СПОСОБ ПОКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F16L58/02 

Изобретение относится к способам облицовки трубопроводов при их строительстве и ремонте путем нанесения на внутреннюю поверхность покрытия и может быть использовано при ремонте частично разрушенных в процессе эксплуатации трубопроводов в нефтехимической промышленности, городском хозяйстве, на промышленных объектах.

Известен способ покрытия внутренней поверхности трубопровода, при котором облицовочную оболочку, представляющую собой армирующий материал, покрытый герметичной пленкой и пропитанный связующим, помещают внутрь трубопровода известным методом, заглушают и отверждают. (Проспект фирмы Великобритании "Инситюформ", 1992 г. Восстановление футеровки трубопроводных сетей аналог).

В указанном способе армирующий материал и связующее содержат соединения с ненасыщенными связями, что обеспечивает их взаимодействие при отверждении и получение покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками. Однако отсутствие в герметичной пленке ненасыщенных химический связей, способных вступать в реакцию с компонентами облицовочной оболочки в процессе отверждения приводит к снижению удельной работы разрушения на границе раздела покрытие пленка при расслоении. Это вызывает отслоение пленки от поверхности покрытия в процессе эксплуатации трубопровода, снижая тем самым срок его службы.

Известен также способ покрытия внутренней поверхности трубопроводов, в котором связующее и пленка находятся в химическом взаимодействии между собой за счет ненасыщенных связей, содержащихся в их структуре (патент РФ N 2000513, F 16 L 58/02, 1993 г. аналог).

Отсутствие химической адгезии между армирующим материалом и связующим ведет к снижению эксплуатационных характеристик покрытия и не обеспечивает создания монолитной структуры трехслойного покрытия. А показатель удельного усилия отслоения пленки от композиционного материала недостаточен.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, заключающий в том, что трехслойную структуру, содержащую две коаксиально расположенные трубчатые оболочки из полимерной пленки, одна из которых внешняя, предназначена для прилегания к внутренней поверхности трубопровода, а другая внутренняя, отделена от нее коаксиальным армирующим материалом, пропитанным связующим, размещают в трубопроводе, заглушают и термообрабатывают водяным паром (патент РФ 2039654, B 29 C 63/34, 1995 г. прототип).

Недостатки прототипа.

В указанном способе в полимерную пленку вводят химические соединения, способные образовывать поперечные химические связи, в процессе отверждения, создавая жесткую трехслойную структуру. Это вызывает в покрытии возникновение высокого уровня внутренних напряжений, приводящих к трещинообразованию покрытия, и, как следствие, снижению его эксплуатационных характеристик, а следовательно, и срока службы. Отрицательное влияние на эксплуатационные характеристики оказывает и отсутствие химической адгезии между связующими и армирующим материалом.

В основу предлагаемого изобретения была положена задача разработки способа нанесения качественного покрытия с улучшенными эксплуатационными характеристиками, позволяющими увеличить срок службы трубопровода.

Технический результат, полученный при решении этой задачи, заключается в улучшении качества покрытия и увеличении срока его службы за счет усиления химических связей (адгезии) между армирующим материалом, связующим и пленочным материалом. Этот результат обусловлен наличием ненасыщенных связей в структуре армирующего материала, связующего и пленки, которые в процессе отверждения образуют химические связи между собой за счет реакции сополимеризации по месту двойных связей без использования дополнительных клеящих и сшивающих агентов. Это обеспечивается одновременно и ведением процесса отверждения в три этапа в заявленных режимах.

На первом этапе при термообработке водяным паром при давлении 0,1500,3 атм. в течение 20-30 мин осуществляется по меньшей мере сополимеризация связующего с армирующим материалом по месту двойной связи.

На втором этапе при термообработке водяным паром при давлении 0,4-0,5 атм в течение 45-60 мин, за счет развивающего в процессе отверждения экзотермического эффекта происходит сополимеризация свободных ненасыщенных связей, не вступивших в реакцию на первом этапе с ненасыщенными связями в пленке.

