Состав для перекрытия полости газо-и нефтепродуктопроводов Советский патент 1993 года по МПК E21B43/00 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/26 C08K3/30 C08K5/09 C08K5/42 

Изобретение относится к химии полимеров и« технологии трубопроводного транспорта жидкостей и газов и может быть использовано для герметичного перекрытия рабочей полости магистральных трубопроводов и технологических коммуникаций при ликвидации аварийных повреждений и сварочных работах,

Цель изобретения состояла в разработке пенополимерного состава для повышения временной герметичности перекрытия полости магистральных трубопроводов большого диаметра, позволяющего ускоренно и безопасно проводить сварочные работы, устранять аварийные порывы или трещины стенки трубопровода в полевых условиях трассы пересеченного профиля, а также предупреждать закупорки технологической обвязки при закачке состава.

Согласно изобретению поставленная цель достигается путем заполнения участка трубопровода смесью следующих поверхностно-активных (ПАВ) и полимерных веществ (ПВ), инициатороа и активаторов полимеризации в виде водных растворов, при массовых концентрациях ингредиентов, мас.% (см. табл. 1).

Изменением содержания ингредиентов и температуры состава можно регулировать скорость протекания реакции в пределах 2- 20 ч и изменять физико-механические герметизирующие свойства состава.

Увеличение содержания пенообразователя уменьшает плотность получаемого состава для перекрытия трубопровода с 1015 до 970 кг/м и обеспечивает удовлетворительную смачиваемость внутренней поверх ности трубопровода и незначительное растекание состава вдоль стенки. Попыше- ние содержания ПАВ ьыше 1-2% уменьшает ПРОЧНОСТЬ И ОДНО, ,Д -ОСТЬ

сцепляемость с металлом получаемого материала для перекрытия трубопровода (см. табл.).

При по (шепни концентрации полиак- риламида с цо 3-4 /, и акриловой кислоты

00 Ы О СЛ

Јь xj

w

с 19 до 25-50% увеличивается эластичность, прочность и адгезия состава, а также обеспечивается получение герметичного перекрытия трубопровода во всех случаях.

Дальнейшее повышение их содержания в составе ограничено ростом материальных затрат. При уменьшении содержания в составе менее 1 % ПАА, до 18% АК образуется очистной состав с меньшей адгезией к стенке трубопровода, который выдерживает невысокое давление (до 0,2 кг/см2) и легко сдвигается жидкостным потом при возобновлении перекачки при 0,5-0,6 кг/см2.

Увеличение количества инициатора () с 0,01 до 0,12% сокращает время полимеризации состава с 2-3 ч до 10-12 мин при температуре позволяет уменьшить степень нагрева; этот реагент необходим для получения эластичного герметичного перекрытия трубопровода..

Увеличение содержания в составе каль- цинированной воды в пределах 0,1-1 повышает вязкость и когезию продуктов сополимеризации, обеспечивает смачиваемость составом стенок трубопровода, предупреждает значительное растекание состава и подготавливает получение равномерного перекрытия трубопровода, как заполненного так и освобожденного от нефтепродукта. Дальнейшее повышение содержания соды или ее передозировка не влияет на качество перекрытия, так как сода нейтрализуется акриловой кислотой.

Схема реакции, происходящей в составе при перекрытии трубопровода:

СМ I СО

I

мн

со

он

C

-сн2-сн-сн2-сн

I

сосо

I

NHZONQ

45 C°2i

г

50

Образующиеся натриевые соли акриловой кислоты сополммеризуютсп и повышают адгезию состава.

В полевых условиях трассы трубопроводов при температурах 5-15°С реакция протекает в течение соответственно 5 и 1 суток, а при выполнении нагрева состава до 60 90°С в течение 20-30 минут. Реакция образования эластичной наиболее прочной

0

5

0

5

0

5

0

5 2i

0

5

пенополимерной пробки начинается после достижения 70-80°С и последующего 10-15 минут нагрева и заканчивается в течение 45-50 минут. Поэтому в течение названного периода состава необходимо ускоренно подать в трубопровод.

Пример 1. Практическое использование состава 2 на средние пределы содержания компонентов.

Товарный полиакриламид смешивают с водой до содержания 15%, акриловой кислотой 20%, содой 2%, 0,5% пенообразователя - (сульфонола) инициатором (надсернокислым калием) в центробежном насосе в течение 35-55 мин до образования однородного пенообразованного вязкого водного раствора. Процесс растворения ингредиентов ускоряется при одновременном нагреве состава до температур 70-85°С в течение 15-30 мин. Подогрев состава с 35- 40до70-90°Сили применение горячей воды ускоряет формирование материала для герметичного перекрытия трубопроводов с 20- 30 до 2-1 ч. При этом при выполнении нагрева время между подачей инициатора после нагрева и последующей закачкой в трубопровод должно составлять не более 4-5 мин. Указанные ингредиенты можно смешать заранее (за 1-120 ч), а нагрев и добавку инициатора осуществлять непосредственно перед закачкой в поврежденный аварией участок трубопровода.

