Полигонные исследования и испытания трубопроводных систем и элементов являются важнейшим этапом в процессе разработки и постановки на производство модернизированной или новой продукции. В 2013 году на территории Чебоксарского трубного завода были выполнены работы по проектированию полигона для испытаний трубопроводных систем АРКТИК-У и ИЗОКОРСИС-У. Эти трубопроводные системы, интегрированные с системой электрического обогрева, предназначены для водоснабжения и водоотведения в условиях отрицательных температур окружающей среды, в том числе в условиях Крайнего Севера.
Программой испытаний и разработанным на ее основе проектом предусматривалась прокладка надземных и подземных участков трубопроводов, строительство отдельной насосной станции с емкостным и насосным оборудованием, а также помещения щитовой с контрольно- измерительными приборами. Проектом предусматривалось изготовление большого количества труб и новых фасонных изделий, узлов, а также средств измерения: перемещений, температур, давления, температурных нагрузок. Предусмотрено, что показания более 100 датчиков записываются с интервалом в одну минуту в цифровой архив.
Для измерения продольных температурных нагрузок на концевые неподвижные опоры нами была разработана оригинальная конструкция этих опор, позволяющая делать измерения при помощи тензодатчиков. Для измерения температур внутри трубопровода ИЗОКОРСИС-У (одновременного измерения температур лотка и свода трубы) была разработана специальная «торпеда», которая позволила производить измерения в интересующих нас зонах, не изменяя пространственную ориентацию (по принципу неваляшки) при протяжке.
В марте 2014 года произведен запуск в работу первой – надземной части полигона, а летом того же года в работу была запущена вторая – подземная часть.
Для обогрева трубопроводов применяются саморегулирующиеся нагревательные ленты. Кроме того, были выполнены необходимые расчеты, спроектированы и разработаны разнообразные конструкции труб и фасонных изделий, которые прошли испытания на надземном и подземном участках трубопроводов с применением в том числе индукционно-резистивного способа обогрева (так называемого СКИН-эффекта).
В ходе испытаний производилась имитация различных режимов работы трубопроводов, например, в период возникновения пусковых напряжений, изучались также особенности релаксационных процессов при поддержании в трубах постоянной температуры, воздействие дополнительных нагрузок от оболочек из оцинкованной стали на элементы конструкций в периоды низких температур, поведение подземных трубопроводов на участках поворотов в условиях мерзлого грунта, оценивалась устойчивость при воздействии пучения грунта и т.д.
В условиях низких температур зимой имитировались условия аварийной ситуации. Производилось опорожнение трубопроводов и их естественное охлаждение. Полученные данные очень важны для проектирования трубопроводов на Севере. Испытания показали, что некоторые из элементов трубопроводных систем не выдерживают нагрузок или не обеспечивают необходимую защиту от замерзания и нуждаются в модернизации.
Проведенный комплекс исследовательских работ позволил в короткие сроки получить экспериментальные данные, необходимые для расчетов прочности и устойчивости трубопроводов в различных режимах работы и условиях прокладки.
Совместно с учеными московского Института пластмасс были изучены релаксационные процессы в трубных марках полиэтилена (ПЭ 80 и ПЭ 100) в диапазоне температур от минус 60 до плюс 60 оС. Это позволило ученым и специалистам научно-технического отдела разработать аналитические и графические (с применением номограмм) методики расчета нагрузок и напряжений в трубопроводах с учетом нелинейных физико-механических характеристик полиэтилена. Разработанные методики позволили существенно упростить проектировщикам выполнение проверочных расчетов, поскольку не требуют решения систем нелинейных уравнений или приобретения очень дорогих расчетных программ. Технологии проектирования существенно упростились и стали более доступны.
Позднее, на основе обобщения этих данных, специалистами ОП Группы ПОЛИМЕРТЕПЛО были разработаны Методические рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации незамерзающих трубопроводов АРКТИК и ИЗОКОРСИС.
С 2017 года на полигоне ведутся работы по изучению поведения гибких полимерных трубопроводов ИЗОПРОФЛЕКС и ПОЛИМЕРТЕПЛО.PRO. Для этого дополнительно в насосной станции был установлен электрический котел, высоконапорный циркуляционный насос (на давление до 2,2 МПа) и другое оборудование. Скорость вращения насоса и рабочее давление задаются частотным регулятором. Исследования показателей трубопроводов ИЗОПРОФЛЕКС и ПОЛИМЕРТЕПЛО.PRO проводятся в трех независимых контурах циркуляции.
Показания всех датчиков на полигоне выведены в виде мнемосхем на ПК специалистов ОП, что позволяет с рабочего места контролировать процессы на каждой из опытных установок и при необходимости оперативно вмешиваться в процесс испытаний.
Прокладка двух трубопроводов выполнена под навесами, для защиты трубопроводов от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей. Исследуются характеристики и особенности поведения трубопроводов в вариантах надземной, канальной и бесканальной подземной прокладки, а также при прокладке методом ГНБ в футлярах.
Постоянно осуществляется мониторинг физических характеристик и температурно-влажностного режима пенополиуретановой теплоизоляции в трубах, на стыках и в фасонных элементах всех испытываемых трубопроводов.
Полученные экспериментальные данные оформляются в виде отчетов с выводами и практическими рекомендациями. На основе полученных данных осуществляется работа по улучшению потребительских свойств продукции. Постоянно совершенствуются (модернизируются) фасонные элементы, все новые изделия проходят обязательный этап полигонных испытаний.
По результатам полигонных испытаний, на заседаниях технического совета с участием специалистов ОП Группы ПОЛИМЕРТЕПЛО и Чебоксарского трубного завода принимаются решения о модернизации или постановке на производство новых изделий.