На третьем этапе, при режимах с давлением пара 0,6-0,7 атм. в течение 4-6 ч осуществляется окончательное отверждением покрытия.

Таким образом, химическое взаимодействие связующего с армирующим материалом и пленкой формирует при отверждении в заявляемых режимах бездефектную структуру покрытия как на границе раздела фаз, так и в объеме связующего, повышая его эксплуатационные характеристики и удельную работу разрушения на границе раздела композиционный материал пленка при расслоении. Это в свою очередь улучшает качество покрытия и увеличивает срок его службы.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, заключающемся в том, что трехслойную структуру, содержащую две коаксиально расположенные трубчатые оболочки из полимерной пленки, одна из которых внешняя, предназначена для прилегания к внутренней поверхности трубопровода, а другая внутренняя, отделена от нее коаксиальным армирующим материалом, пропитанным связующим, размещают в трубопроводе, заглушают и отверждают под давлением водяного пара. Отверждение трехслойной структуры производят в три этапа: на первом этапе - при давлении водяного пара 0,15-0,3 атм. в течение 20-30 мин, на втором этапе при давлении пара 0,4-0,5 атм. в течение 45-60 мин, на третьем этапе при давлении пара 0,6-0,7 атм. в течение 4-6 ч, при этом в качестве внутренней оболочки использована смесь полиэтилена с полипропиленом, представляющая собой высокомолекулярное соединение с количеством ненасыщенных связей 0,2-0,5 на 1000 атомов углерода, в качестве армирующего материала использованы нетканые материалы из волокна высокомолекулярных соединений с количеством ненасыщенных связей 0,15-0,8 на 1000 атомов углерода, в качестве связующего использовано связующее на основе ненасыщенных полиэфирных смол.

В качестве волокон для нетканого материала могут быть использован полипропиленовые волокна с количеством ненасыщенных связей 0,15-0,3 на 1000 атомов углерода.

В качестве волокон для нетканого материала также могут быть использованы полиакрилонитрильные волокна с количеством ненасыщенных связей 0,6-0,8 на 1000 атомов углерода.

Еще в качестве волокон для нетканого материала может быть использована смесь полиэтиленовых и полипропиленовых волокон с количеством ненасыщенных связей 0,2-9,4 на 1000 атомов углерода.

В качестве ненасыщенной полиэфирной смолы может быть использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе тере- или изофталевой кислоты.

В другом случае в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы может быть использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе бисфенола А.

В другом случае в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы может быть использована винилэфирная смола.

Кроме того, в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы может быть использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе канифоли,
Связующее на основе ненасыщенной полиэфирной смолы содержат инициирующие системы.

В качестве инициирующих систем может быть использована перекись органических соединений в количестве 2-4% от массы связующего.

В другом варианте способа покрытия внутренней поверхности трубопровода, заключающемся в том, что трехслойную структуру, содержащую две коаксиально расположенные трубчатые оболочки из полимерной пленки, одна из которых - внешняя, предназначена для прилегания к внутренней поверхности трубопровода, а другая отделена от нее коаксиальным армирующим материалом, пропитанным связующим, размещают в трубопроводе, заглушают и отверждают под давлением водяного пара, в качестве армирующего материала используют стекловолокна, которые предварительно обрабатывают аппретирующими агентами из числа ненасыщенных сплавов с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 38-45 г/100 г, вещества в количестве 0,5-1,0 от массы армирующего материала. При этом в качестве ненасыщенного силана может быть использован винилтриэтокситоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 38-40 г/100 г вещества. В качестве ненасыщенного силана может быть использован γ метакрилпропилтриметоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 43-48 г/100 г, вещества.

Только заявленная совокупность существенных признаков приводит к указанному техническому результату.

