Майер В.В., Ожегов В.И., Новоселова Т.Б. (ОАО «Метафракс»)
Сессин И.В. (ОАО «Росгазификация»)
Ботов В.М. к.т.н. (ООО «ВНИИГАЗ»)
Шурайц А.Л. к.т.н. (Генеральный директор ОАО «ГИПРОНИИГАЗ»)
Волков В.С. к.т.н. (ОАО «ГИПРОНИИГАЗ», директор ООО «ТЭСЧМ»)
Гончарова Г.А. к.т.н. (доцент, Саратовский технический университет)
В соответствии с действующей нормативной документацией: СНиП 2.05.06-85, СНиП 42-01-0002, СНиП III-42-80, СНиП 2.05.13-90, СНиП 2.04.02.84 и др. в местах пересечений с железными и автомобильными дорогами I-IV категорий и другими препятствиями трубопровода различного назначения (магистральные, распределительные газопроводы, нефтепродуктопроводы, водопроводы и др.) должны прокладываться в футляре (кожухе).
Футляры должны удовлетворять условиям прочности и долговечности и должны защищать трубопроводы от внешних нагрузок, от повреждений в местах пересечения с подземными сооружениями и коммуникациями, а также обеспечивать возможность ремонта и замены, обнаружения и отвода транспортируемых продуктов в случае утечки.
Для предотвращения касания трубопровода с кожухом в мировой практике применяются специальные устройства опорно-центрирующие кольца различной конструкции, изготовленные из различных материалов, которые отвечают основным требованиям:
- обеспечить электрическую изоляцию металла трубопровода от футляра;
- гарантировать легкость протаскивания трубопровода через футляр, предотвращая при этом вероятность повреждения изоляционного покрытия трубопровода;
- должны плотно закрепляться на трубе во избежание их горизонтального смещения во время протаскивания трубы в кожух;
- быть изготовлены из материала-диэлектрика;
- защиту от воздействия грунтовых вод на рабочий трубопровод;
- иметь высокое сопротивлением к механическим нагрузкам, возникающим при протаскивании трубопровода через футляр и во время длительной эксплуатации.
Подобные изделия — «спейсеры» с 1996 г. освоило выпуск предприятие ОАО «Метафракс» (г. Губаха Пермской обл.), панорама которого представлена на фотографии (рис.1)
В основном спейсеры производства ОАО «Метафракс» нашли применение в подземных переходах магистральных газонефтепроводов. С 2000 года эти изделия ОАО «Метафракс» изготавливал по ТУ 51-19-2000. Спейсер представлял собой сборную конструкцию, состоящую, в зависимости от наружного диаметра трубопровода из двух и более- до 14 сегментов из полиамида ПА6, изготовленных методом литья и скрепленных между собой болтовыми соединениями.
Внешний вид отдельных сегментов и спейсера в сборе, изготовленных по ТУ 51-19-2000 представлены на рис.3.
Технические условия ТУ 51-19-2000 предусматривали изготовление спейсеры четырнадцати размеров для магистральных газонефтепроводов из стальных труб.
В 2005 году, в связи с подготовкой пакета новой технической документации на спейсеры, ОАО «Метафракс» провел опрос потребителей о работоспособности колец, установленных на подземных переходах в футляре. Опросные листы были высланы в адрес 37 организаций, являющихся потребителями продукции производства ОАО «Метафракс». В процессе обработки ответов получена информация с замечаниями и пожеланиями, которые были учтены при доработке конструкции спейсеров. Но, несмотря на указанные замечания, более половины опрошенных потребителей считают применение спейсеров экономически выгодным.
Основным недостатком спейсеров, изготовленных по ТУ 51-19-2000, отмеченных в ответах опросных листов были: хрупкость материала сегментов, недостаточная их ширина, в связи с чем происходил перекос спейсеров при протаскивании, недостаточная толщина охватывающей трубопровод части сегмента — бывали случаи ее разрушения, возможность сползания спейсера с поверхности изоляции трубопровода во время протаскивания, ненадежность крепления сегментов в кольцо с помощью болтового соединения, недостаточно скругленные углы сегментов, создающие упорные нагрузки в местах стыковых соединений футляра и ряд более мелких недостатков.