. Состав 2 содержит, мас.%: сульфанол 0,5; ПАА 1,5, АК20; сода 0,2; инициатор 0,02; вода 77-78. В случае полного или частичного опорожнения нефтепродукта от нефтепродуктов, в трубопроводе вырезают окна и устанавливают ограничители растекания цилиндрической формы толщиной 8-10 см из предлагаемого состава, заранее заполи- меризованного, что ускоряет протекание реакции и обеспечивает получение герметического перекрытия во всех случаях путем заполнения ограниченного объема горячим составом. При наличии порыва и трещины на участке трубопровода, заполненном нефтепродуктом ведут закачку горячего высоковязкого (50-500 Пэ) пенообразного состава на большой скорости насосным агрегатом ЦР-320 или насосом РЗ-300.

В случае перекрытия опорбжненного трубопровода, состав подают с двух сторон зоны порыва трубопровода. При наличии большого количества приготовленного состава, насосным агрегатом заполняют весь участок микрорельефа трассы подвергнутого аварийному порыву в объеме 80-600 диаметров трубопровода. Негорючесть и нетоксичность состава обеспечивает безопасное проведение сварочных работ по замене поврежденного участка трубы.

После окончания сварочных работ, полученное временное перекрытие трубопровода на основе данного состава легко сдвигается при включении трубопровода в эксплуатацию под избыточным давлением 10-12 кг/см , либо может быть размыто обычной водой.

Сравнительные испытания прототипно- го состава 1 показало (таблица) недостаточную герметичность (0,01 мПа), невозможность перекрытия рельефных участков трубопроводов в связи с частым образованием закупорок линий и тракта закачки.

Пример 2. Получение состава 3 при оптимальных количествах каждого компонента, обеспечивающего технологическую подачу в поврежденные трубопроводы любой геометрии.

В одной емкости, обвязанной циркуляционным насосом 4К-6, вначале растворяют в воде технический полимер ПАА до концентрации 2,0 мас.%, подкисляют акриловой кислотой в количестве 40 мас.% и добавляют 0,7% сульфонола. 0,4% соды и 0,04% надсернокислого калия, считая на основные вещества: состав выдерживают 1-2 ч при температуре соответственно 75 и 65°С на его начало гелеобразования до вязкости свыше 10 Па с и загружают (закачивают) в трубопровод согласно приему по примеру 4 или 1. Равновесное смешение и нагрев при данном оптимальном содержании компонентов состава предупреждает выпадение в осадок и растекание состава..В тех же условиях все известные составы и способы, включая прототип, неполностью перекрывали трубную полость или при сварке нарушалась целостность перекрытия.

Пример 3. Использование и приготовление состава 4 при концентрациях ком- понентов выше верхнего предела интервалов.

Данный состав 4 предназначен для перекрытия поврежденных трубопроводов большого диаметра в пределах 729-1420 мм, а также для удаления газовых, воздушных и конденсатных скоплений вместе с механическими примесями трубопроводов переменного сечения, изменяющегося более, чем в два раза. Такой состав содержит 2,2% ПАА, 0,8 мульфонола, 50% АК, 0,9% соды, 0,05% инициатора, воды 45%. Получение такого состава осуществляют путем заливкитехнического ПАА водой до равновесного набухания, последующего перемешивания циркуляцией центробежным насосом с образованием текущего водного

раствора вязкостью свыше 0,1 Па с в зависимости от минерилизации воды. Затем последовательно прибавляют все составные компоненты. Состав подогревают водяными парами до . Подключают трубную обвязку к месту ювреждения, заливают инициатор полгмеризации и на большой скорости закачивают по обе стороны от места сварочных работ. В аналогичных услоаи0 ях состав-прототип профильтровал газ. Замеряя концентрацию паров или газов, в зоне сварки и убедившись в безопасности работ, выполняют все монтажные операции.

5 П р и м е р 4. Состав при концентрациях компонентов, ниже нижних значений.

Приготавливают состав 0,9% ПАА, 16% АК, 0,1% сульфонола, 0,1 соды, 0,0008% инициатора и 92,8 воды. Состав во всех слу0 чаях сохраняет текучесть, растекается и формирует перекрытие на трубах диаметром 10-279 мм, выдерживая 0,2 атм.