Пример 1. Вне трубопровода коаксиально размещают трубчатые внутреннюю оболочку из полиэтилена низкой плотности (ГОСТ 10337-77) и внешнюю из полиолефиновой пленки (ТУ 6-49-020-353-101-92) на основе смеси полиэтилена с полипропиленом с количеством ненасыщенных связей 0,2 на 1000 атомов углевода. Наличие ненасыщенных связей определяют по методике, изложенной в книге Полиэтилен среднего давления//Под ред. Шуцкого, изд-во, Химия, 1992, с. 19.

Между внутренней и внешней оболочками размещают коаксиально армирующий слой из нетканого материала на основе полипропиленовых волокон (ТУ 01-867882-ОП195) с количеством ненасыщенных связей 0,15 на 1000 атомов углерода, пропитывают связующим составом: 100 вес.ч. ненасыщенной полиэфирной смолы на основе терефталевой кислоты (ОСТ 6-05-431-78) и 2 вес.ч. органической перекиси. Полученный трехслойный рукав известным способом транспортируют в ремонтируемый трубопровод, заглушают и отверждают посредством водяного пара в три этапа: на первом этапе давление 0,15 атм. в течение 30 мин, на втором этапе давление 0,4 атм. в течение 60 мин, на третьем этапе давление 0,6 атм. в течение 6 ч. Результаты испытаний покрытия внесены в таблицу 1.

Пример 2. Способ осуществляют аналогичную примеру 1, но в качестве внутренней оболочки использована смесь полиэтилена с полипропиленом с количеством ненасыщенных связей 0,5 на 1000 атомов углерода, а в качестве армирующего материала использован полипропиленовые волокна с количеством ненасыщенных связей 0,3 на 1000 атомов углерода и в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе изофталевой кислоты с добавлением 4% органической перекиси. Трехслойный рукав отверждают в три этапа: на 1-ом этапе давление 0,3 атм. в течение 20 мин, на 2-ом этапе 0,5 атм. в течение 45 мин, на 3-ем этапе давление 0,7 атм. в течение 4 ч.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве внутренней оболочки использована смесь полиэтилена с полипропиленом с количеством ненасыщенных связей 0,3 на 1000 атомов углерода, в качестве армирующего материала использовали полиакрилонитрильные (ТУ 6-06-033-82) волокна с количеством ненасыщенных связей 0,6 на 1000 атомов углерода, а в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе бисфенола А с добавлением органической перекиси 3% от массы связующего.

Пример 4. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но в качестве армирующего материала использованы полиакрилонитрильные волокна с количеством ненасыщенных связей 0,8 на 1000 атомов углерода, в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы использована винилэфирная смола с добавлением органической перекиси в количестве 2% от массы связующего.

Отверждение проводили на 1-ом этапе: при давлении 0,2 атм. в течение 20 мин; на 2-ом этапе: при давлении 0,45 атм. в течение 50 мин; на 3-ом этапе: при давлении 0,65 атм. в течение 5 ч.

Пример 5. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве волокон для нетканого армирующего материала использована смесь полиэтиленовых и полипропиленовых волокон с количеством ненасыщенных связей 0,2 на 1000 атомов углерода, а в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы использована ненасыщенная полиэфирная смола на основе канифоли.

Пример 6. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве волокон для нетканого материала использована смесь полиэтиленовых и полипропиленовых (ТУ 6-06-535-76) волокон с количеством ненасыщенных связей 0,4 на 1000 атомов углерода.

Пример 7. Способ осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве волокон для нетканого материала использованы стекловолокна (ТУ 6-48-97-93), обработанные аппретирующими агентами из числа ненасыщенных сплавов - винилтриэтоксиэтоксисиланом с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 38 г/100 г, вещества в количестве 0,5% от массы армирующего материала.

Пример 8. Способ осуществляют аналогично примеру 1,7, но винилтриэтоксиэтоксисилан использован с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 40 г/100 г вещества в количестве 1% от массы армирующего материала.

Пример 9. Способ осуществляют по примеру 1,5, но в качестве ненасыщенного силана использован g метакрилпропилтриметоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 43 г/100 г вещества.

