UPG IME IEDM Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu [603983]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
4
Ploiești 2019 CUPRINS
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 5
1.GENERALITĂȚI PRIVIND METODE DE REPARARE A CONDUCTELOR CU AJUTORUL
MATERIALELOR COMPOZITE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 7
1.1. CAUZELE SI EFECTELE CEDĂRII CONDUCTELOR IN PROCESUL DE DETERIORARE …………. 8
1.2.METODE DE RECONDIȚIONARE PENTRU CONDUCTE CU DEFECTE DE TIP LIPSĂ DE
MATERIAL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 10
1.3.MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE LA REPARAREA CONDUCTELOR PENTRU
TRANSPORTUL GAZELOR NATURALE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 11
2.PROCEDEE DE REPARARE A CONDUCTEL OR UTILIZÂND ÎNVELIȘURI DIN MATERIALE
COMPOZITE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 16
2.1.PROCEDEUL DE REPARARE “CLOCK -SPRING” ………………………….. ………………………….. …………… 19
2.2.PROCEDEUL DE REPARARE “FIBA ROLL” ………………………….. ………………………….. …………………… 25
2.3.PROCEDEUL DE REPARARE “STEEL – WRAP E” ………………………….. ………………………….. …………. 26
2.4.PROCEDEUL DE REPARARE “THERMO – WRAP” ………………………….. ………………………….. ………… 27
2.5.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS” ………………………….. ………………………….. ………… 29
2.6.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS UP” ………………………….. ………………………….. ….. 32
2.7.PROCEDEUL DE RE PARARE “SYNTHO – GLASS XT” ………………………….. ………………………….. ….. 33
2.8.PROCEDEUL DE REPARARE “VIPER – SKIN” ………………………….. ………………………….. ……………….. 35
2.9. PROCEDEUL DE REPARARE “TWH INSPECTABLE” ………………………….. ………………………….. ……. 37
2.10.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS UV” ………………………….. ………………………….. … 39
2.11.PROCEDEUL DE REPARARE “THERMO – WRAP CF” ………………………….. ………………………….. …. 41
3.ANALIZA COMPARATIVĂ A SOLUȚIILOR TEHNOLOGICE DE REPARARE A CONDUCTELOR
PENTRU TRANSPORTUL GZELOR NATURALE CU MATERIALE COMPOZITE ………………………. 43
4. PROIECTAREA UNUI SISTEM DE REPARARE A CONDUC TELOR UTILIZÂND ÎNVELIȘURI
DIN MATERIALE COMPOZITE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 46
4.1.DETERMINAREA GROSIMII ÎNVELIȘULUI MATERIALULUI COMPOZIT PRIN DIFERITE
METODE DE CALCUL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 50
4.2.VERIFICAREA GROSIMII ÎNVELIȘULUI DIN MATERIAL COMPOZIT ………………………….. ………. 53
5.PRINCIPALII INDICATORI TEHNICO ECONOMICI AI PROCEDELUI DE REPARARE CLOCK
SPRING ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 59
6.ANALIZA DE COST A PROCEDEELOR DE REPARARE UTILIZÂND MATERIALE COMPOZITE
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 62
CONCLUZIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 67
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 68
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
5
Ploiești 2019
INTRODUCERE
Produsele petroliere sunt principala sursă de energie din lume, iar sistemele de transport a
acestora stau la baza distribuirii lor către consumatorii finali.Scoaterea din uz a unui sistem de
transport și înlocuirea sa cu altul atrag e după sine cheltuieli si învestiții mari si de aceea este
importantă menținerea in uz a sistemelor existente.
Majoritatea conductelor utilizate astăzi pentru transportul petrolul ui și gazelor au fost
construite cu mulți ani în urmă. Prima utilizare a unei conducte pentru tra nsportul a fost
înregistrată cu aproximativ 2500 de ani în urmă, era o conductă de bambus chinezesc, folosită
pentru a transporta gaze naturale din puțuri de la mică adâncime [45].
Conductele pentru tr ansportul produselor petroliere sunt supuse acțiunil or de natura chimică
și mecanica fluidului transportat și ale mediului înconjurător, care pot duce la deteriorarea
acestora prin apariția unor cedări ale conductei/ sistemului. La c onductele îngropate apar
avarii în ur ma unor acțiuni fizice, chimice sau combinate, fizico -chimice.
Corodarea conductei este una dintre cele mai cunoscute metode de degradare a unei
conducte. Aceasta este rezultatul unei acțiuni de natură chimică, se poate determina prin
măsurarea grosimii de perete la intervale bine determina te de timp. Accentuarea coroziunii se
produce prin creșterea vitezei de curgere și a temperaturii fluidului vehiculat prin conductă.
Materialele compozite au apărut odată cu universul și s -a observat o creștere a performanței
acestora în momentul apariț iei sistemelor vii. În natura ce ne înconjoară vom gasi o
sumedenie de exemple de materiale compozite cu structuri și propietăți dintre cele mai
diferite.
Se consideră că materialul compozit poate fi orice material format din cel puțin doi
constituenți care interacționează între ei pentru a rezulta unul nou, cu propietăți diferite, de
regulă de o calitate superioară. De regulă, performanțele acestora sunt neobișnuite în privința
raportului dintre propietați și greutate specifică . Începând cu secolul 20 s -au dez voltat
domenii interesante de fabricație și utilizare a materialelor compoz ite de sinteză la care
matricea este de natură organică, ceramică sau metalică.
Materialele compozite reprezintă cea mai performantă clasă de materiale produse de om în
epoca modernă, dar și o mare provocare pentru viitor, privind domeniul performanței
științifice și tehnologice.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
6
Ploiești 2019 În viitor se estimează ca printr -o proiectare specifică a produselor și tehnologiilor să se
obțină propietățile anizotropice la valorea și di spunerea spațială dorită pentru a avea cele mai
înalte performanțe de fiabilitate și eficiență tehnico – economică.
Această lucrare are ca scop analiza și compararea metodelor de reparare a conductelor
pentru transportul de gaze naturale , utilizând mate riale compozite . Sistemele de reparare, care
utilizează învelișuri din materiale compozite pot fi aplicate cu performanțe deosebite, mai ales
pe conductele de transport ce prezinte defecte de tip lipsă de material , fără scoate rea din
funcți une a conductei respective.
Motivul principal în alegerea acestei teme îl constituie importanța pe care o are acest
subiect în industria petrolieră, determinată de nevoia tot mai mare de sisteme optime de
reparare a conductelor și pentru a asigurara mentenanța sisteme lor deja existente.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
7
Ploiești 2019
1.GENERALITĂȚI PRIVIND METOD E DE REPARARE A
CONDUCTELOR CU AJUTORUL MATER IALELOR COMPOZITE
Conductele pentru transportul produselor petroliere, precum și elementele componente ale
sistemelor de depozitare a hidroc arburilor , sunt supuse unor factori distructivi care au ca
rezultat procesul de deterioare a acestor elemente. Efectul il constituile avariile conductelor
sau ale sistemului de depozitare.
Avariile conductelor ingropate, apar ca urmare a manifestării un or acțiuni de natură
fizică,chimică sau combinate,fizico -chimice. Factorii determinanți în mecanismul de cedare al
sistemului de conducte il constituie fluidul vehiculat si mediul exterior cu care interacționeaza
conducta, de regulă solul.
Rezultatul de natură chimica îl constituie corodarea conductei, viteza de coroziune putând fi
determinată prin măsurarea prin măsurarea grosimii de perete la intervale bine determinate, în
timp. Efectul coroziunii se accentueaza odată cu creșterea vitezei de curgere si a temperaturii
fluidului vehiculat în conduct. Factorii principali care provoacă coroziunea sunt reprezentați
de gazul natural si cel de sondă, vehiculat prin conducte (component agresivi din aceste gaze
pot fi: CO2, O2și H2S ), contactul cu solul și acti vitatea unor bacterii ce pot fi întâlnite în sol
sau în apele reziduale.
Factorii mecanici care pot provoca deteriorarea conductelor sunt:
a) erodarea conductei sub acțiunea fluidului transportat, acest fenoment poate lua
amploare prin prezența unor particul e solide și/sau de creșterea vitezei de curgere;
b) vibrații ale conductei, din cauza inconstanței funcționării utilajelor de pompare, care
pot duce chiar păna la ruperea îmbinărilor sudate, distrugerea izolației termice a
conductelor ;
c) oboseala termic ă a cond uctelor, se manifestă prin incălzirea si răcirea periodică a
acestora, prin apariția fenomenului de fluaj ;
d) nerespectarea regimului de funcționare, are ca efect negativ apariția șocurilor
hidraulice ;
e) ruperea conductelor, în momentul cand fluidul vehicul est e inghețat.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
8
Ploiești 2019 1.1. CAUZELE SI EFECTELE CEDĂRII CONDUCTELOR IN PROCESUL
DE DETERIORARE
Imperfecțiunile sunt abateri de configurație, de dimensiuni prezente în elementele
component ale sistemului de transport și depozitare a hidrocarburilor, care nu poat e fi trecut
cu vederea .
Defectele reprezintă un aspect negativ în funcționarea corectă a unui element in cadrul
sistemului de transport ș i depozitare a hidrocarburilor.
Imperfecțiunile și defectele depistate pe sistemele respective, se pot clasific a cu ajutorul
Criteriului configurației, astfel;
I. Imperfec țiuni și defecte gemetrice produse prin deformarea locala a componentelor
sistemului de transport si depozitare.Toate abaterile de dimensiuni și de forma care
modifică semnificativ configurația secți unii transversale a unui element component,
fac parte din această categorie. Astfel, principalele tipuri de defecte și imperfecțiuni
specifice sunt :
Deform ările locale sau indentațiile, sunt defecte cu un impact nu foarte sever,
deoarece grosimea peretelui conductei nu suferă o influența negativă de mare
amploare.Lucrurile se schimbă cand vor bim despre curgerea produselor, unde
exista dificultăți majore din cauza deformațiilor locale.
Scobiturile apar din cauza deformării plastic e a elementelor sistemului d e
transport și depozitare a hidrocarburilor și îndepărtarea mecanică de material
prin efect de așchiere. Acestea sunt foarte vizibile și au impact destul de mare
prin faptul că reduc grosimea de perete și au lungimea mult mai mare decât
lațimea. Odată cu a cest fenomen se poate produce și ecruisarea stratului
superficial al fundului scobiturii, astfel că prezența acestor imperfecțiuni sau
defecte poate conduce la declanșarea unor procese de fisurare fragilă și la
inițierea ruperii.
II. Imperfecțiuni și defecte de tip lipsă de material .Sunt cele mai întâlnite în industrie,
afectând rezistența elementelor metalice ala sistemlui respectiv. Se manifestă prin
subțierea generală sau locală a peretelui prin pierderea de metal și se produc
coroziune(deteriorea conductei prin acțiune chimică) și/sau eroziune(deteriorea
elementelor conductei prin prin acțiunea mecanică abrazivă a unui fluid).
Cele mai întâlnite imperfecțiuni sau defecte din această categorie sunt în funcție de
dimensiunile caracteristice și de configurația geometrica, clasificându -se astfel:
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
9
Ploiești 2019 zone de sub țiere locală – zone de pe suprafața unui element al sistemului de
transport și depozitare a hidrocarburilor, având lungimea de același ordin de
mărime ca și lățimea ;
ciupiturile ( “pitting”) – sunt urme de cor oziune local ă pe suprafața unei
conducte, în cavități sau orificii, având diametrul la suprafață de ordinul de
mărime al grosimii de perete a elementului de conductă respectiv ;
șanțurile – suntcanale lungi și înguste sau depresiuni pe suprafața unei
conducte , obținute prin coroziune sau eroziune dirijată; șanțurile sunt
periculoase, deoarece sunt concentratori de tensiuni, mai ales dacă sunt
orientate perpendicular pe direcția tensiunilor maxime generate în cursul
funcționarii conductei.
Metodele de reparare a conductelor ce prezintă acest tip de imperfecțiuni și
defecte vor fi detaliate in subcapitolul 1.3.
III. Fisuri sau cr ăpături . Fisurile sunt defectele cu cea mai mare nocivitate, care
produc puternice efecte de concentrare a t ensiunilor mecanice și micșorează
sensibil capacitatea de susținere a conductei.. Dimensiunile lor se pot modifica
printr -o dezvoltare stabilă, până la atingerea unor dimensiuni critice, la care se
poate produce propagarea instabil ă și ruperea conductelor în care acestea s -au
dezvoltat. În funcție de caracteristicile de tenacitate ale materialului elementelor
STDH, fisurile pot genera fenomene de rupere fragilă (ce se desfășoară cu viteze
mari și se propagă pe distanțe mari , rezultând avarii cu consecințe importante) sau
fenomene de rupere ductilă (ce se desfășoară cu viteze mici și sunt precedate de
procese de deformare plastică, care consumă o parte importantă din energia
disponibilă și contribuie astfel la oprirea fenomenului și la limitarea
consecințelor acestuia).
