¿Cuáles son las características técnicas de las tuberías de FRP y su estado de aplicación en mi país?
1. Prólogo
A nivel internacional, la tecnología de bobinado de fibra comenzó en la década de 1940 y fue patentada 65438-0946 en los Estados Unidos. Comenzamos a fabricar tuberías de fibra de vidrio a principios de la década de 1950 y tenemos una trayectoria de más de 40 años. En la actualidad, la industria mundial de tuberías de FRP se está desarrollando rápidamente y la producción anual aumenta día a día. Tomando a Estados Unidos como ejemplo, el uso anual de tuberías de fibra de vidrio es de 10.000 kilómetros y aumenta a un ritmo del 5% al 10% cada año.
La tecnología de bobinado de fibra de China comenzó en 1958. En ese momento, servía principalmente para la construcción de defensa nacional de "dos bombas y una máquina". Las primeras tuberías de fibra de vidrio utilizadas para uso civil se colocaban principalmente a mano y se envolvían con cinta de tela. Las tuberías producidas de esta manera tienen un rendimiento antifiltración deficiente y una calidad inestable. Aunque se ha probado muchas veces, no se utiliza mucho. A finales de la década de 1980, mi país introdujo por primera vez equipos de bobinado de tuberías de fibra de vidrio. Desde entonces, la industria de tuberías de fibra de vidrio de mi país realmente ha comenzado a desarrollarse enormemente. En 1997, había 133 líneas de producción de bobinado de filamentos para tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio. 43 de ellas son líneas de producción importadas[1], y algunas empresas de renombre internacional han establecido empresas conjuntas o empresas de propiedad absoluta en China. La calidad de los tubos de FRP producidos por algunos fabricantes nacionales es comparable a la de los productos internacionales y sus productos se han exportado muchas veces. La industria de tuberías de fibra de vidrio se encuentra en un período de gran desarrollo en China.
Sin embargo, en comparación con el enorme mercado de oleoductos de China. La tasa de ocupación de las tuberías de FRP sigue siendo muy baja. La razón principal es que muchos usuarios no comprenden completamente el excelente rendimiento de las tuberías de FRP enrolladas, no comprenden suficientemente el estado actual de la aplicación de las tuberías de FRP en mi país y todavía tienen dudas. Actitud de espera hacia la elección de tuberías de FRP. Por lo tanto, este artículo realiza un análisis detallado del rendimiento de las tuberías de FRP enrolladas y resume el estado de su aplicación en mi país, con miras a promover aún más el desarrollo de la industria de tuberías de FRP de mi país.
2. Características especiales
2.1 Tiene buena resistencia a la corrosión.
La estructura de los tubos de fibra de vidrio enrollados en fibra se divide en tres partes: capa de revestimiento interior, capa estructural y capa protectora exterior. Entre ellos, el contenido de resina de la capa de revestimiento interior es relativamente alto, generalmente superior al 70 %, y el contenido de resina de la capa rica en resina en la superficie interior llega hasta el 95 %. Al seleccionar la resina utilizada en el revestimiento interior, la tubería de FRP puede tener diferente resistencia a la corrosión al transportar líquidos, satisfaciendo así diferentes necesidades de trabajo para ocasiones que requieren anticorrosión externa, simplemente seleccione cuidadosamente la resina de la capa protectora exterior para lograr diferentes anticorrosión externa; -propósito de corrosión.
Según los diferentes entornos de corrosión, se pueden utilizar diferentes resinas anticorrosión, entre las que se incluyen principalmente: resina de poliéster isoftálica insaturada, resina vinílica, resina de bisfenol A, resina epoxi, resina de furano, etc. , elija según la situación específica: para ambientes ácidos, elija resina de bisfenol A y resina de furano; para ambientes alcalinos, elija resina vinílica, resina epoxi o resina de furano; para ambientes de uso a base de solventes, elija furano y otras resinas cuando sean ácidas; la corrosión por productos químicos, sales, disolventes, etc. no es muy grave, se puede utilizar resina isoftálica relativamente económica [2]. Al seleccionar diferentes resinas de revestimiento, las tuberías de FRP pueden usarse ampliamente en ambientes de trabajo ácidos, alcalinos, salinos, solventes y otros, mostrando una buena resistencia a la corrosión.
