输油管道套接头橡胶密封件在寒带的使用问题 时间：2020-02-16 91字号： 输油管道套接头橡胶密封件在寒带的使用问题赵志正(中橡集团西北橡胶塑料研究设计院712023)编译铺设的套接输油管线ПМТП150由于管道橡胶密封件中增塑剂邻苯二甲酸二丁酯DBP被石油介质抽出，造成橡胶耐寒性不佳，这是制约管道在寒冷气候条件下使用的主要障碍。通过在密封件橡胶配方中添加天然沸石而使增塑剂保持稳定，降低了其从橡胶材料向接触介质中的扩散速度。 俄罗斯塔拉干维地姆输油管道于1996年建成并在当年交付使用。ПМТП150主干线由6m长的管子组成，用套接头联接，并用橡胶密封圈保持接头处的密封性。输油管道密封件如可以最少人数的技术人员进行快速机械化安装。全部接头都是可拆卸的，无需采用焊接工艺。 1―橡胶密封圈 2―多孔橡胶垫片在铺设塔拉干维地姆管道之前解决了管道ПМТП150能够在萨哈共和国(雅库梯亚)寒带气候条件下使用的问题。 对所采用的设计和技术方案进行的分析表明，制约管道能够在寒带气候条件下工作的主要障碍是所使用的密封材料的耐寒性不够。技术条件ТУ38105， 196290规定，管道接头的密封圈可在 40°C～ 80°C的温度范围内使用。 密封件的仓储和运输的容许温度为 30°C以下。橡胶密封圈这样的耐寒性水平在北极要可靠地使用是做不到的。此外，由于容许的存放期将满，发现与管道配套的密封件的机械性能已有很大程度的下降。因此曾决定采用有较高耐寒性的橡胶来制造新的密封件。 根据类似系统的密封件在低温下使用的经验，ИНМCO PAH研究院的专家建议采用以丁腈橡胶СКН18为基础的B14橡胶制造密封件。橡胶B14(前苏联行业标准ОСТ88 0. 026，20180)被广泛用来制做液压、燃油和气动系统的动态及静态密封件，在技术参数上符合对北极工程材料提出的要求。 曾在塔拉干油气田于环境温度从 20°C～ 5°C范围内对长1000m (有200多个接头) ，装配有规定配套的断流阀及泵汲设备的管道进行了工业化试生产。同时进行了充油和排油试验，按照额定生产能力进行输油试验。试验表明，ПМТП150输油管有足够的可靠性和密封性。这就允许利用本设计建设总长度200km的塔拉干维地姆输油管道。 从1996年8月起至今输油管道仍在运行。 上述期间，在总数为00个以上的橡胶密封圈中尚未发现因密封不严而造成介质泄漏的故障和事故。然而，由于输油管道是针对北方气候条件适应能力小的设计建造的，结果，还是发现了一些重要问题：1.必须确定管道橡胶密封件全部更换的周期，看来周期的长短取决于材料的性能及在老化过程中性能的变化情况。 2.?a href='http://www.fdlseal.com/posuichuipiwanxilie/' target='_blank'>锤闱宄庵质溆凸艿涝诵械奈露确段АＤ壳案檬溆凸艿朗窃诿磕?～10月相当温和的条件下工作的。但是，人们还要求一年四季都能使用。因此，尚不清楚在腐蚀性介质及冬季极端低温两大因素同时作用下橡胶密封圈的使用性能将会发生怎样的变化。 问题的另一方面，必须对密封件材料与石油介质互相之间作用的扩散过程，其中包括对介质渗入材料中抽出橡胶材料组份中的配合剂进行研究。将B14橡胶试样长期浸泡于室温条件下在塔拉干油田产原油中，而后根据前苏联国家标准ГОСТ9. 03474测得溶胀度起初减小2. 4 ，然后增大并且试样的重量逐渐达到初始世界橡胶工业的数值(图2)。 力学：1―В14橡胶 2―对照橡胶 3―用天然沸石改性的В14橡胶。 橡胶试样在与有机介质作用的初期其重量减少，首先是与增塑剂邻苯二甲酸二丁酯被抽出有关。它在В14橡胶中的含量为30质量份对100质量份生胶，它能保证材料的高耐寒性。 这一事实已由批量生产的В14橡胶与对照橡胶РС性能的对比试验所证实。对照橡胶РС在组份方面与批量生产的В14橡胶相似(除炭黑П804的含量外，批量生产橡胶中的炭黑含量130质量份而橡胶РС中的炭黑含量为50质量份)。但是橡胶РС不含有增塑剂。在橡胶配方中不含增塑剂DBP的情况下研究材料与介质相互作用动力学时，将出现交联弹性体在烃介质中典型的有限溶胀的情景(图2，曲线参与下，与石油介质在聚合物体内的扩散过程相比增塑剂的抽出占优势，曲线就处于材料溶胀度负值的范围内(图2，曲线1)。 