IV. Alte tipuri de defecte sau imperfecțiuni.În această categorie se încadrează
imperfecțiunile sau defectele care nu pot fi atașate uneia dintre categoriile precizate
anterior, de exemplu: de fectele sistemelor de etanșare ale robinetelor montate în
sistemul de transport și depozitare a hidrocarburilor, defectele filetelor, defectele de
fabricare ale țevilor.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
10
Ploiești 2019 1.2.METODE DE RECONDIȚIONARE PENTRU CONDUCTE CU
DEFECTE DE TIP LIPSĂ DE MATERIAL
Aceste imperfecțiuni sau defecte superficiale locale, cu configurația corespunzătoare unor
plăgi sau caverne, sunt cele mai frecvente, și din cauza cărora rezistența materialelor au de
suferit.
Din cauza frecvenței, aceste imperfecțiuni și defecte s unt supuse unei analize mai elaborate,
care au scop repararea acestui defect fără oprirea din funcționare a conductelor.
Un defect de tip lipsă de material poate fi reparat prin mai multe metode, însă î n general, se
urmăreș te să se aplice metode de rep arare fără scoaterea din uz a conductei in cauz a ,deoarece
, scoaterea din funcț iune, atrage de cele mai multe ori pierderi economice semnificative.
Printre metodele de reparare a conductelor ce prezinta defecte de tip lipsa de material fa ra
scoaterea din uz se enumera:
depunerea de material prin sudare;
petice metalice sudate;
manș on metalic sudat;
by-pass prin hot tapping ;
învelisuri din materiale compozite;
coliere metalice.
Sistemele de by -pass și manș oanele metalice prinse cu prezoane sunt metod e de reparare
foarte costisitoare si de multe ori nu ajung a fi f olosite deoarece nu se justifică complexitatea
sistemului la repararea unor defecte minore.
Dificultăț ile privind repararea conductelor sub presiune, folosind tehnol ogii care implică
operațiuni de sudură au determinat fo losirea de tehnologii de reparații fără sudură , una dintre
acestea fiind aplic area la exteriorul conductelor,î n zonele cu defecte ,a unor înfășurări de
ramforsare sau manș oane din materiale compozite.
Repararea cu înveli șuri din materiale compozite,este o categorie de procedee tehnologice
moderne de reparare a conductelor care prezint ă defecte superficiale locale de tip „‟lips ă de
material‟‟,survenite î n urma coroziunii sau defecte de tip deformare plastic local ă a
tubula turii.
Pentru realizarea acestui tip de repara ții,se aplică in zona defectelor de pe tubulatura
conductei un înveliș cu structura complex ă,constituit ă dintr -o matrice, armat ă cu fibre
sau țesătură de fibre (material compozit).Exist a doua moduri de realizare a reparatiei prin
aceast ă metod ă [2]:
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
11
Ploiești 2019 -realizarea înveli șului direct pe tubulatura conductei supus ă repara ției, prin
înfășurarea pe conduct ă, in zona ce trebuie reparat ă, a fibr elor de sticlă sau a
țesăturii d in fibre de sticlă,în straturi,după fiecare strat aplicâ ndu-se prin pensulare ;
-utilizarea unor înveliș uri realizate in fabrică ș i aplicate pe tubulatura conductei, in
zona ce trebuie reparat ă. Înveli șurile de tip „‟clock spring‟‟ intră în această categorie.
Grosimea uzuala a unui înveliș de reparare este de 12,7 mm si cuprinde 8 straturi
legate între ele cu ra șini cu întărire rapid ă și cu rezistență mare la compresiune.Acest
procedeu este deosebit de eficace , constat ându -se că reparaț iile de acest tip ,
pe conducte cu defecte locale, de tip pierder e de material ,cu adancimi de până la 80%
din grosimea peretelui tubulaturii,rezist ă la presiuni de regim mai mari dec ât presiunea
nominal ă maxim ă de operare proiectat ă. Învelișurile de acest tip, realizate d e diverse
companii cu nume comerciale sugestive (Clock Spring –CS, Fiba Roll –FR, Wrap
Master –WP, Snap Wrap –SW, Strong Black –SB, Black Diamond Composite Wrap
–BDCW ) permit realizarea de repara ții cu caracter definitiv si pot fi aplicate pe
conducte cu diametrul exterior cuprins intre 4 -56 inch.
Materialele compozite fac parte din categoria noilor materiale create special pentru a r ăspunde
unor exigen țe deosebite privind rezisten ța mecanică , rigiditatea, rezistenț a la coroziune ,
rezistenta la oboseal ă,la șocuri și la uzur ă. In ultimii ani,man șoane le din materiale compozite
au fost dezvoltate și utilizate ș i pentru repararea conductelor cu defecte . Această tehnologie
permite repararea f ără scoaterea din uz a conductelor ce prezintă defecte locale [6].
1.3.MATERIALE COMPOZITE UTILIZATE LA REPARAREA
CONDUCTELOR PENTRU TRANSPORTUL GAZELOR NATURALE
Materialele compozite sunt materiale ce au propietăți anizotrope, care sunt formate din mai
multe componente, datorită modului de constituire permit folosirea celor mai bune
caracteristici ale componentelor. Scopul apariției materialelor compozite este de a înlocui
materialele feroase si neferoase, care sunt întrebuințate la repararea conductelor, dar prezintă
anumite dezavantaje legate de performanță scăzută la procedeele de obținere și prelucrare,
gabarit, masă, complexitate geometrică, domeniu de utilizare și costuri mai rdicate.
Materialele compozite constituie următoarele proprietăți :
sunt create artificial, printr -un procedeu de combinare a diferitelor componente;
se formează printr -un amestec a minim două materiale distincte din punct de vedere
chimic, între care se află o suprafață de separație distinctă;
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
12
Ploiești 2019 constituie un avantaj față de celelalte componente, prin propietățile pe care le
posedă, luat sep arat.
Materialele compozite se clasifică în funcție de următoarele criterii: particularitățile
geometrice ale materialului complementar și modul de orientare a acestuia în matrice ( vezi
Figura 1.1) [3].
Fig.1.1.Clasificarea materialelor compozite [3]
Cele mai multe materiale compozite au la baza materiale din fibra de sticla (fig. 1. 2.a) ,dar
exista si alte tipuri de materiale,cum ar fi materiale compozite pe baza de fibre de carbon (fig.
1.2.b). [5]
Fig.1.2.a.Fibră de sticlă [5] Fig.1.2.b.Fibă de carbon [5]
Materiale compozite
Materiale compozite
cu fibre
Materiale compozite
cu particule
Stratificate
Nestratific ate
Micropart icule
Particule mari
Cu fibre continue
Unidirec ționale
Multi direcționale
Cu fibre discontinue
Orientate
Neorientate
Orientate
preferențial
sau aleatoriu
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
13
Ploiești 2019
Avantajele pentru care aceste materiale c uceresc piața sunt următoarele [7]:
greutate scăzută în comparație cu materialele clasice ;
rezistența mare la uzură, coroziune ;
caracteristici mecanice în concordanță cu nece sitatea ulterioară a produsului;
rezistența ridicată la șoc;
coeficient de dilatare foarte mic în raport cu metalele;
durabilitate ridicată;
capacitate mare de amortizare a vibrațiilor;
rezistență ch imică bună și rezistență mare la temperaturi ridicate ( fibre Kevlar, teflon
și hyfil, rezistă până la 500oC, iar fibrele cermaice de tip SiC, Si 3N4 și Al 2O3, rezistă la
temperaturi cuprinse între 1400oC și 2000oC;
siguranță mare în funcționare.
Avantaj ul esențial al materialelor compozite îl reprezintă posibiliatea transformării
propietăților și obținerea unei game variate de materiale, care se pot utiliza în multe domenii
de activitate tehnică.
Dezavantajul utilizării materialelor compozite :
sunt mult mai scumpe dec ât materialele tradiționale ;
materialele compozite prezintă o comportare liber elastic până la rupere, nu prezintă
ductilitate ;
prezintă dezechilibru în utilizare la temperaturi ridicate, nu este recomandată folosirea
acesto r materiale peste temperatur a de tranziție, datorită faptului că materialele bazate
pe polimeri au o temperatură de tranziție în care rezistența și modulul de elasticitate
ale compozitului scad dintr -o dat ă.
Sisteme de reparare a conductelor utilizând material compozite su nt reglementate în
normative ca o combinație între următoarele elemente:
substrat – conducta sau componentă a conductei ce urmează a se repara;
pregătirea suprafețelor – a conductei care va fi reparată;
chit polimeric – se aplică înaintea învelișului compo zit, pentru a umple defectul și a
reconstrui configurația externă a conductei;
învelișul din materialul compozit și componetele sale ( matricea polimerică și
materialele de armare cu fibre sau bandă din materi al compozit și adeziv);
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
14
Ploiești 2019 procedur ă de reparare ( procedură de aplicare a chitului și a învelișului compozit,
procedură de verificare a calității reparației) ;
Tipuri de sisteme de reparare utilizând materiale compozite folosite în prezent:
1) Sisteme de reparare utilizând materiale compozite realizate prin înfășurarea unei
benzi din material compozit, numite și sisteme stratificate (Clock Spring, Perma Wrap,
Weld Wrap, etc), acestea sunt primele sisteme de reparare cu materiale compozite;
2) Sisteme de reparare de tip monolitic, care se obțin prin folosirea uno r straturi de rașină
polimerică și fibre de susținere, numite sisteme umede (Armor Plate Pipe Wrap, Black
Diamond, Aquawrap,etc) se pot utiliza atât pentru zonele drepte ale conductelor cât și
pentru coturi, curbe, T -uri, etc;
3) Sisteme de reparare hybrid, u tilizând învelișuri compozite complexe, obținute prin
combinarea sistemelor stratificate și umede.
În prezent, pentru utilizare sunt recomandate sistemele de reparare folosind materiale
compozite cu matrice polimerică, armate prin încorporarea fie a f ibrelor sau țesăturilor
obținute din fibre continue.
Transportul hidorcarburilor (țiței, gaze naturale, produse petroliere) se realizează cu ajutorul
unor sisteme formate din conducte metalice, în principiu, la care un aspect important îl
prezintă rezi stența mecanică a conductelor, care poate fi determinată de următoarele categorii
de factori :
factori în funcție de agresivitatea fluidelor transportate/depozitate , acționează chimic
și mecanic asupra sistemului ;
factori privind calitatea o țelurilor din c are sunt constituite tubulatura conductelor și
componentele sistemelor de depozitare , imperfecțiunile si defectele de structură și
nerespectarea condițiilor de rezistență mecanică ;
factori privind tehnologia de fabricare a conductelor;
factori privind regi mul de lucru la transportul hidrocarburilor prin conducte sau la
depozitare.
În următorul tabel [30] sunt prezentate principalele caracteristici mecanice ale cinci tipuri
de învelișuri utilizate în prezent, pentru repararea conductelor la transportul gazelor naturale.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
15
Ploiești 2019 Tabelul 1.1. Principalele propietăți mecanice ale materialelor compozite destinate reparării conductelor
Tipul compozitului Perma
Wrapa)
I Fiba Rolla)
II Cloc k
Springa)
III RKIT 4D
IV RES-Q
Wrapa)
V
Compoziția
materialului Fibră de
sticlă Fibră de
sticlă Fibră de
sticlă Fibră aramidă Fibră de
carbon
Modul ul de
elasticitate în directție
circumferențială
Ecc, GPa
34.0…
38.0
7.9…
8.7
33.8…
34.5
48.0…
49.3
67.5…
69.8
Modulul de
elasticitate în directție
axială Eac, GPa
7.8…
8.7 b)
–
6.1…
11.1b)
18.8…
19.6
26.5…
27.4
Coeficientul lui
Poisson µc
0.30…
0.32b)
0.15…
0.23
0.22…
0.25
0.18…
0.19
0.30…
0.33
Coeficientul de
forfecare G c, GPa
3.1…
6.5b)
–
3.1…
5.9
4.2…
5.5
6.5…
6.8b)
Rezis tența la tracțiune
în direcție
circumferențială
Rmcc, MPa
580…
620
72…
190
630…
650
188…
205
822…
1020
Rezistența la tracțiune
în direcție axială
Rmac, MPa
42…
75b)
5.4…
13.3b)
44…
55b)
50…
54
270…
305b)
Alungirea la rupere
Acc, %
1.0…
1.1
2.8…
3.7
1.0…
1.2
13…
1.4
0.25c)
Rezistența la impact
kJ/m2
45…
60b)
55…
60
55…
60b)
11…
13
–
a) tipurile de materiale compozite livrate sub diferite învelișuri, tabelul indică un interval
care include valorile prop ietăților prezentate pentru același tip de material utilizat ;
b) doar valori orientative, definite prin analogie cu valori ale acelorași propietați pentru
materiale compozite similare;
c) valorea reprezintă alungirea axială și circumferențială pentru materialul compozit.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
16
Ploiești 2019 2.PROCEDEE DE REPARARE A CONDUCTELOR UTILIZÂND
ÎNVELIȘURI DIN MATERIALE COMPOZITE
Cele mai des întâlnite situații de reparare a conductelor utilizând învelișuri din materiale
compozite la sistemele de petrol și gaze naturale sunt procedu rile de proiectare, instalare,
testare și inspecție pentru sistemele de reparații din specificația tehnică DD ISO/TS 24817 –
2006 . Aceste proceduri mai au aplicabilitate și pentru repararea conductelor de transport,
rezervoarelor de depozitare și recipientel or de natură apropiată.