С учетом полученных замечаний и предложений ОАО «Метафракс» с привлечением специалистов ОАО «ГИПРОНИИГАЗ» и Предприятия независимой экспертизы труб, трубопроводов и сосудов ООО «ТЭСЧМ», г. Саратов разработали новые технические условия ТУ 2291-034-00203803-2005 «Кольца предохранительные диэлектрические «спейсеры», титульный лист которых приведен на рис.4.
Технические условия согласованы с ОАО «Газпром», ОАО «Росгазификация», ОАО «ГИПРОНИИГАЗ» и ООО «ВНИИГАЗ». На спейсер получен сертификат соответствия системы сертификации ГОСТ Р Госстандарта России № РОСС.АЯ97.Н01407, Техническое свидетельство Росстроя России № ТС-07-1202-05 о пригодности продукции для применения в строительстве на территории Российской Федерации и Разрешение на применение федеральной службы по экологическому и атомному надзору № РРС 00-18118.
Общий вид сегментов и спейсера в сборе изготовленных по ТУ 2291-034-00203803-2005 представлен на рисунке 5.
Всего предусмотрено изготовление 27 размеров сегментов, охватывающих 127 размеров трубопроводов из стальных труб с различным видом изоляции и труб из полимерных материалов, размером от 57 до 1420мм.
Сегменты из полиамида 6, изготовленные по новой технологии имеют высокие прочностные характеристики и повышенную ударную вязкость, обеспечивающие надежность монтажа и эксплуатации подземного перехода.
В объем разработки новых технических условий была включена отработка технологии термической обработки сегментов, а также выполнение лабораторных и натурных испытаний спейсеров на прочность. На рисунках 7, 8 представлены фрагменты указанных испытаний.
Кроме приведенных испытаний учеными технического университета и университета механизации сельского хозяйства г. Саратова были проведены независимые расчеты несущей способности спейсеров для различных трубопроводов (магистральных газопроводов и нефтепроводов, распределительных газопроводов и водопроводов) из стальных и полимерных труб. В результате получены максимальные расстояния между спейсерами устанавливаемые на трубопроводах для указанных сред транспортировки в зависимости от их наружных диаметров и толщины стенки труб, а также введены коэффициенты уменьшения этих расстояний в зависимости от уровня сейсмичности района строительства. В таблицах 4,5 6 в качестве примера представлены данные расчета расстояния между спейсерами (L) для ряда диаметров.
Таблица 4. Данные расчета величины L для магистральных газопроводов и нефтепроводов
Наружный диаметр Dн, мм
Толщина стенки трубы, d мм
Внутренний диаметр спейсера, мм
Длина сегмента l, мм
Расстояние между спейсерами L, м
Несейсмические
районы
Понижающий коэффициент для сейсмических районов
1 погонный метр трубы
Нефтепродукт в 1 п.м. трубы
Спейсер
Кольца «спейсер», использующиеся при строительстве подземных переходов под железными дорогами и автомобильными трассами.
Кольца «спейсеры» собираются из раздельных сегментов, произведенных из гранулированного полиамида-6 , который обеспечивает электрическую изоляцию между соседними трубами. Кроме того, этот материал устойчив к давлению, химической коррозии, механическим ударам и термическим воздействиям, которые могут произойти во время установки или монтажа.
Кольца «Спейсер» используются в строящихся переходах, а также переходах, подлежащих реконструкции. Допустимые климатические параметры применения от плюс сорока до минус пятидесяти градусов Цельсия. Кольца разрешены к применению Госгортехнадзором России письмом № 10-03/384 от 23. 05. 01, применяются в строительстве с 1995 года. Гибкость технологии нашего производства позволяет выполнять быструю перенастройку оборудования, что дает возможность изготавливать кольца с нетиповыми параметрами (для магистралей с нестандартными диаметрами, усиленной изоляцией и т.д.) для трубопроводов и «кожухов» произвольных диаметров.
Спейсер (ТУ 51-19-2000). Установка.
