В ПНИПУ создали программу прогнозирования дефектов полимерных трубопроводов

Безопасность массового внедрения трубопроводов из армированного пластика (ПАТ) позволит обеспечить специальная компьютерная программа, разработанная совместно учеными Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и нефтяной компании «ЛУКОЙЛ», 12 февраля сообщила пресс-служба вуза. К настоящему времени в мире и на земле, и под землей, и по дну морей проложена глобальная сеть трубопроводов, по которым разнообразные ресурсы, такие как нефть, природный газ, вода и множество химических продуктов, доставляются их потребителям. В основном это стальные трубы, но они подвержены коррозии, что требует дорогостоящего контроля и обслуживания, тем не менее аварии на трубопроводах всё равно не редкость. Более долговечными и не подверженными коррозии являются трубы из ПАТ, которые представляют собой многослойные, похожие на «сэндвич» конструкции. Внутренний и внешний слой такой трубы изготавливается из особо прочного пластика, который не ржавеет. Между этими слоями формируют силовой каркас из тонких, но очень крепких стеклянных нитей (стекловолокно), уложенных в несколько плотных слоев, что и обеспечивает прочность. В результате, если средний срок службы стальных труб составляет 10–15 лет, то у полимерных армированных труб это 30–50 и более лет. Аналитики журнала «Сибур клиентам» считают, что к 2030 году строительство трубопроводов из ПАТ в России увеличится более чем в два раза. Широкому применению труб из ПАТ, однако, в настоящее время мешают существующие риски наличия в них скрытых внутренних дефектов (расслоение из-за непроклеенных участков между слоями, неравномерное распределение стекловолокна или микротрещины в самом пластике), которые невозможно обнаружить обычными методами и которые могут привести к аварии. Решая эту проблему, ученые Пермского Политеха решили идти нетрадиционным путем — вместо поиска дефектов в уже готовых трубах они создали компьютерную программу, способную по заданным параметрам геометрии трубопровода, предполагаемой нагрузки (внутреннего давления) и учета остаточных напряжений, возникающих в процессе изготовления трубы, прогнозирующую риск возникновения дефектов на этапе проектирования и производства. Результаты исследования созданной программы разработчики представили в статье «Прогнозирование напряженно-деформированного состояния полимерного армированного трубопровода с учетом технологических остаточных напряжений», опубликованной в журнале «Вестник Пермского национального политехнического университета. Механика» № 4 2025 год. Доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», кандидат технических наук Ляйсан Сахабутдинова пояснила: «Работа алгоритма разбита на три шага, которые соответствуют этапам реального производства. На первой стадии инженеры вводят в систему все исходные данные из проекта разработки: значения будущей трубы — содержание стекловолокна от 10% до 65%, угол укладки волокон и количество слоев (например, 2, 4 или 7), свойства связующего вещества — его эластичность и усадку при отверждении, а также технологическую температуру процесса. На основе этих параметров программа рассчитывает фундаментальные технические показатели будущей трубы — ее прочность, жесткость или упругость, а также поведение при растяжении, сжатии или нагреве». Второй шаг: программа послойно собирает виртуальную трубу с заданными параметрами, одновременно рассчитывая внутренние напряжения, которые могут остаться в материале после производства трубы и представлять опасность при экстремальных нагрузках. На последнем шаге алгоритм проверяет, как материал этой трубы поведет себя при подаче того давления, какое предполагается в реальном нефтепроводе. При этом учитываются остаточные технологические напряжения в трубе. Для этого компьютер разбивает трубу на миллионы мелких частей и рассчитывает поведение каждой из них под нагрузкой. Моделируя трубы различных конструкций, ученые ПНИПУ установили, что для трубы с семью слоями армирования такие напряжения гораздо опаснее, чем для двухслойной. Поскольку слой стекловолокна в ПАТ оказывает максимальное влияние на эксплуатационные характеристики, алгоритм пермяков позволяет предсказывать, как геометрическая конфигурация армированного слоя влияет на состояние трубы при монтаже/демонтаже и эксплуатации. Такая возможность в свою очередь позволит оптимизировать технологический процесс производства, подбирать оптимальную геометрию труб под конкретные условия эксплуатации. При этом программа может указать на скрытый изъян выбранной конструкции, показав, в каком именно месте и при каких условиях может произойти разрыв. Это позволит изменить конструкцию или технологию производства и предотвратить возможные аварии. «В отличие от многих существующих исследований, которые анализируют поведение труб только под эксплуатационной нагрузкой — то есть проверяют, что происходит с готовым изделием, когда по нему уже пускают нефть или газ под давлением, — наша методика работает гораздо глубже», — отметила заведующая лабораторией цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ кандидат технических наук Анна Каменских. Программа учитывает не только нагрузки во время эксплуатации трубы, но и то, что возникло в ней на этапе производства. Это даст возможность производителям изготавливать, а пользователям применять надежные полимерные трубы, что в конечном итоге позволит безопаснее и экономичнее осваивать месторождения. Руководство научно-проектного комплекса ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» нефтяной компании ПАО «ЛУКОЙЛ» уже рассматривает возможность внедрения разработки пермских ученых. glavno.smi.today