Materialele compozite potrivit specificațiilor tehnice sunt cele pe bază de aramide (AFRP),
carbon (CFRP), poliester, epoxidică sau poliuretanică. Aceste materiale prezintă multiple
avantaje în repa rarea conductelor pentru trans portul gazelor naturale, permit executarea unor
reparații pe conducte cu diametrul cuprins între 4 și 54 inch ( 101,6 mm si 1422,4 mm ) . În
prezent, materialele compozite care se folosesc pentru consolidarea conductelor cu defecte,
prezintă caracterisitici mecanice ridicate. Există o asemănare între rezistența mecanică a
acestor materiale și rezistența din care se confecționează țevile pentru conducte, dar
caracteristicle elastice (modulul de elasticit ate și coeficientul lui Poisson) și alungirea la
ruperer e prezintă caracteristici superioare la oțeluri.
Materialele compozite sunt considerate învelișuri complexe, repararea cu acest tip de înveliș
reprezintă o clasă de procedee tehnologice moderne, care prezintă defecte superficiale locale
de tip “lipsă de material”, produse prin coroziune sau defecte de tipul indent ațiilor
(adâncitură) cu până la 80 % din grosimea peretului conductei. Proce deele au o performanță
ridicată, constantându -se experimental că reparațiile realizate prin acestea, pot reface și chi ar
îmbunătăți rezistența mecanică a conductelor și pot conduce creșterea considerabilă a duratei
lor normate de exploatare. În următorul tabel (vezi tabelul 2.1) sunt prezentate diferitele tipuri
de defecte și modul cum se poate aplica sistemul de reparare.
Tabelul 2.1. Tipuri de defecte și aplicabilitatea sistemului de reparare [4]
Tipul defectului Aplicabilitatea sistemului de reparare
Subțiere perte generală Adecvată
Subțiere perete locală Adecvată
Ciupitori Adecvată
Scobituri Necesită atenție suplimen tară
Fisuri circulare Adecvată
Fisuri longitudinale Necesită atenție suplimentară
Fisuri în grosimea de perete Adecvată
În cazul unei astfel de reparații productivitatea este mult mai performantă decât a o ricărui
procedeu care presupune efectuarea un ei operații de sudare. Durata de timp necesară pentru
aplicarea unui înveliș este cuprinsă între 15 -20 minute, iar durata de finalizare a reparației,
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
17
Ploiești 2019 care se manifestă prin întărirea chiturilor și adezivilor sintetici utilizați și obținerea
performanțelor maxime de rezistență mecanică a învelișului aplicat pe tubulatura conductei ,
este de aproximativ 2 -3 ore. Componentele principale care fac parte din setul de reparare sunt
chitul sau materialul folosit pentru a umple defectul care urmează a fi reparat și materialul
compozit, care ajută la consolidarea tubulaturii conductei în zona cu defecte.
Repararea constă în aplicarea învelișului, fie din benzi succesive de material compozit
(având în compunere o matrice polimerică și un material de ranforsare), li pirea realizându -se
cu ajutorul unui adeziv, fie dintr -un material compozit realizat din mai multe straturi
succesive de material de ranforsare impregnate si cuplate în vederea conlucrării cu un material
de tip matrice polimerică. În figura 2.1 [41] se observă modul cum este aplicat învelișul
compozit.
Fig.2.1. Aplicarea învelișului din material compozit pe conducta ce prezintă defe cte [41]
Unul din avantajele majore pe care îl prezintă aceste procedee de reparare îl constituie faptul
că aplicarea învelișurilor complexe este simplă si personalul implicat poate avea calificare
medie (vezi tabelul 2.2) , dar situația se schimbă când vine vorba de respectarea cu stricteț e a
tuturor prescripțiilor inc luse de producătorul, importantorul sau distribuitorl ui setului de
reparare în Fișa tehnică de securitate a fiecăruia din materialele din acest set, pentru care, în
conformitate cu prevederile legale, utilizatorul trebuie să beneficieze de un astfel de
document. Sablarea și degresarea se folosesc pentru preg ătirea zonei cu defect a conductei și
se acoperă defectele c u chit polimeric, care ajută la refacerea configurației suprafeței
exterioare a conductei, după care se aplică învelișul de consolidare a conductelor.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
18
Ploiești 2019
Tabelul 2. 2.Avantajele majore utilizării învelișurilor din materialele la repararea conductelor în raport cu
procedeele clasice [4]
Criteriul de comparație Procedeul de reparare
Debitarea și
înlocuirea
tronsonului de
tubulatură
deteriorat Încărcarea prin
sudare sau elemente
de adaos aplicate
prin sudare Învelișuri complexe
confecționate din
materiale compozite
Pierderi de producție Mari Minore Infime
Forța de muncă Mare Mare Mică
Calificarea forței de muncă Ridicată Ridicată Moderată
Amploarea operațiilor de sudare Ridicată Ridicată Nulă
Necesitatea radiografierii Da Da Nu
Dificultăți de aplicare Majore Majore Minore
Durata lucrărilor Mare Mare Mică
Costurile lucrarilor Mari Mari Moderate
Durata minimă de viață a unei reparații ar trebui să fie de 2 ani. Duratele scurte de viață (2
ani) se aplică în general când se cere ca reparația să fie necasară până la următoarea avarie. În
schimb, duratele lungi de viață de până la 20 de ani sunt recomandate a se utiliza, atunci când
reparația este necasară pentru reducerea substratului la d urata de viață corespunzătoare
proiectării originale ori pentru a extinde durata de viață pentru o anumită perioadă de timp. În
momentul când durata de viață a reparației s -a terminat, propietarul este obligat să revalideze
sistemul de reparare.
Datorit ă importanței, trebuie precizat faptul că fiecare reparare trebuie alocată unei clase
particulare, astfel clasele de reparare sunt detaliate în următorul tabel:
Tabel ul 2.3.Clase de reparare [4]
Clasa de reparație Serviciu tipic Presiune proiectare Tempe ratură proiectare
Clasa 1 Volume cu specificații
reduse (ex: medii de răcire,
apa de mare, diesel și alte
hidrocarburi utilizate).
< 1 MPa
< 40oC
Clasa 2 Sisteme de foc apă/inundații
< 2 MPa
< 100oC
Clasa 3 Apă produsă și hidrocarburi,
fluide inflamabile, sisteme
de gaze. Acoperă condiții de
operare mai dure decât cele
descries
Limit ă superioară
calificată
Limit ă superioară
calificată
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
19
Ploiești 2019
Pentru ca sistemul de reparare să poate fi aplicat conform procedurii standar d, adică cu
performanțel e dorite, trebuie să se țină seama de un aspect foarte important și anume
compatibilitatea cu mediul. Mediul de reparare este mediul care atinge materialul compozit,
poate fi mediul extern sau intern.
În momentul când există compatibilitate între sistem ul de reparare cu medii active și medii
de hidrocarburi la temperatura test de calificare, trebuie să se acorde o mare importanță
mediilor puternic acide (pH<3,5), puternic alcaline (pH>11) sau sunt solvenți puternici (ex :
metanol, toluen în concentrație m ai mare de 25%).
Atunci când nu este cunoscută compatibilitatea între sistemul de reparare și mediile active,
furnizorul sistemului de reparare are obligația s ă ofere una din următoarele compatibilități
demonstrate:
informații referitoare la compatibili ate cu mediu, care demonstrează că mediul nu este
mai agresiv decât mediile acvatice sau mediile de hidrocarburi la temperatura de
proiectare;
dacă nu există informații despre posibilitatea de corelare cu diversele medii, atunci se
va face o testare specif ică mediului.
În cele ce urmează se vor prezenta o serie de procedee de reparare a conductelor pentru
transportul gazelor naturale cu utilizare a materialelor compozite. Tehnologiile de reparare a
conductelor de gaze naturale utilizând materiale compozi te sunt : Clock Spring, Fiba Roll,
Steel Wrap E, Thermo -Wrap , Syntho -Glass XT, Syntho -Glass UV, Syntho -Glass UP, Syntho –
Glass 24, Thermo -Wrap, Thermo -Fill, Viper -Skin, TWH Inspectable.
2.1.PROCEDEUL DE REPARARE “CLOCK -SPRING”
Procedeul de reparare utili zând învelișuri de tip “Clock -Spring” (“arc de ceas” ) este cea mai
utilizată metodă de reparare a conductelor folosind material compozite, datorită multiplelo r
avantaje pe care le prezintă. Această metodă de reparare, se pliază cu performanțe deosebite
pe tubulaturile conductelor care prezintă defecte superficiale locale de tip “lispă de material”.
Tehnologia de reparare “Clock -Spring” constă în aplicarea corectă pe conductă a trei
elemente de bază, concepute pentru a consolida structurile și a recondiți ona defectele externe
apărute în timpul exploatării conductelor. În componența sa, sistemul are o bobină
unidirecțională, compozit de tip sticlă E, material de umplutură și un adeziv de tip metil
metacrilat cu o rezistență ridicată la forfecare. Aceste com ponente dau naștere, poate, la cel
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
20
Ploiești 2019 mai rezistent sistem de reparații de acest gen. Pentru a putea fi implementat cu succes, acest
sistem a fost analizat foarte riguros, supus unor teste, cercetări și în cele din urmă validat.
Diametrul conductelor pentru c are poate fi utilizat acest procedeu este cuprins între 4 și 56
inch.
Sistemul “Clock -Spring” (figura 2.1) [2] împreună cu elementele sale componente:
1) Învelișul : structură de mare rezistență din material compozit unidirec țional (fibră de sticlă
într-o matr ice polimerică) ;
2) Adezivul : performant, cu întărire rapidă (C 5H8O2), format dintr -un amestec metil
metalicrat;
3) Chitul de umplere: rezistență mare la compresiune.
a) b)
Fig.2.1 .Sistemul de reparare “Clock -Spring ” [2]:
a. Modul de aplicare a învelișului în zona cu defecte a tubulaturii conductei;
b. Structura reparației.
Învelișul se g ăsește sub formă laminată, de grosime 0,062 inch (1, 57 mm) și un conținut de
fibră de sticlă cu un raport masic de 60 -70 %. Pentru a se realiza o grosime de material de
întărire ⁄ (12,7 mm) sunt necesare 8 straturi de material. Învelișul poate avea lățimea
cuprinsă 304,8 -400 mm, iar lungimea în spirală a învelișului variază în funcție de diamterul
conductei.
Adezivul de tip metal -metacrilat (C5H8O2) , este format din două componente, cu rolul de a
menține învelișul atunci când acesta este înfășurat strâns pe conductă.
Chitul de umplere este utilizat pentru a realiza transferul tensiunilor din peretele conductei
către învelișul format din material compozit înfășurat. Pentru a preveni deformarea ulerioară a
peretelui conductei, zonele care prezintă defecte de tip lipsă de materia l sunt umplute cu acest
chit.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
21
Ploiești 2019 Procedeul de aplicare a învelișurilor tip “Clock Spring ”, care se realizează după
desfășurarea procesului tehnologic de pregătire a conductelor în vederea reparării prin
aplicarea de învelișuri complexe, cuprinde următoarele etape / activități:
Verificarea calității setului de reparare, care se compune din învelișul “Clock
Spring” , chitul de umplere al defectelor, adezivul pentru înveliș, sculele și
dispozitivele de lucru (un dispozitiv pentru amestecarea chitului și adezivului,
șpaclu necesar pentru aplicarea chitului, pensulă folosită la aplicarea adezivlui
pe înveliș, dispozitiv de rulare a învelișului în jurul conductei , coliere de
stângere a învelișului, mânuși de protecție) ;
Marcarea defectul ui de pe tubulatura conductei, așa cum se prezi ntă în figura
2.2 [9];
Fig.2.2 .Marcarea defectului pe tubulatura conductei [9]
Verificarea posibiltății de acoperire a zonei cu defecte de către învelișul “ Clock
Spring” , conform figurii 2.3 [2];
Fig.2.3 .Verificarea învelișului [2]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
22
Ploiești 2019 Prepararea chitului pentru umplerea defectelor și a adezivului ce se aplica
intre straturile invelisului, așa cum se poate observa în figura 2.4 [2];
Fig.2. 4.Preparea chitlui și adezivului [2]
Umplerea cu chit a defectelor de pe tubulatura conductei și aplicarea unei
benzi adezive necesar ă pentru fixarea unui capăt al învelișului pentru
înfășurarea lui pe tubulatura conductei, conform figurii 2. 5 [2];
Fig.2.5. Umplerea unui strat de adeziv pe circumferința tubulaturii [2]
Aplicarea unui strat de adeziv pe tubulatura con ductei, având lățimea egală cu
cea a învelișului “Clock Spring” , exemp lificat în figura 2.6 [2];
Fig.2.6. Aplicarea unui strat de adeziv pe tubulatură [2]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
23
Ploiești 2019
Aplicarea capătului învelișului pe covorașul de fixare și înfășurarea învelișului
pe tubulatura con ductei , conform figurii 2.7 [2];
Fig.2.7. Aplicarea capătului învelișului [2]
Strângerea învelișului cu ajutorul unei chingi reglabile și eliminarea excesului
de adeziv și chit, așa cum se poate observa în figura 2.8 [2], are ca scop
expulzarea excesului de adeziv d intre straturile învelișului;
Fig.2.8. Strângerea învelișului cu ajutorul unei chingi [2]
Fixarea cu cleme / coliere a învelișului înfășurat și menținerea sa în această
stare pân ă în momentrul când s -a efectuat cu succes întărire a chitului și
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
24
Ploiești 2019 adezivului și consolidarea reparației efectuate . În figura 2.9 [2] se poate
observa fixarea cu ajutorul clemelor.