К кольцам предъявляются особые требования надежности, долговечности и безопасности. Конструкция кольца «Спейсер» не имеет металлических деталей контактирующих с трубопроводом, что исключают возможность образования очага коррозии и повреждения трубопровода. Конструкция состоит из сегментов легко монтируемых болтовым соединением непосредственно на поверхности трубопровода. Число секций-сегментов в кольце зависит от диаметра трубы и может быть унифицировано для трубопроводов диаметров 89 -1420 мм.
Монолитный сегмент кольца из синтетического конструкционного материала сочетает прочностные и диэлектрические свойства: прочность материала ПА-6 (при сжатии 57. 81 МПа); диэлектрическая проницаемость материала 3,6 (при 10 6 Гц). Материал имеет низкий коэффициент скольжения по металлу (k тр = 0,3 без смазочного материала), что при протаскивании в патрон имеет немаловажное значение. Сегменты производятся методом точного литья под давлением.
Сегменты спейсера соединяются болтовыми соединениями М8 с химическим фосфатным покрытием, пропитанным маслом. Внутренний диаметр кожуха ?патрона? выбирается согласно СНиП п.6.32 Количество спейсеров, устанавливаемых на участке, рассчитывается по формуле N=(L/k)+3 (шт.) где L — длина участка, м, K- расстояние между спейсерами, N — количество спейсеров. Расстояние между спейсерами выбирается в пределах 0.6 — 2 м на стальных трубопроводах, 2-3 м на трубопроводах из стеклопластиковых труб.
Сборные ?Спейсеры? просты и удобны в работе.
Оценка прочности изолирующих колец «спейсеров», устанавливаемых на газо- нефте- и продуктопроводы
Шурайц А.Л., Зубаилов. Г.И., Волков В.С. — ОАО «Гипрониигаз»,
Сессин И.В. — ОАО «Росгазификация», Васильчиков В.В. — Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова
В нашей стране происходит постоянное развитие трубопроводных систем.
В настоящее время трубопроводный транспорт ориентируется на применение полимерных материалов — это позволяет значительно снизить уровень аварийности, а также снизить затраты на обслуживание трубопроводов. Но применение полимерных материалов в трубопроводном транспорте не ограничивается только самими трубами.
Современные требования к безопасности обуславливают необходимость использования надёжных средств защиты трубопровода от повреждающих воздействий.
Согласно СНиП 42-01-02 подземные газопроводы всех давлений в местах пересечений с железнодорожными и трамвайными путями, автомобильными дорогами I-IV категорий, а также магистральных улиц общегородского значения следует прокладывать в футлярах которые изготовлены из стальных труб.
До недавнего времени для изоляции основного газопровода от футляра применялись футеровочные рейки из древесины, пропитанные антисептиком. Подобная технология не оправдала себя, из-за недолговечности данного типа защиты, что приводило к необходимости ремонта перехода, а высокая трудоёмкость футеровочных работ заставила трубопроводные и эксплуатационные организации применять более технологичных конструкций.
Одной из таких конструкций являются изолирующие кольца «Спейсеры», изготавливаемые из полиамида ПА-6, выпускаемые ОАО «Метафракс» (г. Губаха, Пермская обл.) по ТУ 2291-034-00203803-2005.
По сравнению с комплексами из футеровочной рейки, преимущества этих диэлектрических изолирующих колец следующие:
- низкая диэлектрическая проницаемость материала спейсера;
- стоимость спейсеров ниже стоимости конструкции с применением футеровочной рейки;
- простота сборки колец спейсеров, состоящих из отдельных сегментов;
Однако в результате проведённого опроса организаций потребителей в ходе эксплуатации спейсеров был выявлен ряд недостатков таких, как хрупкость, недостаточные геометрические размеры несущего поперечного сечения сегментов спейсера и др.
Т.к. спейсеры, кроме обеспечения защиты изоляционного покрытия трубопровода и низкой диэлектрической проницаемости, должны в процессе эксплуатации выдерживать статические нагрузки трубопровода и транспортируемой среды, то встаёт вопрос обеспечения надёжности, долговечности и безопасности, предъявляемые к изолирующим кольцам (спейсерам).
Определить предел прочности конструкции спейсера можно экспериментальным или теоретическим путём, но более предпочтительным является вариант, когда возможны оба метода. Сходимость результатов расчёта с экспериментальными данными подтвердит правильность выбора расчётной схемы, и справедливость самого теоретического расчёта.