按照前苏联国家标准ГОСТ40878测定对照橡胶在拉伸条件下的耐寒系数，与В14橡胶相比，前者对试验温度的敏感性下降41～86牌拉伸试验机按照前苏联国家标准ГОСТ27075测定的橡胶РС的强度和弹性比批量生产橡胶В14的高(见表)。这是由于与橡胶В14相比РС橡胶中炭黑填充度比较低的缘故。 指标橡胶用天然沸石改性的В14橡胶橡胶PC拉伸强度， M Pa扯断伸长率，扯断永久变形，吉尔硬度，标准单位相邻交联链间链段分子量拉伸状态下的耐寒系数对橡胶РС和В14的物理机械性能、耐腐蚀性及低温性能的研究表明，橡胶В14具有较高的耐寒性。其原因是恰当地选用了增塑剂及填充剂的含量[1 ].但是该橡胶与塔拉干油田产原油接触后的低温性能的稳定性尚不清楚。因为在橡胶与原油接触的情况下会导致增塑剂被大量抽出，这必然会引起材料的耐寒性下降和硬度增高及密封接头接触压力降低。 为了使由这种橡胶生产的?a href='http://www.fdlseal.com/ruimengRAMMERxilie/61.html' target='_blank'>破沸阅芸煽浚匦氩扇∫恍┐胧员阊踊涸鏊芗链泳酆衔锉咎逑蛴胨哟サ慕橹手欣┥ⅰＳ醚趴馓萦吞锊奶烊环惺耘可鸾骇?4进行改性是一种能够限制被抽出的方法。沸石具有独特的吸附能力，有可能用它来调节胶料中配合剂被抽出的速度。在以前的论文中曾叙述过，在橡胶В14中添加相对少量(到10 )的红古鲁矿产的天然沸石(其80为楔形沸石矿物质) ，可使橡胶的耐油、汽油性及低温性能稍有提高。在本文中将沸石填充量增加到15质量份(对100质量份丁腈橡胶) ，由于改性的目的改变了，即通过添加沸石使增塑剂在天然沸石微孔及细沟的分支体系内保持吸附状态，这就降低了增塑剂的抽出速度。 将天然沸石在行星式研磨机内活化3min来增大其比表面积，然后在450°C高温下锻烧1h去除其结晶水。沸石粒子形状近似于球形，在活化前用光学显微镜МИН4测定的尺寸为活化后的尺寸为0. 1～3μm. 按照橡胶В14的硫化工艺对胶料进行硫化，制得硫化胶的性能(物理机械性能，表征橡输油管道套接头橡胶密封件在寒带的使用问题胶交联程度并按文献方法测定的参数，拉伸情况下的耐寒系数)示于表1.改性材料在塔拉干油田产原油中的溶胀动力学见图2(曲线3)。 对所得数据的分析可认证所作出的假设：在天然沸石参与下能减缓增塑剂的扩散及提高橡胶的耐原油稳定性。 与输油管道配套使用的由В14橡胶制造的橡胶圈使用了约2年。对其进行的短时间压对压缩变形逐渐减小。 新橡胶压缩，使用后12个月19个月22个月在周期性变形条件下测定的橡胶圈的压缩得的变形大约为45～70 ，就是说在经过上述使用期后橡胶密封圈的性能已低于标准指数。 为了解决输油管道能够在冬季的使用问题，曾研究了塔拉干原油在低温下的性能。原油的凝结温度 40°C，用德国Lauda公司毛细管粘度计在 30°C～ 50°C范围内测得的动力学粘度为～11mm汲送一直到 40°C时仍然可以进行。但是由于粘度大大增加，在零度以下输油需要耗费大量的能源，并且不进行补充加温在经济上未必合算。 增塑剂邻苯二甲酸二丁酯的粘度也是随着温度的降低而增大，但是不像原油增加得那么剧烈。DBP在 30°C时的运动粘度比原油的运动粘度要小71. 5.因此，即使在低温下增塑剂从橡胶向石油介质的扩散也会激烈地进行。 根据所进行的研究，并不能作出橡胶圈在输油管道内于实际的使用条件下一年四季都具有工作能力的片面结论。1996年4月在非金属材料研究院内建成了试验装置，并进行了充油试验，其结果可以作为橡胶密封圈能在低温下使用的间接证明。由短节管和弯管头组装的长的运动粘度与温度的关系的试验管道(密封件总数16个)的台架试验证明：套接头在接触原油的情况下于宽阔的温度范围内， (包括使用的临界温度 55°C下)具有足够的可靠性和密封性。试验管道中使用过的橡胶密封圈的压缩变形为48. 9.与在塔拉干维地姆输油管道中用过的密封件同相比，这一数据稍微高一些，看来这和材料在静态试验条件下保持着弹性有关。在工业用输油管道中橡胶密封圈硬度提高的程度较大，这是由于在长时间输油并在冬季实行管道排空的情况下增塑剂的损失有关。 因此，塔拉干维地姆输油管道ПМТП150的运行试验证明，装配橡胶密封圈的输油管道可以在寒带气候条件下广泛使用。