Fig.2.9. Fixarea î nvelișului cu ajutorul clemelor [2]
Procedeul de reparare “Clock Spring”, printre numeroasele avant ajele pe care le prezintă, unul
este extrem de important deoarece permite repararea conductelor care prezintă defecte pe
suprafețe întinse, folosind mai multe învelișuri aplicate în serie sau suprapuse. Acest mod de
recondiționare poate fi observat în figu ra 2.1 0 [2] .
Fig.2.1 0.Repararea zonelor extinse cu defecte utilizând procedeul “Clock Spring” [2]:
a.Reparea folosind mai multe învelișuri aplicate în serie ;
b. Reparea folosind mai multe învelișuri suprapuse .
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
25
Ploiești 2019 Rezistența mecanică a materialelor compozite este un factor esențial de care se ține seama la
consolid area conductelor, în figura 2.11 [9], se poate observa modul de ef ectuare a încercării
la tracțiune pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor compozite de tip
“Clock Spring” .
Fig.2.11. Încercarea la tracțiune pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale materialelor compozite [9]
2.2.PROCEDE UL DE REPARARE “FIBA ROLL”
Acest procedeu are o utiliza re cu performanțe co nsiderabile și este folosit pentru repararea
tubulaturii conductelor care prezintă defecte. Metoda se bazează pe aplicarea unui unui înveliș
compozit alcătuit din rășină sintetic ă armată cu fibră de sticlă. Metoda de reparare utilizând
învelișuri de tip “Fiba Roll” , cuprinde următoarea succesiunea de operații :
a) Verificarea calității setului de reparare, care este format din învelișul Fiba Roll și
accesoriile de aplicare ;
b) Marcarea d efectelor pe tubulatura conductei supus ă lucrărilor de mentenanță, la fel ca
la sistemul de reparare “Clock Spring” ;
c) Pregătirea chitlui de umplere și aplicarea acestuia , exact ca în figura 2.13 [2]. Unul
dintre avantajele acestui procedeu este legat de fap tul că preparea adezivului pentru
lipirea învelișului nu se mai utilizează, datorită cazului că rolele “Fiba Roll”, se
livrează cu adezivul aplicat pe aceasta ;
d) Înfășurarea învelișului pe tubulatura conductei, concomitent cu îndepărtatea foliei
protectoare, care are ca scop pe durata transportului și depozitării a straturilor de
înveliș de pe rola de livrare să nu adere între ele. Co nsolidarea învelișului are ca efect
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
26
Ploiești 2019 reacțiile de polim erizare, reacții care se produc în prezența luminii naturale și pot fi
accelerate de încălzirea cu lămpi cu lumină ultravioletă, exact cum se poate obeserva
în figura 2.13 [2].
Fig.2. 2.1.Aplicarea învelișului “Fiba Roll” [2]
Fig.2. 2.2.Încălzirea utilizând lampa cu lumină ultravioletă [2]
2.3.PROCEDEUL DE REPARARE “STEEL – WRAP E”
“Steel – Wrap E” este un procedeu de reparare care este conceput dintr -o țesătură din fibre
de carbon unic, unidirec țional, saturat cu un oțel învelit epoxitic și un sistem de grund
(figura2.3.1) [1 0].
Aplicare a acestei tehnologii constă în pregătirea în primă fază a suprafeței, care se realizeză
prin curățirea și netezirea circumferinței pentru a se efectua cu succe s contactul continuu între
sistemtul “Steel – Wrap E” și conductă. Pentru a se realiza in depline condiții pregătirea
suprafeței trebuie să fie în conformitate cu SSPC -SP11 “Solvent de curățire ” și SSPC -SP11
“Instrument puternic de curățare ”, având o rugozitate minima între 26 și 76 microni. Pentru ca
această tehnologie să b eneficieze de o eficiență m aximă trebuie să existe o legătură foarte
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
27
Ploiești 2019 stabil ă între țeava pregătită și sistemul compozit. Aplicarea acestui sistem de reparare are
termenul de garanție de 12 luni.
Domeniile de aplicare specifice acestui procedeu:
Deformări plastice pe suprafața cond uctei, coturi deformate, fisuri ;
Defecte de tip lipsă de material, coroziune ;
Aplicații structurale din oțel, reducerea greutății .
Avantajele utilizării acestui procedeu :
Acest material compozit este mai puternic decât oțelul ;
Nu este n ecesară o întărire î n prealabil.
Pentru aplicarea cu succes a materialului de umplutură este nevoie de un timp de 25 de minute
și o tempe ratură de 24oC, iar la aplicarea grundului timpul este de 15 minute și temperatură de
24oC.
Limitele utilizării acestui procedeu:
Temperatu ra de aplicare este cuprinsă în intervalul 10 -43oC;
Umiditatea maximă admisă la care se poate aplica acest procedeu nu trebuie să
fie mai mică de 90 %.
Fig.2.3.1 .Sistemul de reparare “Steel – Wrap E” [10]
2.4.PROCEDEUL DE REPARARE “THERMO – WRAP”
Unul din marile beneficii ale acestui sistem de reparare, îl reprezintă fapt ul că exisă
posibilitatea de reparare a conductelor la temperaturi foarte ridicate, fără a fi scoase din
exploatare (figura 2.4.1 și figura 2.4.2) [12].
Sistemul compozit de repara re profesional “Thermo – Wrap” este folosit pentru repararea,
întarirea sau chiar recondiționarea conductelor, care de obicei sunt funcționale la temperaturi
destul de ridicate. De obicei, acest sistem compozit de reparare are în componența sa o bandă
din fibră de sticlă, bidime nsională, cu o rezistență mare, care se află într -un mix cu sistemul
epoxy “Thermo – epoxy ”.
Scopul principal pentru care a fost concepută această metodă de reparare este reprez entată
de faptul că materialul compozit trebuie să îș i mențină propietățile la temperaturi ridicate,
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
28
Ploiești 2019 astfel materialul compozit trebuie să fie conceput conform standardelor: ASME PCC -2,
ASME B31, ISO TS24817, DOT, API și CSA Z662. Temperatura de lucru a fluidului trebuie
să fie cuprinsă între -45oC și 121oC.
Avantajele utilizării Procedeul ui de reparare “Thermo – Wrap” :
este rezistent la temperaturi ridicate ;
pote fii inspecatat radiografic ;
este conceput conform normelor în vigoare ;
nu este necesară încălzirea sau tratarea utlerioară ;
se utilizează polime ri patentați cu posibilitatea de control nedistructiv.
Fig.2.4.1. Procedeul de reparare “Thermo – Wrap” [12]
Fig.2.4.2. Procedeul de reparare “Thermo – Wrap” aplicată unei zone complexe [12]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
29
Ploiești 2019 În urma apl icării cu succes a acestei thenologii de reparare “Thermo – Wrap” , prin metode
diferite, pe o varietate de defecte ale conductelor destinate transportului de gaze naturale, s -au
obținut o serie de propietăți mecanice și fizice pe care le putem observa în u rmătoarele tabele
[13].
Tabelul 2.4 .1.Propietățile fizice rezultate în urma aplicarii tehnologiei de reparare “Thermo – Wrap” [13]
Propietatea Valoarea obținută
Durata de aplicare 75 de minute/24oC
Timpul de lucru 45 de minute/24oC
Timpul în care se afl ă sub formă de gel 160 de minute/21oC
Timpul de întărire 18 ore/24oC
Temperatura de lucru 149oC
Temperatura de aplicare De la 5oC până la 93oC
Conținut solid 100%
Termen de garanție 12 luni
Tabelul 2.4.2. Propietățile mecanice obținute datorită proce deului de reparare “Thermo – Wrap” [13]
Propietatea testată Metoda Temperatura Rezultat obținut
Rezistență la rupere 40 :60 (rășină/ fibră) ASTM D3039 23oC 700 MPa
Rezistență la rupere 50:50 (rășină/ fibră) ASTM D3039 23oC 487 MPa
Modulul de elasticitate ASTM D3039 23oC 31,3 GPa
Rezistența la încovoiere ASTM D 790 23oC 839 MPa
Modulul de flexibilitate ASTM D790 23oC 28,8 GPa
Duritatea ASTM D 2240 23oC 88HB
Rezistența la forfecare în plan ASTM D 5379 23oC 90 MPa
Rezistența la forfecare în afara planului ASTM D5379 23oC 36 MPa
Rezistența modului de forfecare în plan ASTM D5379 23oC 4,3 GPa
Rezistența modului de forfecare în afara
planului ASTM D5379 23oC 1,1 GPa
Rezistența la forfecare ASTM D5 878 23oC 25,5 MPa
CTE ASTM E831 23oC 6,79µm/moC
Temperatura de defectare ASTM D 648 23oC >515oF(268oC)
2.5.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS”
Acest sistem de reparare “Syntho – Glass” este destinat pentru repararea conductelor, acest
lucru se poate realiza cu ajutorul materialelor compozite, el fiind confe cționat dintr -o fibră de
sticlă patentată , preimpregnată, care în prezența apei sărate/dulci este activată. Materialul
compozit datorită faptului că este ambalat într -o pungă de folie închisă ermetic poate fi utlizat
fără ca să existe vreo procedură specia lă de amestecare.
Unul din marile avanatje pe care le ofer ă această tehnologie, îl reprezintă repararea și
consolidarea practică a conductelor în doar câteva minute, doar când este utilizată o etanșare
primară. Procedeul de reparare “Syntho – Glass” permite restasbilirea presiunii inițiale ale
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
30
Ploiești 2019 conductei, dar în același timp poate face ca zona care a fost reparată să prezinte o rezistență
mult mai mare decât o avea conducta în prima fază.
Poate că principalul argument pentru utilizarea acestui sistem d e reparare “Syntho – Glass”
este dat de reducerea timpului de nefuncționare al conductei, pentru că repararea se realizează
fără scoaterea din uz a conductei, necesarul pieselor de schimb și manoperă.
Aplicarea metodei “Syntho – Glass” (figura 2.5.1) [1 4] durează aproximativ 30 de minute la
o temperatuă de 23oC, materialul compozit se pliază cu performanțe ridicate pe suprafața
conductei, deoarece este un produs netoxic, inodor și necombustibil. “Syntho – Glass”
reprezintă o alternativă foarte bună pentru reparațiile critice pe conductele de transport gaze.
Temperatura fluidului transportat după recondiționarea conductei cu ajutorul acestui procedeu
trebuie sa fie cuprinsă în intervalul -45oC și 121oC, pentru a nu se produce distrugerea
reparației.
Avanteje le aplicării acestui procedeu :
este ușor de utilizat ;
timp redus de instalare;
nu necesită operații de amestecare ;
întărirea se produce într -un timp relativ scurt, de doar câteva minute .
Aplicații specific e:
protecție la impact ;
reparații de urgență ;
țevi corodate ;
fitinguri neregulate;
reparații subacvatice și zone din apropierea apei;
reparații îmbinări cu T -uri.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
31
Ploiești 2019
Fig.2.5.1. Aplicarea sistemului de reapare “Syntho – Glass” [14]
În continuare se vor prezenta o serie de comparații între materialul comp ozit aplicat cu
ajutorul tehnologiei “Syntho – Glass” și diametrul conductei, care se poate observa în tabelul
2.5.1 [15]. În tabelul 2.5.2 [15] se poate observa rezistența chimică a materialului la diferite
substanțe chimice, propietate testată prin metod a ASTM D 543, pe o perioadă de 2 luni, la o
temperatur ă de 23oC. Tabelul 2.5.3 [1 5] este reprezentat de timpul aproximativ de lucru și
timpul final la difert e temperaturi.
Tabelul 2.5.1. Lungimea materialul aplicat cu ajutorul metodei “Syntho – Glass” [15]
Lungimea stratului de material Lungimea necesară Diametrul conductei Lungimea de reparare
4” 15” 4” 6”
4” 30” 6” 8”
4” 50” 8” 12”
4” 50” 10” 11”
8” 30” 12” 9”
8” 30” 16” 7”
8” 50” 18” 10”
8” 50” 24” 8”
Tabelul 2.5.2. Rezisten ța chimică a conductel or reparate prin tehnologia “Syntho – Glass” [15]
Soluția testată Rezultatul obținut
Acid sulfuric 50% Nu are efect
Acid clorhidric 50% Nu are efect
Soluție de hidroxid de sodiu 20% Nu are efect
Benzină Nu are efect
Toluen Nu are efect
Xilen Nu are e fect
Soluții minerale Nu are efect
Apă distilată Nu are efect
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
32
Ploiești 2019
Tabelul 2.5.3. Timpul aproximativ de lucru și final al procedeului “Syntho – Glass” [15]
Temperatura medie [oC] Timpul aproximativ de lucru
[minute] Timpul stabilit pentru
finalizarea lucrări i [minute]
66 1 10
32 3 23
24 8 28
16 10 85
10 14 162
6 17 182
2 20 381
2.6.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS UP”
Procedeul de reparare “Syntho – Glass UP” este compus dintr -un chit care se aplică
conductelor de transport gaze aflate sub p resiune (figura 2.6.1)[1 6]. Utilizarea pentru care a
fost constituit acest sistem de reparare este legat de repararea urgentă a scurgerilor active la
conductele aflate sub presiune, fabricate din diverse materiale : cupru, PVC, o țel, fibră de
sticlă.