Но при достаточно большом числе спейсеров, отличающихся размерами и самой конструкцией, существенно повышается сложность определения предела прочности конструкции. Выходом из данной ситуации будет проведение численного эксперимента.
Решение данной задачи традиционными методами теории прочности в данном случае не являются оптимальными, т.к. результаты, полученные данными методами, будут довольно приближёнными.
Задача была решена методом конечных элементов (МКЭ), реализованным программно.
На рис.1 представлена расчётная модель спейсера, разбитая на конечные элементы. Количество конечных элементов — 2869. В данном случае представлена расчётная модель спейсера для установки на трубопровод с наружным диаметром 1220 мм.
Рис.1. Разбивка расчётной модели спейсера на конечные элементы
Рис.2. Схема приложения нагрузки на нижнюю внутреннюю поверхность спейсера
На внутреннюю (нижнюю) поверхность спейсера была приложена распределённая нагрузка, имитирующая вес участка трубопровода, с учётом веса изоляционного покрытия и транспортируемой среды (рис. 2). Материал, из которого выполнены сегменты «спейсеров» — полиамид ПА-6.
Для проверки и уточнения физико-механических свойств материала были проведены испытания стандартных образцов, которые был предоставлены вместе с образцами изолирующих колец «спейсеров». Также были проведены испытания образцов, изготовленных из сегментов самих спейсеров.
Для увеличения ударной вязкости материала сегменты спейсеров были подвергнуты специальной термообработке в результате чего повысилась пластичность материала и надёжность самих спейсеров.
Для определения предела прочности конструкции спейсера в качестве оценочного критерия принимался предел прочности материала s u = 58 МПа.
Задача в данном случае сводилась к нахождению предельной (разрушающей) нагрузки по максимальному расчётному напряжению, которое определялось:
где s рас — расчётное напряжение
s — нормальное напряжение
t — касательное напряжение
Путём итерационного расчёта была определена разрушающая нагрузка и определён предел прочности конструкции (рис.3).
На рис. 3 показан сегмент спейсера в деформированном состоянии и представлены максимальные напряжения в опасных сечениях спейсера.
Рис.3. Максимальные напряжения в опасном сечения спейсера
Испытания проводились на гидравлическом прессе с силоизмерительным устройством. Схема установки спейсера и схема нагружения идентичны представленным на рис. 1 и 2. При натурных испытаниях также рассматривалась схема установки 4-х спейсеров на трубу с наружным диаметром диаметра (1220 мм), с опиранием шипов спейсера на поверхность футляра (труба с внутренним диаметром 1440 мм).
К весу трубы, на которой установлены спейсеры, был добавлен вес транспортируемой среды (газ, нефть, вода). Во всех случаях испытывались образцы для установки на трубопровод с внешним диаметром D = 1220мм.
Как показали результаты испытаний разрушение спейсеров происходило в тех же сечениях и при той же нагрузке, что и в представленном расчёте. Это позволяет нам сделать вывод о правильности теоретического расчёта и на основе масштабного фактора применить данную методику для оценки прочности спейсеров всех типоразмеров.
С учётом данных расчётов были внесены изменения в ТУ 51-19-2000, касающиеся усиления несущей способности спейсера и рационального распределения спейсеров по длине трубопровода и были разработаны новые технические условия ТУ 2291-034-00203803-2005.
Соблюдение данных технические условий позволяет обеспечить бесперебойную эксплуатацию перехода в течение всего срока службы трубопровода, во много раз повысить безопасность эксплуатации, при одновременном избавлении от затрат на периодические ремонтные работы.
1. Cпейсеры — защита трубопроводов. «НефтьГазПромышленность» 5 (10), 2004
2. СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы. ГОССТРОЙ РОССИИ. Москва, 2003.
3. Кольца предохранительные, диэлектрические «СПЕЙСЕРЫ». ТУ 51-19-2000 ОАО Метафракс. Губаха, 2000.
4. Кольца предохранительные, диэлектрические «СПЕЙСЕРЫ». ТУ 2291-034-00203803-2005. ОАО Метафракс. Губаха, Саратов, 2005.