Разработка долговечных нефте- и водостойких резиновых уплотнителй для раструбных и муфтовых соединений магистральных трубопроводов

На правах рукописиСиничкина Светлана ГеннадиевнаРАЗРАБОТКА ДОЛГОВЕЧНЫХ НЕФТЕ- И ВОДОСТОЙКИХ РЕЗИНОВЫХУПЛОТНИТЕЛЙ ДЛЯ РАСТРУБНЫХ И МУФТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙМАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ05.17.06. – технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква-2007www.mitht.ru/e-libraryРабота выполнена в Московской государственной академии тонкой химическойтехнологии имени М В. Ломоносова на кафедре Химии и технологии переработкиэластомеров и ООО "НИИЭМИ".Научный руководитель:доктор технических наук, профессорКорнев Анатолий ЕфимовичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорКоврига Владислав Витальевичдоктор химических наук,Донской Александр АлександровичВедущая организация:ЗАО "РТИ-Каучук"Защита состоится 24 декабря 2007 года в 1430 на заседании Диссертационного советаД 212.120.07 в Московской государственной академии тонкой химическойтехнологии имени М В.

Ломоносова по адресу 119831 г. Москва, ул. МалаяПироговская, д. 1С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственнойакадемии тонкой химической технологии имени М В. Ломоносова.Отзывы на автореферат направлять по адресу: 119571, г. Москва,пр. Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М. В. Ломоносова, ученому секретарюдиссертационного совета.Автореферат разослан_______ноября 2007 г.Автореферат размещен на сайте www.mitht.ruУченый секретарь диссертационного советадоктор физико-математических наукпрофессор2www.mitht.ru/e-libraryВ.В. Шевелев.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.Развитие современного машиностроения и транспортных средств требует созданияи постоянного совершенствования уплотнительных устройств на основе эластомерныхматериалов, обеспечивающих герметизацию подвижных и неподвижных соединенийдеталей машин и аппаратов.Для развития топливно-энергетического комплекса, составляющего основуэкономики Российской Федерации, важнейшей народно-хозяйственной проблемой являетсябыстрое сооружение и надежная эксплуатация трубопроводных магистралей,обеспечивающих доставку нефти, газа и других энергоресурсов из сырьевых районовСибири и Крайнего Севера в промышленные районы Европейской части России.Постоянно возрастают также экспортные поставки энергоресурсов в страны ближнего идальнего зарубежья.

Они составляют основную часть доходов бюджета России.В трубопроводах, транспортирующих газ, нефть и продукты их переработки донедавнего времени исключительно находили применение стальные трубы, соединениекоторых осуществлялось посредством сварки.В настоящее время все более широкое применение в трубопроводном транспортенаходят магистрали из стыкуемых чугунных труб.Применениестыкуемыхтрубизвысокопрочногочугунаявляетсяпредпочтительным, так как они сочетают долговечность, легкость монтажа, отсутствиекоррозии, высокую ударную прочность, пластичность, хладостойкость до –60°С, высокуюэкономическую эффективность коммуникаций за счет низких затрат на прокладку иэксплуатацию трубопроводов. В раструбных соединениях трубопроводов из чугуна, вотличие от стальных труб должны применятся специальные уплотнители (манжеты) наоснове эластомерных композиционных материалов.До постановки данного исследования манжеты специальных конструкций дляраструбных соединений чугунных труб в России не производились.Наряду с проблемой транспортирования жидких и газообразных энергоносителейне менее актуальной является проблема тепловодоснабжения населения и промышленныхпредприятий.

Для транспортирования питьевой и технической воды, канализационныхстоков, горячей и перегретой воды и пара, наряду с применением стальных и чугунныхтруб, все более широкое применение в нашей стране получают асбестоцементные трубы.Масштабы использования асбестоцементных труб настолько велики, что без нихневозможно представить современное коммунальное хозяйство. Россия, к тому же,располагает самыми крупными запасами хризотилл-асбеста и мощностями по егопереработке.Для муфтовых соединений асбестоцементных труб конструкция и материал манжеттакже требуют усовершенствования.До настоящего времени в стыках этих трубопроводов применялись резиновыеуплотнители низкого качества, уступающие по уровню основных эксплуатационныхсвойств требованиям международных стандартов.В связи с преимущественным развитием трубопроводного транспорта сиспользованием чугунных и асбестоцементных труб, соединяемых через раструбы илимуфты, особую актуальность приобретает разработка для этих систем долговечных инадежных резиновых уплотнителей.Таким образом, резиновые уплотнители трубопроводов становятся важнейшимиэлементами трубопроводного транспорта, обеспечивающего жизненные интересы3www.mitht.ru/e-libraryнаселения и государства, так как возможные их отказы могут нанести государству иокружающей среде большой материальный и экологический ущерб.Разработка резин для изготовления уплотнителей стыков трубопроводовпредставляется достаточно сложной научно-технической задачей.