Un aspect foarte imporant al acestui sistem de repare îl constituie faptul că procesul de
aplicare este simplificat datorită pre -amba lării pentru diferite conducte.
Aplicații :
găuri ;
îmbinări neetanșe .
Avantaje:
rezistență la caldură;
ușor de utilizat
timpul pentru aplicarea metodei este unul scurt, astfel există și o economisire de timp;
întarire rapidă.
Aplicarea tehnologiei la o temperatu ră de 24oC, necesită o perioadă de timp de doar 5
minute, iar timpul prognozat pentru finalizarea lucrării este de apr oximativ 30 de minute.
Garanția oferită de utilizarea acestui sistem de reparare este 24 luni.
În următorul tabel 2.6.1 [17]. se pot observa propietățile mecanice, datoriă utilizării
procedeului “Syntho – Glass UP” , prin metode diferite, aplicat pe o ser ie de defecte ale unor
conducte destinate transportului de gaze naturale.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
33
Ploiești 2019 Tabelul 2.6.1. Propietățile mecanice conform utilizării procedeului “Syntho – Glass UP” [17]
Propietatea testată Metoda Rezultat
Rezistență la rupere ASTM D3039 248,21 MPa
Rezistenț ă la forfecare ASTM D5379 6,205 MPa
Rezistență la încovoiere ASTM D790 179, 953MPa
Rezistență dielectrică ASTM D149 16000 Volți
Fig.2.6.1. Aplicarea procedului “Syntho – Glass UP” [16]
2.7.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS XT”
Această tehnolog ie de reparare “Syntho – Glass XT” (vezi fig.2.7.1) [18], presupune
utilizarea ca material compozit, fibra de sticlă, pentru recondiționarea conductelor.
Compozitul folosit este un material bidierecțional, preimpregnat folosit pentru repararea și
consolidar ea atât a interiorului, cât și a exteriorului conductelor pe ntru transportul gazelor
naturale și a structurilor corodoate.
Preimpregnarea cu rășină a fibrelor de sticlă garantează o rezistență de înaltă calitate.
Sistemul de repar are “Syntho – Glass XT” este compus din : masticul pentru etanșeitate,
polimer epoxy lichid, pentru asigurarea protecției la coroziune și banda de ranforsare.
Fig.2.7.1. Procedeul de reparare “Syntho – Glass XT” [18]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
34
Ploiești 2019 Unul din marile beneficii pe care le prezintă această te hnologie este reprezentat de
posibilitatea reparării conductelor în mediul subacvatic, puține metode oferă acest lucru, ceea
ce face din procedeul de reparare “Syntho – Glass XT” , o alternativă cu o utilizare largă.
Un astfel de exemplu îl putem obseva în următoarea figură [19]:
Fig.2.7.2. Procedeul de reparare “Syntho – Glass XT” aplicată în mediul subacvatic [19]
Aplicații:
recondiționarea conductelor pentru realizarea transportului și distribuția
hidrocarburilor ;
se poate aplica cu succes pe coturi, T -uri, suduri, etc.
Avantaje :
reparație permanentă ;
se aplică ușor pe orice configurație a conductei ;
se poate aplică într -un interval de timp scurt ;
nu necesită scule speciale ;
reparația efectuată oferă rezistență la cedare superioară celei inițiale ;
rășina poliuretanică activată cu apă dulce reduce timpul de preparare cu 50%;
crește cu 50% rezistența la întindere în aplicația efectuată;
timpul de reparație este în medie de 30 de minute.
Aplicarea cu succes a acestei metode de reparare constă în curățarea și netezirea suprafeței
defectului, pe toată circumferința conductei. Pregătirea suprafeței trebuie facută co nfom
normelor în vigoare, adică, SSPC -SP1 și SSPC -SP11, cu o rugozitate recomandată cuprinsă
între 25 și 75 microni.
Sistemul “Syntho – Glass XT” este disponibil la l ățimi ce variază de la 5 cm la 30 cm, iar
lungimea este cuprinsă între 4,6 m și 27,4 m. Pentru ambalarea produselor sistemului este
nevoie de consultarea fișelor tehnice individuale.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
35
Ploiești 2019 Propietățile mecanice ale tehonoligiei determinate în ti mpul aplicării sale sunt prezentate în
tabelul 2.7.1. [20], iar în tabelul 2.7.2. [20], se prezint ă programul de lucru al tehnologiei la
diferite temperaturi testate.
Tabelul 2.7.1. Propietățile mecanice ale procedeului de reparare “Syntho – Glass XT” [20]
Propietatea testată Valoarea obținută
Modulul de elasticitate Pe direcție circumferențială 30,5 Gpa
Pe direcție axială 15,8 Gpa
Expansiunea termică Pe direcție circumferențială 10,3 ppm/oC
Pe direcție axială 15,4 ppm/oC
Duritatea 83 HB
Grosimea de laminare 0,013 inch
Coeficientul lui Poisson 0,113
Rata energiei 0,525 J/m2
Tabelul 2.7.2.Timpul de lucru al procedeului de reparare “Syntho – Glass XT” [20]
Temperatu ra medie
[oC] Timpul de lucru apoximativ
[minute] Timpul staibilit pentru
finalizarea lucrării
[minute]
10 60 120
16 40 75
24 20 40
32 12 20
66 2 10
2.8.PROCEDEUL DE REPARARE “VIPER – SKIN”
Are la bază un sistem poliueratanic preimprpegnat, cu fibre de carbon hibrid și fibre de
sticlă care creeză rezistența și rigiditatea superi oară a carbonului, având utilizare în medii cu
umiditiate ridicată datorită faptului că la contactul cu apa fibrele se întăresc.
Avantajele pe care le oferă utilizara acesti tehnologii
se reduce timpul de întărire cu până la 50%, datorită faptului că rășin a poliuretanică se
întărește rapid într -un mediu cu umiditate ridicată ;
este un material cu rezistență ridicată ;
se poate aplica în medii umede ;
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
36
Ploiești 2019 se poate aplica pe orice suprafață cu am ar fi coturi, T -uri(vezi fig ura 2.8.2) [22] ,
flanșe, suduri .
Condu ctele care sunt reparate prin această metod ă au temperatura de lucru între -46oC și
96oC, iar la o temperatură de 24oC, timpul de fixare al învelișului este de 20 de minute.
În figura 2. 8.1 [21] se prezintă procedeul de reparare “Viper – Skin” , în timp ce tabelul 2.8.1
[23] este destinat pentru prezentarea propietăților mecanice ale tehnologiei determinate în
timpul aplicării, iar tabelul 2.8.2 [23] prezintă programul de lucru al tehnologiei la diferite
temperaturi.
Figura.2.8.1. Procedeul de reparare “Viper – Skin” [21]
Figura.2.8.1. Procedeul de reparare “Viper – Skin” aplicată unui T -eu [22]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
37
Ploiești 2019 Tabelul 2.8.1. Propietățile mecanice ale procedeul “Viper – Skin” [23]
Propietatea testată Valoarea obținută
Modulul de elasticitate Pe direcție circu mferențială 68,5 Gpa
Pe direcție axială 16,5 Gpa
Expansiunea termică Pe direcție circumferențială 1,79 ppm/oC
Pe direcție axială 13 ppm/oC
Duritatea 83 HB
Grosimea de laminare 0,013 inch
Coeficientul lui Poisson 0,132
Tabelul 2.8.2. Timpul de luc ru al procedeului “Viper – Skin” [23]
Temperatua medie
[oC] Timpul de lucru apoximativ
[minute] Timpul staibilit pentru
finalizarea lucrării
[minute]
10 60 120
16 40 75
24 20 40
32 12 20
66 2 10
2.9. PROCEDEUL DE REPARARE “TWH INSPECTABLE”
Aceast ă tehnologie utilizează o fibră de sticlă, cu un înveliș protector compozit cu o
configurație apropiată fibrei de stică și un nanotob de carbon îmbogățit cu rășini ce conferă o
rezistență mecanică mult mai ridicată, astfel pe zona cu defecte a conductei se aplică un
numar mai m ic de straturi. În figura 2.9.1 [2 4] se poate obs erva că această metodă este
utilizată la recondiționarea conductelor care prezintă coroziuni și deteriorări.
Figura 2.9.1.Procedeul de reparare “TWH Inspectable” [24]
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
38
Ploiești 2019 Avantaje :
este i nspecatbil cu ajutorul radiografierii;
rezisten ță la impact și abraziune.
În tabelul 2.9.1 [2 5] sunt prezentate propietățile mecanice ale p rocedeul de reparare “TWH
Inspectable” , iar în tabelul 2.9.2 [2 5] este prezentat programul de lucru al teh nologiei la
diferite temperaturi.
Tabelul 2. 9.1.Propietățile mecanice ale procedeul ului “ TWH Inspectable ” [25]
Propietatea testată Valoarea obținută
Vâscozitatea 0,9 m2/s
Rația aspectului 5:1
Rezistența la forfecare într -un mediul cald -umed, într -un timp
de 1000 ore la o temperatură de 90oC 8,74 MPa
Rezistența la fo rfecare într -un mediul cald -fierbinte , într -un
timp de 1000 ore la o temperatură de 90oC 4,62 MPa
Temperatura de tranziție vitroasă 186oC
Grosimea de laminare 0,027 inch
Coeficientul lui Poisso n 0,132
Rezistența la forfecare a polimerului 1,22 GPa
Duritatea 87 HB
Modulul de elasticitate Pe direcție circumferențială 68,5 Gpa
Pe direcție axială 16,5 Gpa
Expansiunea termică Pe direcție circumferențială 1,79 ppm/oC
Pe direcție axială 13 ppm/oC
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
39
Ploiești 2019 Tabelul 2.9.2. Timpul de lucru al procedeului “ TWH Inspectable ” [25]
Temperatua medie
[oC] Timpul de lucru apoximativ
[minute] Timpul staibilit pentru
finalizarea lucrării
[minute]
10 255 1440
16 170 720
24 85 360
32 35 180
66 10 60
93 5 30
138 ⁄ 10
2.10.PROCEDEUL DE REPARARE “SYNTHO – GLASS UV”
Este un sistem de reparare care beneficiază de un ambalaj superior, putând fi aplicat pe
conductele pentru transportul gazelor naturale, pe reparații anteri oare în care s -au folosit
materiale compozite sau direct pe defectul conductei. “Syntho – Glass UV” previne
coroziunea și abraziunea, coroziunea galvanică, atenuează vibrațiile pe teren inghețat.
Acest sistem asigură o rezistență superioară la impact și se poate folosi atât pen tru
conductele suprater ane și conducte af late în sol cât și pentru conducte marinte. Durata de
menținere este de 6 luni. Figura 2.10.1 [26] este reprezentativă pentru acest sistem de
reparare.
Avantajele utilizării acestui procedeu de reparare :
nu se îngăl benește;
previne coroziunea;
rezistență mare la impact, abraziune;
ușor de aplicat;
se poate aplica chiar și in condiții nefa vorabile din punct de vedere al vremii;
nu conține solvent.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
40
Ploiești 2019
Figura 2.10.1. Procedeul de reparare “Syntho – Glass UV” [26]
Tabelul 2.10.1 [27] este destinat pentru prezentarea programului de lucru al tehnologiei la
diferite temperaturi.
Tabelul 2.10.1. Timpul de lucru al procedeului “Syntho – Glass UV” [27]
Temperatua medie
[oC] Timpul de lucru apoximativ
[minute] Timpul staibilit pen tru
finalizarea lucrării
[minute]
10 360 1440
16 220 480
24 120 120-180
32 60 60-120
66 30 45
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
41
Ploiești 2019 2.11.PROCEDEUL DE REPARARE “THERMO – WRAP CF”
Procede ul de reparare “Thermo – Wrap CF” (Figura 2.11.1) [28], conține un compozit format
din fibră de sticlă, în combinație cu un carbon hibrid biaxial, ce oferă o rezistență superioară.
Această tehnologie este folosită pentru repararea și consolidarea conductelor de transport și
pentru protecția împotriva coroziunii. Avantajul major pe care îl prezint ă acest procedeu este
rezistența la rupere ridicată la temperaturi mari.
Fig.2.11.1. Procedeul de reparare “Thermo – Wrap CF” [28]
Avantaje:
nu este nvoie de încălzire sau post – întărire;
rezistență ridicată la rupere;
se pot folosi la temperaturi foart e ridicate.
Pregătirea suprafeței trebuie să fie executată în conformitate cu normele SSPC -SP1 și
NACE 2, cu o rugozitate între 25 și 75 microni. Aplicarea în cele mai bune condiții a acest ei
tehnologii constă în curățirea și netezirea suprafeței defect ului, pe toată circumferința
conductei. Materialul utilizat trebuie păstrat la temperaturi sub 38oC, departe de umezeală în
ambaluj original.
