Разработка долговечных нефте- и водостойких резиновых уплотнителй для раструбных и муфтовых соединений магистральных трубопроводов (1091080), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Материал диссертации изложен на 145 страницах исодержит 22 рисунка и 23 таблицы. Список литературы содержит 81 наименованиеотечественных и зарубежных авторов.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.В литературном обзоре рассмотрены требования к герметичности, а также условияэксплуатации и классификация уплотнителей. Проведен анализ научных исследований,патентной и технической информации, посвященной стойкости резин к различнымагрессивным средам. Рассмотрены методы ускоренного определения гарантийных сроковслужбы резиновых уплотнителей.
Определены основные требования к уплотнителямраструбного и муфтового соединений трубопроводов.5www.mitht.ru/e-libraryАппаратура и методы исследованияДля проведения исследования изменения физико-механических показателей резин,подлежащих разработке в диссертации, была специально создана совместно с ООО"ВНИИГАЗ" "Методика определения стойкости эластомерных материалов к воздействиюагрессивных сред, характерных для нефте-газовой отрасли методом автоклавногоиспытания".Методика позволяет проводить лабораторные испытания стойкости эластомерныхматериалов и изделий из них к действию агрессивных сред при повышенных температурахи статическом давлении в автоклавной установке.Испытания проводились на стандартных образцах исследуемых резин.Критериями оценки результатов испытания являются изменения физикомеханических показателей резин, таких как: условная прочность при разрыве,относительное удлинение при разрыве, твердость, изменение массы, накоплениеостаточной деформации.
Визуально оценивалось изменение внешнего вида образцов послезаданного времени выдержки в нефтегазовой среде.В методике регламентируются типовые условия, а также предусматривается выбориспытательной среды, моделирующей условия эксплуатации (давление, температура,агрессивные композиции) Принятые модельные условия обеспечивают основу дляначальной и сравнительной оценки изменения физико-механических показателей образцовиз исследуемых резин.Испытания в автоклаве проводились в среде нефти, насыщенной газами: H2S - 7%об, СО2 - 3,5% об, СН4 - 24% об, С3Н8 - 30% об, азот – 64%об.
Остальная часть состояла изгаза-усилителя N2. Общее давление в автоклаве составляло 2,0 МПа, парциальное давлениесероводорода 0,14 МПа, двуокиси углерода – 0,07 МПа, метана – 0,48 МПа, пропана – 0,60МПа. Для набора общего давления подавался азот.В связи с тем, что в настоящее время требования к резинам, применяемым дляизготовления уплотнителей стыков трубопроводов, транспортирующих горячую ихолодную питьевую воду, существенно ужесточены, их физико-механические показателидолжны отвечать международному стандарту ИСО 4633-96 "Резиновые уплотнения –Соединительные кольца для трубопроводов подачи воды, дренажных систем канализации– Спецификация материалов".В разделе освоения международных стандартов ИСО было проведено сравнениеметодов и аппаратуры отечественных стандартов на физико-механические испытания исоответствующих международных стандартов ИСО (МС ИСО).Анализ рассматриваемых материалов и национальных стандартов показал, чтотребования только части ГОСТов на физико-механические испытания резингармонизированы с международными стандартами ИСО.По двум нормируемым показателям была установлена возможность полностью,выполнить требования МС ИСО, несмотря на их отличие от отечественных ГОСТов.Например, в случае испытаний резин на озонное старение по ИСО 1431 требуетсяэкспозиция образца в течение 72 ч., в то время как по ГОСТ 9.026-74 время проведенияиспытаний составляет 48 ч., а для ИСО 815 и ГОСТа 9.029-74 (определению показателя«НОД») отличие состоит в форме и размерах резиновых образцов.Для освоения методов испытаний по ИСО 48, ИСО 815 и ИСО 3384 (определениерелаксации напряжения) потребовались разработка и изготовление новых приспособленийи разработка самих методик.6www.mitht.ru/e-libraryСтандарт ИСО 4633 на резиновые уплотнения предусматривает, в частности,проведение оценки релаксационных свойств резин в соответствии с международнымстандартом ИСО 3384 «Резина, термопласты.
Определение релаксации напряжения присжатии при комнатной и повышенных температурах ».Сущность метода состоит в измерении силы, которая возникает при сжатиииспытуемого образца до определенной деформации и оценке изменения величины этойсилы в процессе выдержки образца в сжатом состоянии при комнатной температуре втечение установленного периода времени.Для обеспечения выполнения требованийИСО 3384 спроектированыиизготовлены пресс-форма для вулканизации образцов и специальная струбцина.Испытания разработанных "двухрецептурных" манжет проводились в условияхблизких к эксплуатационным в специально разработанном имитаторе, представляющемсобой устройство, воспроизводящее условия установки уплотнительной манжеты втрубопроводе и позволяющее оценить герметичность соединительного узла.В имитаторе раструбного замкового соединения используются два фрагментареальных укороченных чугунных труб, к концам которых с противоположных стыкусторон приварены крышки, позволяющие получить замкнутую внутреннюю полость иподдерживать в ней давление.