С одной стороны, вслучае углеводородов, требуются специальные резины, обеспечивающие стойкость кнефтепродуктам с высоким содержанием активных соединений серы и других агрессивныхкомпонентов. При этом, для условий Крайнего Севера и Якутии физическая и химическаястойкость к нефтепродуктам должна сочетаться с обеспечением морозостойкости резин.С другой стороны, помимо решения материаловедческих задач, возникаютсерьезные конструкторско-технологические проблемы, связанные с необходимостьюразработки специальных для раструбных соединений «двухрецептурных» конструкцийрезиновых уплотнителей.

Такие уплотнители должны состоять из более жесткого элемента,обеспечивающего монтаж и удержание уплотнителя в замке стыка и собственноуплотнительного элемента из более мягкой, но стойкой к среде резины.ЦЕЛЬ РАБОТЫ.Целью данного исследования является изыскание, разработка и исследование новойсерии резин для надежных и долговечных уплотнений раструбных и муфтовых соединениймагистральных трубопроводов, совершенствование их конструкций и отработкатехнологии изготовления.НАУЧНАЯ НОВИЗНА.Установлены основные принципы разработки рецептуры резин для уплотнителейстыков трубопроводов, транспортирующих нефть с высоким содержанием серы илигорячую и холодную воду, заключающиеся в использовании двух совулканизованныхмежду собой резин различного состава и твердости, из которых одна резина обеспечиваетнадежную герметизацию стыков трубопроводов для любых условий эксплуатации, а другая– предназначена для удержания манжеты в зазоре соединительного узла и зашитывнутренней полости от воздействия внешней среды.С целью повышения тепло- агрессивостойкости уплотнителей для трубопроводов,транспортирующих нефть с агрессивной составляющей определены направленияразработки рецептур резин на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука ипути совершенствования рецептуры резин на основе этилен-пропиленового каучука, дляуплотнителей трубопроводов горячей и перегретой воды, обеспечивающие стойкость резинк воде при повышенных температурах, качественную совулканизацию с однотипнымирезинами, а также соответствие их санитарно-гигиеническим требованиям Минздрава РФ.На основе анализа условий монтажа и типичных отказов при эксплуатацииприменяемых в настоящее время стандартных уплотнителей в муфтовых соединенияхасбестоцементных трубопроводов разработана, обоснована и исследована оптимальнаяконструкциякольцаиз новой теплостойкой резины, обеспечивающая надежнуюгерметизацию стыка труб.Разработан и внедрен ряд новых методов и средств исследований и испытаний надолговечность резин для стыков трубопроводов, в том числе методики и специальныеустановки для проведения ускоренного старения образов резин и резиновых уплотнителейв процессе воздействия серосодержащих нефтей и других агрессивных сред, позволяющиепрогнозировать сроки их службы в реальных условиях эксплуатации.4www.mitht.ru/e-libraryС использованием программного обеспечения "Кинетика" установлены иобоснованы длительные гарантийные сроки эксплуатационной устойчивости резиновыхуплотнителей в раструбных и муфтовых стыках трубопроводов.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.Практическая значимость работы состоит в следующим:- разработаны новые рецептуры резин для изготовления уплотнителей стыковтрубопроводов на основе гидрированного бутадиен-нитрильного и этилен-пропиленовогокаучуков, отвечающие требованиям международных и отечественных стандартов итехническим условиям по уровню физических, технологических и эксплуатационныхсвойств;- созданы "двухрецептурные" уплотнительные манжеты и кольца САМусовершенствованной конструкции, отличающиеся нетрудоемкой сборкой и надежнойгерметизирующей способностью;- разработанатехнологияизготовления"двухрецептурных"манжет,заключающаяся в одновременном совмещении процессов формования и совулканизациидвух резин с четкой границей между элементами уплотнителя.- рассчитаныпрогнозируемыесрокидолговечностиразрабатываемыхуплотнителей в процессе их ускоренного старения, хранения и эксплуатации сустановлением требуемых гарантий на уровне не менее 25 лет;- получен санитарно-гигиенический сертификат Минздравсоцразвития РФ дляуплотнителей воды;- длякомплектациивновьсооружаемыхтрубопроводовновымивысококачественными резиновыми уплотнителями по разработанной в диссертациинормативной и технологической документации производится их опытно-промышленное ипромышленное освоение.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫМатериалы диссертации докладывались на 14-том Всероссийском симпозиуме смеждународным участием "Проблемы шин и резинокордных композитов" (НИИШП2003г.), международной конференции по каучуку и резине (Москва 2004), Первой научнотехнической конференции молодых ученых "Наукоемкие технологии" (МИТХТ 2005 г.)СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫДиссертация состоит из введения, литературного обзора, описания аппаратуры иметодов исследования, экспериментальной части, состоящей из восьми глав, выводов,списка литературы и приложений.