Tabelul 2.11.1 [29] este responsabil pentru prezentarea propietățiilor mecanice ale
tehnologiei “Thermo – Wrap CF”, iar tabelul 2.11.2. ilustrează timpul de lucru al procedeului
“Thermo – Wrap CF” .
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
42
Ploiești 2019 Tabelul 2.11.1. Propietățile mecanice ale procedeul “Viper – Skin” [29]
Propietatea testată Valoarea obținută
Modulul de elasticitate Pe direcție circumferenția lă 55,2 Gpa
Pe direcție axială 15,8 Gpa
Expansiunea termică Pe direcție circumferențială 3,2 ppm/oC
Pe direcție axială 10,31 ppm/oC
Duritatea 90 HB
Grosimea de laminare 0,018 inch
Coeficientul lui Poisson 0,132
Tabelul 2.11.2. Timpul de lucru al procedeului “Syntho – Glass UV” [29]
Temperatua medie
[oC] Timpul de lucru apoximativ
[minute] Timpul staibilit pentru
finalizarea lucrării
[minute]
10 255 1440
16 170 720
24 85 240-360
32 35 180
66 15 60
93 ⁄ 1
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
43
Ploiești 2019 3.ANALIZA COMPARATIVĂ A SOLUȚIILOR TEHNOLOGICE DE
REPARARE A CONDUCTELOR PENTRU TRANSPORTUL GZELOR
NATURALE CU MATERIALE COMPOZITE
În acest capitol se vor compara datele experimentale, prezentate în capitolul anterior, date
obținute de compania americană NRI, în urma testelor efectuate, în timpul operațiilor de
reparare a conductelor pentu transportul gazelor naturale cu materiale compozite.
În tabelul 3.1. sunt comparate grafic în timpul de lucru apoximativ și timpul stabilit pentru
finalizarea lucrării în raport cu 5 valor i ale temperaturii pentru 6 dintre cele 11 procedede
prezentate în capitolul 2, unde :
TLA – timpul de lucru aproximativ;
TSFL – timpul stabilit pentru finalizarea lucr ării.
Tabelul 3. 1.Temperatu de lucru aproximativ vs. Timpul stabilit pentru finalizarea l ucrării
Temperatua
medie
[oC] Syntho -Glass Syntho -Glass
XT Viper -Skin THW
Inspectable Syntho -Glass
UV Thermo –
Wrap CF
TLA
[min] TSFL
[min] TLA
[min] TSFL
[min] TLA
[min] TSFL
[min] TLA
[min] TSFL
[min] TLA
[min] TSFL
[min] TLA
[min] TSFL
[min]
10 14 162 60 120 60 120 255 1440 360 1440 255 1440
16 10 85 40 75 40 75 170 720 220 480 170 720
24 8 28 20 40 20 40 85 260 120 120 85 240
32 3 23 12 20 12 20 35 180 60 60 35 180
66 1 10 2 10 2 10 10 60 30 45 15 60
Primul grafic arată variația timpului de lu cru aproximativ în raport cu cele 5 temperaturi
stabilite . Se poate observa variația mare pe care o are procedeul “Syntho – Glass UV” ,
deoarece timpul de lucru aproximativ este mult mai mare decât în cazul celorlalte tehnologii.
Cel mai mic timp de lucru e ste întâlnit la procedeul Syntho – Glass . Din tabel putem observa
că procedeele “Syntho – Glass XT”și “Viper – Skin” au același timp de lucru aproximativ
pentru cele 5 valori ale temperaturii.
Al doilea grafic ilustrează variația timpului stabilit pentr u finalizarea l ucrării în raport cu
cele 5 temperaturi stabilite. Se observă că cel mai mare timp stabilit pentru finalizarea lucrării
îl are procedeul “Thermo – Wrap CF ”, iar cel mai mic procedeul “Syntho – Glass XT” .
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
44
Ploiești 2019
Fig.3.1.Temperatura medie vs.TLA
Fig.3.2.Temperatura vs.TSFL
În continuarea acestui capitol în tabeul 3.2. se vor compara modulu l de elasticitate (pe
direcție circumferențială și pe direcție axială), expansiunea termică (pe direcție 050100150200250300350400
0 10 20 30 40 50 60 70TLA [min]
Temperatura medie [oC] Syntho-Glass XT
Syntho-Glass
Viper-Skin
THW Inspectable
Syntho-Glass UV
Thermo-Wrap CF
02004006008001000120014001600
0 10 20 30 40 50 60 70TSFL [min]
Temperatura medie [oC] Syntho-Glass
Syntho-Glass XT
Viper-Skin
THW Inspectable
Syntho-Glass UV
Thermo-Wrap CF
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
45
Ploiești 2019 circumferențială și pe direcție axială), duritatea , grosimea de laminare și coeficientul lui
Poisson, pentru cele 4 din cele 11 tehnologii studiale la capitolul anterior.
Tabelul 3.2. Propietățile mecanice ale tehnologiilor de reparare
Propietatea mecanică Tehnologia studiată
Syntho –
Glass XT Viper -Skin THW
Inspectable Thermo –
Wrap CF
Modulul de
elasticitate Pe direcție
circumferențială 30,5 GPa 68,5 GPa 29,6 GPa 55,2 Gpa
Pe direcție
axială 15,8 GPa 16,5 GPa 15,8 GPa 15,8 Gpa
Expansiunea
termică Pe direcție
circumferențială 10,3 ppm/oC 1,79 ppm/oC 10,3 ppm/oC 3,2 ppm/oC
Pe direcție
axială 15,14
ppm/oC 13 ppm/oC 15,14
ppm/oC 10,31
ppm/oC
Duritatea 83 HB 83 HB 90 HB
Grosimea de laminare 0,013 inch 0,013 inch 0,027 inch 0,018 inch
Coeficientul lui Poisson 0,113 0,132 0,0132 0,132
Din tabelul 3. 2. reiese că tehnologia de reparare “Viper – Skin” are valoarea cea mai mare a
modului de elasticitate atât pe direcția axială cât și circumferențială, iar valoarea cea mai mică
a modulului de elasticitate se înregistrează în cazul procedeului de reparare “THW
Inspectable ”. Se poate observa că pe direcție axială, modulul de elasticitate are aceeași
valoarea pentru procedeele “Syntho -Glass ”, “THW Inspecatble” și “Thermo -Wrap CF ”.
Pentru expansiunea termică , cea mai mare valoare se înregistrează în cazul poce deelor
“Syntho -Glass” și “THW Inspecatble” , iar cea mai scăzută valoare o are procedeul “Thermo –
Wrap CF” , care este valabilă și pe direcție circumferențială și pe direcție axială. De asemenea
se poate observa că procedeele de reparare “Syntho -Glass XT” și “Viper -Skin” au aceeași
duritate. Cea mai mare valoare a durității se înregistrează în cazul procedeului “Thermo -Wrap
CF”. Grisumea de laminare are valoarea cea mai ridicată pentru procedeul “THW
Inspecatble” , iar valoarea cea mai mică o regăsim la “Syntho -Glass XT” și “Viper -Skin” .
Coeficientul lui Poisson are valoarea cea mai mică în cazul procedeului “Syntho -Glass XT” ,
iar pentru restul procedeelor valoarea este aceeași.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
46
Ploiești 2019 4. PROIECTAREA UNUI SISTEM DE REPARARE A CONDUCTELOR
UTILIZÂND ÎNVELIȘURI DIN MATE RIALE COMPOZITE
În prezent, procedurile aplicate pentru proiectarea sistemelor de reparare cu învelișuri
compozite, prezintă urmatoarele etape(figura4.1) [42] :
a) Evaluarea rezistenței mecanice a conductei fără defect(fiugra 4.1.a);
b) Evaluarea rezistenței mecanice a conductei cu defect și analizarea unor oportunități de
reparare prin aplicarea unui înveliș din material compzit(figura4.1.b);
c) Definirea caracterisiticilor dimensioanle ale conductei fără defect (fără echivalentul
defectuli în termeni de reziste nă mecanică) (figura 4.1.c);
d) Proiectarea învelișului/ manșonului, care constă în selectarea și definirea propietăților
materialuli pentru învelșuri și calcularea dimensiunilor acestuia(fiugra 4.1.d).
Fig.4.1. Etapele pentru proiectarea sistemlului de rep arare cu învelișuri din material
compo zite pentru conducte cu d efecte de tip lispă de material [42]
În cadrul studiului de caz la reparare a unei conducte care prezintă defect de tip lipsă de
material s -a considerat oțe lul L290N (X42) pentru cele 3 caz uri din tabelul 4.1[31] și
propietățile mecanice specifice.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
47
Ploiești 2019
Tabelul 4.1. Studiu de caz al datelor privind conductele și defectele [31]
Studiu de caz 1 2 3
Diametrul exterior al
conductei , De mm 323.9 711 508
Grosimea nominal a
peretelui conducte i, tn mm 9.5 20 8
Presiunea pentru
proiectate , pc MPa 12.2 11.7 6,5
Presiunea maxim ă de
operare a conductei, pa MPa 26.3 25.2 6,66
Adâncimea relative a
defectului , drd – 0.1…0.9 0.1…0.9 0.7
Adâncimea maxima a
defectului , dmax mm 0.95…8.55 2…18 5.6
Lungimea defectului ,
lcw mm 200 440 200
Lățimea defectului , cp mm 150 330 175
Etapele calculului [46] sunt detaliate în co ntinuare pentru al treilea caz din tabelul
prezentat anterior :
1) Dimensiunile caracteris tice ale conductei care trebuie reparat ă: diametrul
exteriorul al conductei De = 20 ” = 508mm și grosimea nominală a peretului
conductei t n = 8mm [30,31].
Astfel, cu ajutorul datelor de mai sus se realizează următoarele calcule:
grosimea relativă a conducte i
; (4.1)
;
raza interioară a conductei
; (4.2)
;
raza exterioară a conductei
; (4.3)
.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
48
Ploiești 2019 2) Caracteristice mecanice ale oțelului (L290N/X42) din c are este confecționată
conducta [30,31] :
modulul Young ;
limita de curgere ;
rezistența la rupere ;
coeficientul lui Poisson .
3) Condițiile de proiectare și operare [30,31] :
presiunea pentru proiectare ;
factor de proiectare al conductei ;
tensiunea admisibilă ; (4.4)
;
presiunea maxim ă de operare a conductei
(4.5)
.
4) Dimensiunile caracterisitce ale defectului [30,31] :
adâncimea relativă a defectului ;
adâncimea maximă (4.6)
lungimea relativ ă
√ (4.7)
, reprezintă lungimea maxima a zonei corodate ;
√
lățimea relativă a defectului
√
, reprezină lățimea maxima a zonei corodate;
√
5) Propietățile materilalului compozit [30]:
modulul Young de elasticitate al materialului compozit în direc ție circumferențială
;
modulul Young de elasticiate al materialului compoz it în direc ție axială
;
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
49
Ploiești 2019 coeficientul lui Poisson pentru materilalul compo zit în direc ție circumferențială
;
rezistența la tracțiune pe termen scurt a materialului compo zit în direcție
circumferențială ;
rezistența la tracțiune pe termen scurt a materialului compo zit în direcție axială
; (4.10)
;
alungirea adimisibilă a materialului cimpozit ;
factor de temperatur ă folosit la proiectarea compo zitului ;
tensiunea admisibliă a materialului compo zit în direcție axială :
; (4.11)
.
Pentr u evaluarea rezistenței mecanice a conductei deteriorate înainte de reparare, n umită
rezistența mecanică rezi duală, cea mai folosită metodă co nstă în evaluarea Factorului de
rezistență r eziduală RSF (Remaining Strength Factor) , pentru conducta cu defecte [32,33,34] .