2.2 Excelente rendimiento hidráulico
La superficie interior de la tubería FRP enrollada es lisa y la rugosidad absoluta de la pared interior es de solo 0,01 mm, que es mucho más pequeña que la del acero. Tuberías y tuberías de hierro fundido. Ver Tabla 1 [3], que es una tubería hidráulicamente lisa.
Tabla 1 Rugosidad absoluta de las paredes interiores de diferentes tuberías
Tipo de tubería Tubería de acero nueva Tubería de acero usada Tubería de acero vieja Tubería de hierro fundido Tubería de plástico reforzado con fibra de vidrio Rugosidad/mm 0,1 ~ 0,20. 2 ~ 0,30 . 5 ~ 0,80 6 ~ 1,00 01
Según la fórmula de Hasen-Williams:
HF =〔42,7 q/(c×d 2,63〕1,852(1). )
La comparación de los cálculos entre los tubos de FRP enrollados y los tubos nuevos de acero al carbono muestra que la pérdida de carga causada por los tubos de FRP enrollados durante el transporte de medios es solo 0,856 veces mayor que la de los tubos nuevos de acero al carbono del mismo diámetro
Los resultados del cálculo muestran que. El rendimiento hidráulico de las tuberías de FRP enrolladas con fibra es mejor que el de las tuberías de acero o de hierro fundido.
2.3 Es liviano y fácil de instalar. y transporte.
La gravedad específica de las tuberías de FRP es de aproximadamente 1,6, solo las tuberías de acero o de hierro fundido son 1/4 ~ 1/5 de la gravedad específica.
Las aplicaciones prácticas muestran que bajo la misma presión interna, el peso de las tuberías de FRP del mismo diámetro y longitud es aproximadamente el 30% del de las tuberías de acero. Por esta razón, las tuberías de FRP se pueden transportar en juegos durante el transporte, ahorrando consumo de combustible y otros costos durante la instalación, las tuberías de FRP de diámetro mediano y pequeño generalmente no requieren maquinaria pesada, y algunas incluso se pueden transportar manualmente, lo que aumenta la velocidad de instalación; .
2.4 Elevada resistencia específica y propiedades mecánicas razonables.
La resistencia a la tracción axial de las tuberías de FRP enrolladas es de 160 ~ 320 MPa, que es similar a la de las tuberías de acero y tiene una resistencia específica más alta. En términos de diseño estructural, el peso muerto de la tubería se puede reducir considerablemente y la instalación es muy sencilla. Consulte la Tabla 2 para comparar.
Tabla 2 Resistencia y resistencia específica de tuberías de PRFV y tuberías de acero
Gravedad específica del material Resistencia a la tracción/MPa Resistencia específica/MPa Acero de aleación avanzada 8 1280 160 Acero A3 7,85 400 50 Hierro fundido 7,4 240 32 paquetes de fibra de vidrio 1,6 160 ~ 320 100 ~ 200.
2.5 tiene baja conductividad térmica y pequeño estrés térmico.
La comparación de los datos de rendimiento térmico de tuberías de fibra de vidrio y tuberías de acero se muestra en la Tabla 3. Tabla 3 Comparación de parámetros de rendimiento térmico entre tuberías de FRP y tuberías de acero
Parámetros de rendimiento: Conductividad térmica de tuberías de FRP/W * (cm *℃)-1,27 62,8 Coeficiente de expansión térmica/K-1.1.2×10 -5 1,23× 10-.