Пример 10. Способ осуществляют по примеру 1, 5, 9, но в качестве ненасыщенного силана использован g метакрилпропилтриметоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 45 г/100 г вещества.

Как видно из таблицы 1, выбор химического состава армирующего материала, связующего и пленочного материала комплексного трехслойного рукава обеспечивает сочетания высоких физико-механических свойств покрытия с адгезионными характеристиками на границе раздела композиционный материал - пленка, что в совокупности повышает эксплуатационные свойства покрытия, увеличивая тем самым срок его службы.

Использование: защита от коррозии трубопроводов при их строительстве и ремонте. Сущность изобретения: при покрытии внутренней поверхности трубопровода в него вводят трехслойную оболочку, заглушают ее конец и раздувают водяным паром. Средний армирующий слой оболочки, пропитанный связующим, отверждается. Приведены режимы отверждения связующего, его виды и материалы, из которых изготовлены слои оболочки. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ покрытия внутренней поверхности трубопровода, заключающийся в том, что трехслойную структуру, содержащую две коаксиально расположенные трубчатые оболочки из полимерной пленки, одна из которых внешняя предназначена для прилегания к внутренней поверхности трубопровода, а другая - внутренняя отделена от нее коаксиальным армирующим материалом, пропитанным связующим, размещают в трубопроводе, заглушают и отверждают под давлением водяного пара, отличающийся тем, что отверждение трехслойной структуры производят в три этапа, на первом этапе при давлении водяного пара 0,15 0,3 атм в течение 20 30 мин, на втором этапе при давлении водяного пара 0,4 - 0,5 атм в течение 45 60 мин, на третьем этапе при давлении водяного пара 0,6 0,7 атм в течение 4 6 ч, при этом в качестве внутренней оболочки использована смесь полиэтилена с полипропиленом, представляющая собой высокомолекулярное соединение с количеством ненасыщенных связей 0,2 0,5 на 1000 атомов углерода, в качестве армирующего материала использованы нетканые материалы из волокон высокомолекулярных соединений с количеством ненасыщенных связей 0,15 0,8 на 1000 атомов углерода, в качестве связующего использовано связующее на основе ненасыщенных полиэфирных смол. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокон для нетканого материала используют полипропиленовые волокна с количеством ненасыщенных связей 0,15 0,3 на 1000 атомов углерода. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокон для нетканого материала используют полиакрилонитрильные волокна с количеством ненасыщенных связей 0,6 0,8 на 1000 атомов углерода. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокон для нетканого материала используют смесь полиэтиленовых связей 0,2 0,4 на 1000 атомов углерода. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы используют смолу на основе тере- или изофталиевой кислоты. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы используют смолу на основе бисфенола А. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной смолы используют винилэфирную смолу. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенной полиэфирной смолы используют смолу на основе канифоли. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что связующее на основе ненасыщенной полиэфирной смолы содержит инициирующие системы. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инициирующих систем используют перекиси органических соединений в количестве 2 4% от массы связующего. 11. Способ покрытия внутренней поверхности трубопровода, заключающийся в том, что трехслойную структуру, содержащую две коаксиально расположенные трубчатые оболочки из полимерной пленки, одна из которых внешняя предназначена для прилегания к внутренней поверхности трубопровода, а другая отделена от нее коаксиальным армирующим материалом, пропитанным связующим, размещают в трубопроводе, заглушают и отверждают под давлением насыщенного водяного пара, отличающийся тем, что в качестве армирующего материала используют стекловолокна, которые предварительно обрабатывают аппретирующими агентами из числа ненасыщенных силанов с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 38 45 г/100 г вещества в количестве 0,5 1,0% от массы армирующего материала. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенных силанов используют винилтриэтоксиэтоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 38 40 г/100 г вещества. 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве ненасыщенного силана используют γ-метакрилпропилтриметоксисилан с количеством ненасыщенных связей по бромному числу 43 45 г/100 г вещества.