Analizând dif eritele metode de calcul al RSF, pentru acest studiu de caz s -au folosit 3
procedee, considerate cele mai relevante:
a) Metoda origina lă de la Standarul American ASME B31.G [35]:
(4.12)
√ și reprezintă factorul de mărire a efortului ; (4.13)
√ ;
b) Metoda recomandat ă de DNV RP -F101 [36]:
(4.14)
√ (4.15)
√
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
50
Ploiești 2019 c) Metoda ASME B31.G [35], dar care a suferit ceva modificări față de
versiunea initial:
(4.16)
√ (4.17)
√
Presiunea maximă de siguranță a conductei deteriorate, p d , poate fi evaluată folosind
factorul de rezistență rămasă , astfel :
(4.18)
4.1.DETERMINAREA GROSIMII ÎNVELIȘULUI MATERIALULUI
COMPOZIT PRIN DIFERITE METODE DE CALCUL
Calcu lul grosimii compozitului se efectueaz ă utilizând metoda bine cunoscut ă [30,31] :
[√
] (4.19)
[
( ) ] (4.20)
(4.21)
(4.22)
reprezentând raza exterioară a con ductei;
reprezentând raza interioară a conductei, unde : (4.23)
reprezintă grosimea de perete a coductei echivalente ; (4.24)
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
51
Ploiești 2019
*
+
[√
]
Calculul lungimii compozitului se poate face aplicând următoarea ecu ație [37,38] :
(4.25)
și reprezintă : (4.26)
lungimea conică, care corespunde proiecției axiale a țevii pe direcți a conică a fiecărei
extremități a învelișului;
Lungimea suprapuner ii, care corespunde distanțel or cu care î nvelișuril e compo zite dep ășesc
distanțele [37,38] : √ (4.27)
√
Un ultim aspect legat de lungimea compozitului îl reprezintă raza exterioară a învelișului
materialului compozit [30,31]: (4.28)
1) Metoda PCC ISO/TS Allowable Stress (Tezistența admisibil ă) [37,38] :
(4.29)
(4.30)
(4.31)
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
52
Ploiești 2019
(4.32)
2) Metoda PCC ISO/TS Allowable Str ain (deformația speci fică admisibilă)
[37,38] :
(4.33)
(4.34)
3) Metoda PCC ISO/TS Allo wable Strain (rela ții normative) [37,38] :
(
) (4.35)
reprezintă grosimea minimă rămasă ; (4.36)
(
)
(4.37)
4) Metoda PCC ISO/TS Allowable Strain (rela ții normative – varianta 2) [37,38] :
(
) (4.38)
(
)
(
) (4.39)
(
)
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
53
Ploiești 2019
5) Metoda RES -Q [39]:
(4.40)
6) Metoda adaptat ă după Alexander [40]:
[
√
] (4.41)
; (4.42)
*
√
+
4.2.VERIFICAREA GROSIMII ÎNVELIȘULUI DIN MATERIAL COMPOZIT
Pentru a se realiza verificarea soluției de proiectare obținută în stadiul anterior, se urmărește
parcurgerea următoarelor etape pentru determinarea presiunii (qpc ), la contacul dintre
cond ucta de oțel și învelișul compozit [30,31]:
(4.43)
(4.44)
(4.45)
(4.46)
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
54
Ploiești 2019
Pentru verificarea cu exactitate a grosimii c ompo zitului este nevoie de efec tuarea și
următoarelor ecuații [38,39,40] :
1. Verificarea condi ției de continuitate a deforma țiilor specifice:
(4.47)
(
) (4.48)
(
)
2. Verificarea condi ției de rezisten ță a țevii de o țel:
(4.49)
3. Verificarea condi ției de rezisten ță a înveli șului compozit :
(
) (4.50)
(
)
4. Verificarea condi ției acceptabilității deformației compozitului :
(4.51)
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
55
Ploiești 2019 În urma calculelor efectuate și verificarea acestora , Reamining Stregth Factor a fost calculat
și pentru cele 2 tipuri de conducte cu dimaet ele prezentate în tabelul 4. 2. Acest calcul s -a
efectuat pentru mai multe valori ale diametr ului relative al defectului, drd, împreună cu
valoarea evaluat ă pentru presiunea de funcționare sigură , pd.
Tabelul 4.2. Evaluarea presiunii de lucru în condiții de siguranță .
Studiu de caz drd RSF 1 RSF 2 RSF 3 pd
1
De=323.9mm 0.1 >1 >1 >1 12.2a)
0.2 0.993 0.966 0.969 12.2b)
0.3 0.935 0.889 0.898 11.2
0.4 0.876 0.803 0.821 10.1
0.5 0.814 0.708 0.740 8.9
0.6 0.749 0.601 0.653 7.5
0.7 0.681 0.480 0.559 6.0
0.8 0.610 0.342 0.458 4.3
2
De=711mm 0.1 >1 >1 >1 11.7a)
0.2 0.992 0.964 0.968 11.6b)
0.3 0.934 0.886 0.896 10.7
0.4 0.874 0.800 0.819 9.6
0.5 0.812 0.704 0.737 8.5
0.6 0.747 0.597 0.650 7.2
0.7 0.678 0.476 0.556 5.7
0.8 0.607 0.339 0.456 4.0
a) Reparația nu este necesară (RSF >1 și pd=pc);
b) Repararea nu este de asemenea neces ară, deoarece RSF este mai mare
decât valoarea admisibiliă , RSF a este consid erat egal cu 0,9 [32,33,34].
După cum se poate observa din tabelul 4.2 , cea mai conservatoare utilizând metoda RSF , a
fost dată de RSF 2(4.12) , dar și valorea obținută cu RSF 3(4.14) , care este considerată cea mai
exactă , sunt relativ apropiate. De asemena , poate fi observat că defectele cu d rd = 0,1…0,2 nu
necesită reparații și ele nu au fost analizate.
În continuare pentru valorile adâncimii relative a defectului drd, grosimea compozitului
necesar pentru repararea conducte i a fost calculată pentru toate cele 5 tipuri de materiale
compozite incluse în tabelul 1.1. din primul captitol cu principalele caracteristici meca nice ale
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
56
Ploiești 2019 materiale lor compozite , aplicând succesiv 5 metode de calcul des crise de ecuații le (4.31/4.32) ,
(4.35), (4.40), (4.41), (4.19) , pentru determinarea grosimii învelișului compozit tcw. Anal iza
grafică pentru aceste calcule , care au fost comparate sunt expuse în următoarele grafice în
funcție de diametre De=323.9mm și De=711mm.
Fig.4 .2.Analiza grosimii pentru materialul compozit tip I
Fig.4.3. Analiza grosimii pentru materialul compozit tip II
8 17 31 44 58
7 9 11 13 15
1 1 2 3 4 5 6 8 9 10
6 10 17 24 33
010203040506070
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd I , De = 329,mm
Metoa PCC ISO/TS
Allowable Stress
Metoda PCC ISO
Allowable Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
17 35 62 88
22 30 38 45
3 6 9 13 22 28 34 41
6 10 107 190
020406080100120140160180200
0.3 0.4 0.5 0.6tcw
drd II, De= 329,9mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable
Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
57
Ploiești 2019
Fig.4.4. Analiza grosimii pentru materialul compozit tip III
Fig.4.5 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip I V
Fig.4.6 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip V.
8 16 28 40 53
7 9 12 14 16
1 1 2 3 3 5 6 7 8 10
6 11 18 26 35
0102030405060
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd III,De=323,9mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable
Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
4 9 13 19 25
5 7 8 10 11
2 4 5 8 11 15 19 23 27 31
5 8 12 17 23
05101520253035
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd IV , De=323,9mm
Metoa PCC ISO/TS
Allowable Stress
Metoda PCC ISO Allowable
Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
3 6 9 13 18
4 5 6 7 8
1 1 1 2 2 3 4 5 6 7
3 6 9 12 15
02468101214161820
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd V , De=323,9mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable
Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
58
Ploiești 2019
Fig.4.7. Analiza grosimii pentru materialul compozit tip I
Fig.4.8 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip II
Fig.4.9 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip I II 18 42 55 93 124
14 18 23 28 32
2 3 4 6 8 15 19 23 27 31
5 8 12 17 23
020406080100120140
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd I, De=711mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable
Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
41 84 133 186 247
47 63 79 95 111
8 13 20 27 35 65 46 72 86 98
5 65 224 397 911
01002003004005006007008009001000
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd II, De=711mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable Stress
Metoda PCC ISO Allowable Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
17 38 60 85 113
15 20 24 29 34
1 3 4 5 7 9 12 15 17 20
13 26 39 54 73
020406080100120
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd III, De=711mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
59
Ploiești 2019
Fig.4.10 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip I V
Fig.4.11 . Analiza grosimii pentru materialul compozit tip V
Comparând cele 5 tipuri de sisteme de reparații investigate, se poate trage concluzia că
materialul compoizt V est e cea mai bună soluție pentru a restabili complet rezistența
mecanică , deaorece în acest caz variațiile sunt foarte mici , dar există un risc și anume , fiind
armat cu fibre de carbon , ar putea genera procese ce coroziune su pliment are în conducta de
oțel.
Astfe l, dintre cele lalte tipuri rămase , compozitul de tip IV, cel armat cu fibre aramide, este
considerat cea mai bună soluție din punct de vedere al grosimii necesare .
9 18 29 40 53
10 14 17 21 24
5 9 13 18 23 31 39 48 57 65
10 18 26 37 49
010203040506070
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd IV , De=711mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
6 13 20 28 38
7 10 12 15 17
1 2 3 4 5 7 9 10 12 14 14 20 28 42 49
0102030405060
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7tcw
drd V , De=711mm
Metoa PCC ISO/TS Allowable
Stress
Metoda PCC ISO Allowable Strain
Metoda RES-Q
Metoda Alexander
Metoda UPG – Zecheru
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
60
Ploiești 2019 5.PRINCIPALII INDICATORI TEHNICO ECONOMICI AI
PROCEDELUI DE REPARARE CLOCK SPRING
Capitolul cu numărul 5 este destinat pentru efectuarea calculelor economice privind
repararea conductei ce prezintă defect de tip lipsă de material.
Pentru recondiționarea conductei se utilizează bine cunoscuta metodă “Clock Spring”,
datorit ă mutliplelor avantaje pe care le prezintă, mai ales din punct de vedere a rezistenței.
Efectuarea ca lculelor se bazează pe următoare date :
diametrul conductei De = 20 ” = 508mm ;
grosimea nominală a peretului conductei t n = 8mm ;
adâncimea maximă a defectului d max = 5.6mm ;
lungimea maximă a zonei corodate s p = 200mm;
lungimea învelișului compozit l cw = 471.896mm;
grosimea învelișului compozit t cw = 21.01mm.
Indic atorii privind tarfiul orar pentru forța de muncă :
operator = 50 $/h;
sudor = 60 $/h
ucenic = 35 $/h
Indicatorii privind costul echipamentelor :
învelișul compozit = 1300 $ pentru 1 ;
buldozer = 60 $/h
echipamentul de salbare = 17 $/h
chitul învelișului compozit (5 % din chitul învelișului compozit) = 65 $/h
Aplicarea cu succes a calculelor se face exclusiv în următoarea succesiune [43,44] :
1. Costul forței de muncă :
reprezintă costul managementului ingineriei, iar reprezintă costul forței
de muncă pe teren. Acestea se pot determina cu umrătoarele forumule:
tariful orar;
, și reprezintă timpul necesar pentru realizarea lucr ării;
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
61
Ploiești 2019
2. Costul echipamentelor:
reprezintă costul materialelor consumabile, în cazul de față învelișul compozit
și chitul respectiv, iar reprezintă costul utilizării echipamentelor și sunt
determinate cu ajutorul formulelor :
costul pentru învelișul compozit ;
costul pentru chitul învelișului compozit;
costul pentru buldo zer;
costul echipament sablare ;
.
3. Calculul costurilor indirecte:
( )
4. Costul total pentru repara ție:
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
62
Ploiești 2019 6.ANALIZA DE COST A PROCEDEELOR DE REPARA RE UTILIZÂND
MATERIALE COMPOZITE
Acest capitol este destinat pentru prezentarea ofertelor de preț ale companiei Industrial
Cruman, care importă material compo zite pentru procedee de reparare prezentate în capitolul
2, de la compania americană NRI. Prețul include transportul produselor din SUA, taxe vamale
și de port, comisionul firmei distribuitoare și TVA -ul firmei distribuitoare la achiziționare.
În tabelele care vor urma a fi prezentate, se vor detalia ofertele de preț pentru fiecare
procedeu studiat , luând ca reper 5 conducte având diametre exterioare diferite, care prezintă
defect de tip “lipsă de material”, având grosimi de perete diferite, adâncimi diferite ale
defectului, dar aceeași lungime în direcție axială a defectului, aceeași presiune maxim ă
admisibilă, aceeași lățime pe dire cție circumferențială a defectului (c p) și aceeași temperatură
de lucru (24oC).
Tabelul 5.1. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Clock Spring”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de peret e
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de
operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD ]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 5812,12
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 6212,41
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 6412,13
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 6601,12
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 6812,19
Tabelul 5.2. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Steel -Wrap E”
Diametrul
exterior al
conduc tei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 1250,30
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 1351,45
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 1501,14
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 1671,98
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 1819,13
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
63
Ploiești 2019
Tabelul 5.3. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Thermo -Wrap”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm ] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 2245 ,12
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 2510 ,90
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 2891,21
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 3121,19
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 3381,29
Tabelul 5.4. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Syntho -Glass UP”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 3891,12
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 4056,14
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 4198,29
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 4291,89
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 4399,12
Tabelul 5.5. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Syntho -Glass”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 4891,90
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 5001,37
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 5291,13
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 5500,67
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 5721 ,19
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
64
Ploiești 2019
Tabelul 5.6. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Syntho -Glass XT”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 4717,90
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 4912,32
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 5123,45
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 5302,60
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 5501,23
Tabelul 5.7. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Viper -Skin”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 2012,34
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 2124,56
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 2267,75
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 2323,12
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 2412 ,19
Tabelul 5.8. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “THW Inspectable”
Diametrul
exterior al
condu ctei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 3121,52
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 3212,19
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 3311,91
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 3413,29
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 3513,12
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
65
Ploiești 2019
Tabelul 5.9. Oferta de preț pentru procedeul de reparare “ Syntho -Glass UV”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa ] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 4715,21
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 4917,87
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 5212,23
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 5412,45
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 5512,76
Tabelul 5.10 .Oferta de preț pentru procedeul de reparare “Thermo -Wrap CF”
Diametrul
exterior al
conductei
De
[in/mm] Grosimea
nominală
de perete
tn
[mm] Adâncimea
defectului
dmax
[mm] Extindere
pe
direcție
axială a
defectului
sp
[mm] Presiunea
maximă
de operare
pa
[MPa] Extindere pe
direcție
circumferențială
cp
[mm] Prețul
tehnologiei
[USD]
14”(355,4) 20,2 8,34 210 22,84 8 2511,91
16”(406,4) 22,8 9,58 210 22,84 8 2613,19
18”(457,2) 25,6 11,57 210 22,84 8 2712,27
20”(508) 28,5 13,45 210 22,84 8 2843,89
22”(568,8) 31,9 17,78 210 22,84 8 3001,78
În următoarea figură se va exemplifica grafic costurile procedeelor de reparare, care au fost
expuse anterior, în funcție de diametrul utilizat și costul alocat pentru fiecare diametru în
parte, pentru analizarea și intepr etarea cu succes a rezultatelor.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
66
Ploiești 2019
Fig.5.1. Costul tehnologiilor în funcție de diametru
Pe baza gamei de prețuri oferite de comapnia Industrial Cruman în tabele prezentate, s -a
ajuns la concluzia că procedeul de reparare “Clock -Spring ”, are cel mai ridic at preț, în timp
ce, procedeul de reparare “Steel -Wrap E ”, prezintă cel mai scăzut preț.