Имитатор оборудован системой подачи рабочей среды вовнутреннюю полость и устройством, регулирующим задаваемое давление. Таким образом,исследуемая манжета, помещенная в замковое соединение, постоянно находится внапряженном состоянии под воздействием рабочей среды, температуры и давления.Конструкция имитатора также обеспечивает смещение оси труб, образующих раструбноесоединение, до 5° от горизонтального направления.Разработана также методика для экспериментальной оценки сохраняемостиуплотнительных свойств резиновых "двухрецептурных" манжет в процессе их старения вимитаторе.Методика предусматривает испытания манжет в среде нефти, насыщеннойнефтегазовой смесью или горячей воды, и позволяет оценивать работоспособность манжетв условиях, приближенных к реальным, а также прогнозировать сроки их длительнойэксплуатации в пределах заявленных требований.Исследование работоспособности разрабатываемых резиновых уплотнителей изопытной резины 8Л-59 для муфтового соединения асбестоцементных труб проводилосьтакже в имитаторе реального узла.Для проведения исследования уплотнителей в лабораторных условиях былразработан специальный имитатор муфтового соединения асбестоцементных труб.Имитатор состоит из двух укороченных отрезков труб, стыкуемых посредствомасбестоцементной муфты.
На противоположных от муфты концах труб установленызаглушки, создающие внутри асбестоцементных труб и муфты закрытую полость.Имитатор оснащен системой подачи воды во внутреннюю полость муфтового соединенияпод давлением, а также системой контроля и регулирования давления. Собранный изаполненный водой имитатор с установленными в нем резиновыми уплотнителями САМтермостатитровали в течение 10 суток при температуре 150°С.
После проведенияускоренного термостарения герметичность колец проверяли по падению давления вимитаторе и по наличию протечек.7www.mitht.ru/e-libraryРазработка рецептуры резиновых смесей для изготовления "двухрецептурных"манжет, применяемых для работы в контакте с нефтями и исследование их свойств.Все возрастающие технические требования к уплотнителям (по температуро- иагрессивостойкости, работоспособности и др.) вызывают необходимость осуществитьпоиск и разработку наиболее теплоагрессивостойкой основы рецептуры резиновой смесидля уплотнителей, работоспособных в нефтепродуктах, с повышенным содержаниемсероводорода и одновременно обеспечивающей длительный гарантийный срок службы.С этой целью для резин с повышенной тепло- и маслобензостойкойстью внастоящей работе использован гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (ГБНК).Высокая полярность ГБНК обеспечивает необходимый уровень стойкости резин кнефтепродуктам, содержащим сероводород, а насыщенность полимерной цепиобеспечивает их повышенную теплостойкость.На основе ГБНК, была разработана опытная резиновая смесь 8-Ю/С-1 для Vобразного элемента уплотнительной манжеты раструбных стыков трубопроводов.Для резиновых манжет, работоспособных в нефти с агрессивнымисеросодержащими соединениями, была разработана другая рецептура 8-Ю/С-2, в которойиспользован принцип совмещения стойкого к нефтям гидрированного бутадиеннитрильного каучука с морозостойким бутадиен-нитрильным каучуком - БНКС-18.
Вкачестве базовой рецептуры принята резиновая смесь 8-Ю/С-1, соотношение двух каучуковГБНК и БНКС-18 в комбинации 70:30.Исследование изменения физико-механических показателей резин, рекомендуемыхдля эксплуатации в нефти, насыщенной нефтегазовымиагрессивными смесямипроводились в соответствии с описанной выше методикой. Испытания образцовпроводились в автоклавной установке в среде нефти, содержащей сероводород, притемпературе 90°С, а продолжительность экспозиции образцов составляла 1, 5 и 20 суток.Для сравнения с разработанной резиной 8-Ю/С-1 в тех же условиях былиисследованы стандартные образцы из резин: С-68 - на основе бутадиен-нитрильногокаучука БНКС-40 и С-14 на основе фторкаучука СКФ-32.
Также был проведенрасширенный комплекс исследования физико-механических свойств резины 8-Ю/С-2.Данные по степени изменения основных физико-механических показателейисследуемых резин представлены в табл. 1-4.таблица 1.Изменение массы резин С-68, 8-Ю/С-1 и С-14 при воздействии нефти с агрессивнойсоставляющейИзменение массы, Δm,%Время выдержкиС-688-Ю/С-1С-141 суток+0,8+10,1+2,65 суток-3,2+15,6+2,620 суток-2,6+16,0+2,28www.mitht.ru/e-libraryтаблица 2.Накопление остаточной деформации резин С-68, 8-Ю/С-1 и С-14 при воздействии нефтис агрессивной составляющей.Время выдержки1 сутки5 суток20 сутокС-6886100100НОД, %8-Ю/С-1568080С-14343530таблица 3.Коэффициент старения по относительному удлинению резин С-68, 8-Ю/С-1 и С-14при воздействии нефти с агрессивной составляющейКстВремя выдержкиС-688-Ю/С-1С-141 сутки0,530,6215 суток0,230,750,9820 сутокхрупкая0,590,86таблица 4.Основные физико-механические показатели резины 8-Ю/С-2Наименование показателяЗначениеУсловная прочность при разрыве, МПа70Относительное удлинение, %496Твердость, ед.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