La relación entre la deformación térmica y la tensión térmica en la tabla se deriva bajo el supuesto de que la longitud de la tubería de FRP y la tubería de acero son la misma, y que la diferencia de temperatura entre los medios en ambos extremos de la la tuberia es la misma. Se puede ver en los datos de la tabla que la conductividad térmica de las tuberías de FRP es baja, solo el 0,4% de la de las tuberías de acero. Por lo tanto, tiene buenas propiedades de aislamiento térmico y además puede reducir la pérdida de energía térmica durante el transporte de medios; Se puede ver en la Tabla 3 que cuando las tuberías de FRP y cuando los dos extremos de la tubería de acero tienen la misma diferencia de temperatura térmica, la tubería de FRP cuyo coeficiente de expansión lineal es ligeramente mayor que la tubería de acero producirá una mayor tensión térmica. el módulo de tracción axial de la tubería de FRP es de aproximadamente 11,2 GPa y el módulo de la tubería de acero es de 210 GPa. Por lo tanto, la tensión térmica causada por la diferencia de temperatura en las tuberías de FRP es solo de aproximadamente 1/65438. Las tuberías de acero necesitan agregar juntas de expansión para eliminar la concentración de tensión térmica en las tuberías, mientras que las tuberías de FRP generalmente pueden ignorarse [4]. El coeficiente de expansión térmica de las tuberías de FRP hace que tengan buena resistencia al calor y al frío, y pueden usarse en diversos entornos hostiles como el suelo, el subsuelo, el techo, el fondo marino, el desierto, el hielo, la humedad, etc.
2.6 tiene menos conectores y métodos de conexión flexibles.
La longitud de un tubo de fibra de vidrio de una sola bobina es de 6 ~ 12 m, o incluso más. Al instalar tuberías de larga distancia, se requieren menos juntas, lo que no sólo reduce la resistencia al flujo sino que también reduce los costos de construcción. Al mismo tiempo, debido a que hay más juntas, la posibilidad de fugas en las tuberías también se reduce considerablemente que en las tuberías de acero. Además, hay muchas formas de conectar tuberías de plástico reforzado con fibra de vidrio, que incluyen principalmente: encolado, junta a tope de extremo plano, conexión de brida (bucle), conexión de junta tórica (con dispositivo de bloqueo), conexión roscada, etc. El método de unión se puede seleccionar de manera flexible según las condiciones de construcción específicas para mejorar la confiabilidad del proyecto.
2.7 Buenas propiedades de aislamiento eléctrico
Los tubos de acero y los tubos de hierro fundido son buenos conductores de la electricidad. Las tuberías de FRP son aislantes, con un voltaje de ruptura de 12 ~ 16 kV/mm y una resistividad volumétrica de 1014ω. Cm, resistividad de la superficie: ~ 1011ω, excelente rendimiento de aislamiento, se puede utilizar de forma segura en áreas con transmisión de energía densa, líneas de telecomunicaciones y campos minados.
2.8 Sin oxidación
Durante el almacenamiento y uso de tuberías de acero y tuberías de hierro fundido, debido a efectos químicos y electroquímicos, se producirán reacciones locales de la batería y la superficie se oxidará fácilmente. A menudo causa contaminación del medio de transporte. Por lo tanto, a menudo se requieren tratamientos especiales para prevenir y eliminar la oxidación en sus superficies. Las tuberías de fibra de vidrio enrolladas con fibra están hechas de materiales no metálicos, tienen un alto potencial de electrodo, no se oxidan ni se oxidan en la superficie, no requieren tratamiento y no contaminan la calidad del agua.
2.9 Antiincrustante y antipolillas
La pared interior de la tubería de plástico reforzado con fibra de vidrio es limpia y lisa, y no se contamina ni se come fácilmente con microorganismos como mariscos y Hongos en agua de mar o aguas residuales. Las superficies internas de las tuberías de acero, tuberías de hierro fundido o tuberías de hormigón armado son propensas a criar mariscos y ostras, que son extremadamente difíciles de eliminar, lo que aumenta la rugosidad, reduce el diámetro efectivo de la tubería, aumenta la resistencia al flujo y reduce el área de la sección transversal. .
2.10 tiene una fuerte capacidad de diseño.
De acuerdo con las condiciones de uso específicas, se puede diseñar el rendimiento y la forma específicos de la tubería:
①El ángulo de enrollado se puede diseñar de modo que la tubería tenga una distribución de resistencia longitudinal/circunferencial diferente. ;
②El espesor de la pared de la tubería se puede diseñar de manera que la tubería pueda soportar diferentes presiones internas y externas;
③Los materiales se pueden diseñar para diferentes resistencias a la corrosión, retardantes de llama y propósitos dieléctricos. .