Din punct de vedere calitate -preț, compania americană recomandă utilizarea procedeului de
reparare “Syntho -Glass UP ”.
010002000300040005000600070008000
14”(355,4) 16”(406,4) 18”(457,2) 20”(508) 22”(568,8) Prețul [USD]
Diametrul conductelor Clock Spring
Steel-Wrap E
Thermo-Wrap
Syntho-Glass UP
Syntho-Glass
Syntho-Glass XT
Viper-Skin
THW Inspectable
Syntho-Glass UV
Thermo-Wrap CF
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
67
Ploiești 2019 CONCLUZIE
Pe par cursul celor 6 capitole mi -am propus studierea procedeelor de reparare ale
conductelor pentru transportul gazelor natural utilizând înv elișuri din materiale composite .
Pentru realizarea acestei lucrări am studiat o parte din procedeele folosite de companiile
Industrial Cruman și NRI.
Primul capitol a avut ca obiectiv prezentarea imperfecțiunilor și defectelor care pot să apară
la conductele pentru transportul gazelor naturale, dar și materialele compozite prin
clasificarea lor și beneficiile pe care le aduc pentru re condiționarea conductelor.
Capitolul 2 cuprinde 11 subcapitole, în care am prezentate o parte dintre cele mai folosite
procedee de reparare a conductelor pentru transportul gazelor natural și anume: “Clock
Spring”, “Fiba Roll”, “Steel Wrap E”, “Thermo Wrap ” , “Syntho Glass”, “Syntho Glass UP”,
“Syntho Glass XT”, “Viper -Skin”, Thermo Wrap Inspectable”, Syntho Glass UV”, Thermo
Wrap CF”.
Capitolul cu num ărul 3 este destinat pentru compararea datelor experimental pentru 10
metode expuse în capitolul an terior. Am comparat temperatura de lucru cu timpul de lucru
aporoximativ și temperatura de lucru cu timpul stabilit pentru finalizarea lucrării. În tabelul
3.2. am comparat propietățile mecanice pentru 4 dintre tehnologiile studiate.
În capitolul 4 am p rezentat etapele care trebuie parcurse pentru tehnologiile aplicate în
prezent, astfel încât sa se realizeze proiectarea unui sistem de reparare a unei conducte de
transport gaze naturale , pentru procedeul de reparare “Clock Spring”. Pentru efectuarea
studiului am luat ca reper 3 valori pentru diametrul exterior al conductei (De) și grosimea
nominală a peretului ( tn). Cele 3 valori analizate: ( D e = 20” = 508mm cu t n = 8mm ) , ( D e =
12,75 ” = 323,9 mm cu tn = 9,5mm ) , ( D e = 28” = 711mm cu t n = 28mm ) .
În continuare am determinat conducta echivalentă folosind presiunea maxima de siguranță a
conductei deteriorate cu ajutorul RSF. Tot în cadrul acestui capitol , am determinat grosimea și
lungimea învelisului de material compozit folosit la repararea cond uctei , prin mai multe
metode , obținând diferite valor i.
Capitolul 5 este destinat exclusiv pe calculul economic, mai exact pe costul implementării
procedeul “Clock Spring”.
În ultimul capitol am prezentat ofertele de preț ale companiei Industrial Cru man pentru
procedee de reparare detaliate în capitolul 2, mai puțin Fiba Roll. Graficul 5.1 arată foarte
elocvent procedeul care prezintă costul cel mai ridicat.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
68
Ploiești 2019 BIBLIOGRAFIE
1. Zecheru Gh., Drăghici., Dumitrescu A., Repair Methods for Transmisson Pipelines with Volumetric
Surface Defects – VSD, Proiectul INNOPIPES, Trainning Event , Varșpvoa, 2013 .
2. Dumitrescu A., Zecheru Gh., Strategii de mentenanță pentru creșterea siguranței sistemelor de transport
și depozitare a hidrocarburilor, Universitatea Petrol – Gaze din Ploiești, Ploiești 2015 .
3. http://2.bp.blogspot.com/_4aMVq4rDr6A/ShQpMlbZjOI/AAAAAAAAAPM/Otuk6wF4XmU/s1600/18.
bmp (accesat la 27.0 5.2019) .
4. * * * ,ISO /TS 24817, ,,Petroleum,petrochimical and natural gas industries -Composite repairs for
pipework -Qualification and design,installation,testing and inspection‟‟,2006;
5. https://www.google.ro/search?q=fibra+de+sticla&biw=1366&bih=667&tbm=isch&tbo=u&source=univ
&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwi_udaP2a LKAhXkmHIKHYJNAJEQsAQINA&dpr=1#tbm=isch&q=fib
ra+de+carbon&imgrc=BHkhuT3aqYWwnM%3A (accesat la 27.05.2019) .
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Composite_material (accesat la 27.05.2019) .
7. https://www.academia.edu/5598969/Materiale_compozite (accesat la 27.05.2019) .
8. https://www.clockspring.com/product/clock -spring/ (accesat la 27.05.2019) .
9. http://www.petroleumclub.ro/downloads/rgf/15_GheorgheZecheru_UPG.pdf (accesat la 27.05.2019) .
10. https://www.youtube.com/watch?v=tGJks6ijfjM (accesat la 27.05.2019) .
11. https://www.neptuneresearch.com/product/thermo -wrap -inspectable/#152 6492312288 -4a3d22d7 -3097
(accesat la 30.05.2019) .
12. http://www.reabilitariconducte.ro/page/solutii -reabilitare -conducte2 (accesat la 30.05.2019) .
13. https://www.neptuneresearch.com/product/thermo -wrap/#1525371418090 -7f53df60 -3ea3 (accesat la
30.05.2019) .
14. http://wrapcws.com/products/products_nri_refineriespetrochemical.html (accesat la 30.05.2019) .
15. https://www.neptuneresearch.com/wp -content/upl oads/SG -Properties -R2_0214 -English -1.pdf (accesat la
30.05.2019) .
16. https://www.youtube.com/watch?v=MHVkd25hMzY (accesat la 3.06.2019) .
17. https://www.neptuneresearch.com/product/syntho -glass -up/#1537528762954 -3f74a73e -a134 (accesat la
3.06.2019) .
18. https://www.cruman .ro/reparatii -reabilitari -conducte/syntho -glass -xt (accesat la 3.06.2019) .
19. https://www.youtube.com/watch?v=JmCG9ijROeg (accesat la 3.06.2019) .
20. https://www.neptuneresearch.com/product/syntho -glass -xt/#1525371301662 -535a4bfe -2b01 (accesat la
7.06.2019) .
21. https://synthoglass.com.pl /en/produkt/viper -skin-2/ (accesat la 7.06.2019) .
22. https://www.neptuneresearch.com/product/viper -skin/#1526492312288 -4a3d22d7 -3097 (accesat la
7.06.2019) .
23. https://www.neptuneresearch.com/product/viper -skin/#1528138836588 -9c967d07 -9be1 (accesat la
7.06.2019) .
24. https://www.neptuneresearch.com/product/thermo -wrap -inspectable/#1526492312288 -4a3d22d7 -3097
(accesat la 7.06.2019) .
25. https://www.neptuneresearch.com/product/thermo -wrap -inspectable/ (accesat la 7.06.2019) .
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
69
Ploiești 2019 26. – https://www.neptuneresearch.com/product/syntho -glass -uv/#1526492312288 -4a3d22d7 -3097 (accesat
la 11.06.2019) .
27. https://www.neptuneresearch.com/product/syntho -glass -uv/ (accesat la 11.06.2019) .
28. https://www.neptuneresearch.com/product/thermo -wrap -cf/#1526492312288 -4a3d22d7 -3097 (accesat la
11.06.2019) .
29. https://www.nept uneresearch.com/product/thermo -wrap -cf/ (accesat la 11.06.2019) .
30. Zecheru, Gheorghe, Drăghici, Gheorghe, Dumitrescu, Andrei and Yukhymets, Petro. “Design of
Composite Material Reinforcing Sleeves Used to Repair Transmission Pipelines.” Petroleum -Gas
Univer sity of Ploiesti Bulletin, Technical Series Vol. LXVI No. 1 (2014): pp. 105 -117.
31. Zecheru, Gheorghe, Dumitrescu, Andrei, Diniță, Alin and Yukhymets, Petro. “Design of Composite
Repair Systems.” Non-destructive Testing and Repair of Pipelines. Springer Inter national Publishing
AG, Cham, Switzerland (2018): pp. 269 -285.
32. Dumitrescu, Andrei, Zecheru, Gheorghe and Diniță, Alin. “Characterisation of Volumetric Surface
Defects.” Nondestructive Testing and Repair of Pipelines . Springer International Publishing AG, C ham,
Switzerland (2018): pp. 117 -135.
33. Zecheru, Gheorghe, Yukhymets, Petro, Drăghici, Gheorghe and Dumitrescu, Andrei. “Methods for
Determining the Remaining Strength Factor of Pipelines with Volumetric Surface Defects.” Revista de
Chimie (București) Vol. 6 6 No. 5 (2015): pp. 710 -717.
34. Zecheru, Gheorghe, Dumitrescu, Andrei, Yukhymets, Petro, Gopkalo, Aleksey and Mihovski, Mitko.
“Assessment of the Remaining Strength Factor and Residual Life of Damaged Pipelines.” Non-
destructive Testing and Repair of Pipeline s. Springer International Publishing AG, Cham, Switzerland
(2018): pp. 137 -152.
35. ASME B31G -2009, Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines . The
American Society of Mechanical Engineers (2009).
36. DNV -RP-F101, Corroded pipelines. Recom mended practice . Det Norske Veritas A.S., Hovik, Norway
(2015).
37. ASME, “Part 4 – Nonmetallic and Bonded Repairs.” PCC -2-2015 Repair of Pressure Equipment and
Piping . The American Society of Mechanical Engineers (2015): pp. 139 -196.
38. ISO / TS 24817:2006, Petroleum, petrochemical and natural gas industries – Composite repairs for
pipework – Qualification and design, installation, testing and inspection. Technical Specification .
International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland (2006).
39. T.D. Wil liamson. RES -Q Wrap Design & Installation of RES -QTM Composite Wrap on Pipelines . T.D.
Williamson S.A., Tulsa, Oklahoma (2012).
40. Alexander, Chris. “Pipeline integrity. Remediation and Repair.” Southern Gas Association Conference,
Linking People, Ideas, Info rmation . Houston, Texas (2007).
41. Zecheru, Gheorghe, Dumitrescu, Andrei, Yukhymets, Petro and Dmytriienko, Roman. “Development of
an Experimental Programme for Industrial Approbation.” Non-destructive Testing and Repair of
Pipelines . Springer International P ublishing AG, Cham, Switzerland (2018): pp. 401 -416.
UPG/ IME/ IEDM – Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu
70
Ploiești 2019 42. Kudina, Elena, Bukharov, Serghey, Sergienko, Vladimir and Dumitrescu, Andrei. “ Comparative
Analysis of Existing Technologies for Composite Repair Systems .” Non-destructive Testing and Repair of
Pipelines . Springer International Publishing AG, Cham, Switzerland (2018): pp. 241 -267.
43. Quick, P. “ Economics of Pipeline Repair ,” The Southern Gas Association Transmission Operating
Conference, New Orleans, LA, July 2001.
44. Derived from Boreman, David. J. et.al. “ Repair Technologies for Gas Transmission Pipelines ,” Pipeline
and Gas Journal, March 2000.
45. http://www12.tuiasi.ro/users/112/I.CarceaMateriale%20Comp ozite.%20Fenomene%20la%20interfata.pd
f (accesat la 19.06.2019).
46. Dumitrescu, Andrei, Diniță, Alin, “EFFICIENCY ASSESSMENT OF THE COMPOSITE MATERIAL S
REPAIR SYSTEMS INTENDED FOR CORROSION DAMAGED PIPELINES – Paper number 96279 ”.
Proceedings of the 38th International Conference on Ocean, Offshore & Arctic Engineering OMAE
2019. June 9 -14, 2019, Glasgow, Scotland, UK.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: UPG IME IEDM Proiect de diplomă Alecu Valentin Liviu [603983] (ID: 603983)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.