В суровых зимних и межсезонных условиях во всех случаях рекомендуется произ5 водить кратковременный нагрев состава до температуры 60-95°С в течение 15-20 мин и по истечении не более 45-50 мин следует закачать в трубопровод на участке аварийного порыва трубопровода.

0 При использовании нижнего предела .оптимальных значений концентраций компонентов для герметичного перекрытия тру- бопровода необходимо произвести кратковременный нагрев до 65-80°С. При

5 содержании ингредиентов ниже крайнего значения концентрации, реакция образования герметика не идет и образуется моющий состав для тонкой очистки трубопровода от пристенных осадков различного типа, поз0 тому имеет полезное самостоятельное применение. Следует отметить, что состав при содержании 3-17% АК часто подвергается расслоению, поэтому в данном интервале АК он не пригоден.

5 Экспериментальные данные испытаний пенополимерного состава для перекрытия трубопровода.

Полученные данные физико-механических и стендовых испытаний, предлагаемо0 го состава на трубопроводах диаметра 113-279-мм при оптимальных значениях их ингредиентов показали удовлетворительные герметизирующие свойства при 2,2 атм для состава 4. Прм зто./ образовавшаяся

5 герметизирующая пробка быяа сдвинута при 3 атм и успешно прошла все местные сопротивления (косыэ повороты w сужения) и условлена в приемном баке.

Продукты взаимодействия перемещаются под давлением 3-6 МПа в количестве

соответственно в объеме 30-55 диаметров трубопровода вследствие снижения вязкости и разрушения связей в пристенной области и проявлении нормальных напряжений подобно поршню, герметично перекрывая его полость, несдвигаемый при избыточном давлении в пределах 0,001- 0,65 МПа и легко перемещающийся как одно целое при большем давлении.

Данные примеров 3 и 4 стендовых и трассовых испытаний предложенного состава для перекрытия сечения трубопровода диаметрами 729-1220 мм показали возможность круглогодичного применения состава 4 (см. табл.) с целью сокращения потерь продукта и уменьшения времени ликвидации аварийных порывов подземных магистралей.

Жизнеспособность состава обеспечивается невозможностью протекания реак- ции сополимеризации до застывания при обычных температурах воздуха от (-45) до (20-25°С). Без нагрева состав незначительно густеет, сохраняет текучесть в течение ряда лет и легко перекачивается насосами основных типов (ЗК, 4Ф, 5Д и т. д.). Механическая смесь исходных компонентов состава при низких температурах не твердеет и не густеет и без нагрева сохраняется текучесть. Только после нагрева до 65-85°С по- степенно в течение 15-20ми.н превращается в эластичный герметик , перемещающийся в потоке подобно поршню, как одно целое при избыточном расчетном давлении 1-7 МПа, при его объеме соответственно 9-60 диаметров трубопровода.

В тех же условиях практическое использование известного пенополиуретанового

состава - прототипа неполным сечением перекрывало трубу диаметром 1020 мм, приводило к образованию местного сопротивления, которое не удалось ликвидировать потоком при возобновлении перекачки (состав по Пат, США № 3879315). Данный состав может быть использован для выноса скоплений воды, газа и механических примесей из потоков любого сечения, а также для подвижного разделения различных потоков, параллельного выноса потерянных, застрявших строительных и монтажных деталей и устранения дополнительных потерь давления, обусловленных такими скоплениями.

Формулаизобретения Состав для перекрытия полости газо-и нефтепродуктопроводов, содержащий полиак- риламид и воду, отличающийся тем,что,с ; целью достижения герметичности перекрытия полости трубопровода большого диаметра, проложенного по пересеченному профилю, и предупреждения закупорки технологической обвязки при закачке состава в поврежденный участок трубопровода, состав дополнительно содержит акриловую кислоту, сульфанол - смесь алкилбензол- сульфонатов, надсернокислый калий и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

Полиакриламид0,2-3,5

Ахриловаякислота18,0-50;

Сульфонол-смесь злкилбен- золсульфонатов0,02-1,0

Надсериокислыйкалий0,05-0,25;

Кальцинированная сода 0,15-1,0; ВодаОстальное.

Использование: для герметичного перекрытия рабочей полости магистральных тру- бопроводов и технологических коммуникаций при ликвидации аварийных повреждений и сварочных работах. Сущность изобретения: состав содержит следующие компоненты, мае. ч.: полиакриламид 0,2-3,5; сульфонол - смесь алкилбензол- сульфонатов 0,02-1,0; акриловая кислота 18,0-50,0; кальцинированная сода 0,15-1,0; надсернокислый калий 0,05-0,25, вода - остальное. 2 табл.

Та б л и ца 1

Т зблица2