④El método de unión se puede diseñar para adaptarse a diferentes condiciones de instalación y mejorar la velocidad de instalación;
⑤La forma del producto se puede diseñar para cumplir con requisitos de forma específicos.
3. Debe usarse
3.1 Yacimiento petrolífero
(1) Tuberías de alta presión Las tuberías de alta presión utilizadas en los campos petroleros incluyen principalmente tuberías de inyección de agua y Tuberías de pozos de petróleo, con diámetros pequeños, principalmente en el rango de DN50 ~ 200 mm, la presión es relativamente alta, generalmente en el rango de 5 ~ 30 mpa. Para el FRP, las condiciones son relativamente duras y es difícil que el rendimiento de los productos nacionales de FRP cumpla con los requisitos. La fibra de vidrio necesaria para producir estos tubos debe importarse del extranjero. En la actualidad, sólo la empresa conjunta chino-extranjera Harbin Smith FRP Products Co., Ltd. produce este tipo de tubería en China, y se ha utilizado en campos petroleros desde 1994. Ha proporcionado decenas de kilómetros de tuberías de fibra de vidrio de alta presión a los campos petrolíferos de Daqing, Jilin, Shengli, Changqing y Liaohe.
(2) Entre la gran cantidad de tuberías de fibra de vidrio de baja presión utilizadas en la producción de yacimientos petrolíferos, el 80% de las tuberías se utilizan para transportar petróleo crudo con alto contenido de agua, transporte mixto de petróleo y gas y producción de yacimientos petrolíferos. agua. Debido a las duras condiciones medias de las aguas residuales de los yacimientos petrolíferos, como las aguas residuales producidas por Shengli Oilfield, el contenido de sal puede alcanzar 5,7 × 104 mg/L, el contenido de cloro puede alcanzar 3 × 104 mg/L y hay oxígeno disuelto, CO2, Reducción de sulfuros y sulfatos. Bacterias y otras sustancias corrosivas, por lo que la corrosión de las tuberías metálicas es bastante grave. El tubo de acero seleccionado se perforará tan pronto como 3 meses después de la producción [6], y es común que se deseche dentro de un año. Por lo tanto, en 1983, Shengli Oilfield comenzó a intentar utilizar tubos de fibra de vidrio con buena resistencia a la corrosión como sustitutos de los tubos de acero. A finales de los años 1980 y principios de los 1990, mi país produjo en masa tubos de fibra de vidrio enrollados, que rápidamente fueron bien recibidos por los campos petroleros. Varios grandes yacimientos petrolíferos de mi país, como Shengli Oilfield, Liaohe Oilfield, Zhongyuan Oilfield, Daqing Oilfield, Karamay Oilfield y Jianghan Oilfield, utilizan una gran cantidad de tubos de fibra de vidrio enrollados de presión media y baja. En el campo petrolífero de Qinghai Yunsi, el campo petrolífero de Jiangsu Jiangdu, el campo petrolífero de Hebei Huabei, el campo petrolífero de Qinghai Golmud, etc. , También se utilizan en distintos grados tubos de fibra de vidrio enrollados de media y baja presión. El campo petrolífero Qinghai Yunsi sólo utilizó 20 kilómetros durante 1990, y el campo petrolífero Shengli sólo utilizó casi 30 kilómetros entre 1991 y 1992 [7]. Por lo tanto, en los últimos años, el campo petrolero se ha convertido en un mercado de aplicación muy importante para las tuberías de FRP. Actualmente, hay casi 1.000 kilómetros de tuberías de fibra de vidrio de media y baja presión que se utilizan en los campos petroleros. La mayoría de los diámetros de las tuberías oscilan entre DN50 y 700 mm. La temperatura máxima del medio de transmisión es de aproximadamente 78 °C y la presión es generalmente de 0,1. a 1,6 MPa.
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