Покрытия для трубопроводов - RU2090797C1
Код документа: RU2090797C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к покрытиям для трубопроводов и, в частности, к покрытиям, которые содержат восстанавливаемые при нагревании изделия лист или ленту, внутренняя поверхность которых покрыта расплавляющимся при нагревании адгезивом, состоящим из смеси полиэтилен-алкил-акрилатов, в частности, для покрытия заранее покрытых полимером или термически изолированных трубопроводов, или, если восстанавливаемое при нагревании изделие это лента, то для спиральной обмотки вокруг оголенной металлической трубы, или для полимерного покрытия термически изолированной трубы.
Восстанавливающиеся при нагревании изделия хорошо известны. Это изделия, геометрическую конфигурацию которых можно значительно менять, если подвергнуть их воздействию температуры.
Обычно эти изделия после нагревания восстанавливают свою первоначальную форму, их которой они перед тем были деформированы, однако термин "восстанавливающийся при нагревании", используемый здесь, также относится к изделию, которое после нагревания принимает новую конфигурацию, даже если его предварительно не деформировали. Примеры таких восстанавливающихся при нагревании изделий, основанных на полимерном листовом материале, можно найти в US 2027962, US 3086242 и US 3597372. Известны также восстанавливающиеся при нагревании изделия на базе ткани. Последние обычно содержат восстанавливающуюся ткань и полимерную матрицу, образованную путем расслоения полимерного материала и присоединенную к одной или обеим сторонам ткани с тем, чтобы сделать ее непроницаемой. Примеры описаны ЕР-А-0116393 (MPO 790), ЕР-А-0117026 (RK 176) и в ЕР-А-0116392 (RK178).
Использование полиэтилен-акил-акрилата на гильзе, предохраняющей от воздействия окружающей среды, и восстанавливающейся при нагревании, особенно для кабельного сращивания, описано в ЕР-А-0330480 и включено сюда в виде ссылки.
Настоящее изобретение предусматривает конкретные методы наложения восстанавливающихся листа или ленты, покрытых особым расплавяющимся при нагревании адгезивом, вокруг трубопроводов.
Первый аспект данного изобретения предусматривает способ защиты от окружающей среды покрытого полимером металлического трубопровода или места соединения двух таких трубопроводов, когда трубопроводы
были оголены от полимерного покрытия в области их соединения, причем этот метод включает в себя:
(I) размещение восстанавливающегося при нагревании листа, одна поверхность которого покрыта
составом расплавляющегося при нагревании адгезива, так что адгезив обращен к трубопроводу и так, что покрытый адгезивом лист по меньшей мере перекрывает полимерное покрытие, причем адгеэив содержит
смесь 25-40 весовых частей полиэтилен-акил-акрилатного терполимера, содержащего малеичный ангидрид и имеющего показатель текучести при расплавлении, при определении согласно Американскому обществу по
испытанию материалов Д 1238-70, как минимум 40, и 25-70 весовых частей сополимера полиэтилен-акил-акрилата, имеющего показатель текучести при расплавлении, при определении согласно Американскому
обществу по испытанию материалов Д 1238-70, как минимум 40; и
(II) воздействие достаточным количеством тепла для восстановления листа и для активизации адгезива.
Восстанавливающийся при нагревании лист, желательно дающий усадку, может быть трубчатым, т.е. иметь замкнутое поперечное сечение, или может быть оберточного типа, то есть может иметь форму листа, обернутого вокруг трубопроводов, так что его продольные края стыкуются или перекрываются. Продольные края могут удерживаться в положении относительно друг друга любым из известных механизмов замыкания, например, на перекрывающиеся края обертки (обмотки) может наклеиться полимерная накладка, или можно использовать проникающее закрытие, например, прошивку или заклепочный шов, или же перекрывающиеся края можно просто склеить или сплавить друг с другом.
Одно конкретное применение первого аспекта настоящего изобретения относится к покрытию места соединения, например, сварного соединения между двумя металлическими трубками, покрытыми слоем, защищающим от коррозии. Например, стальные трубы или трубы из других металлов при изготовлении часто предварительно покрывают полиэтиленовым покрытием. Это покрытие может быть так называемым "трехслойным полиэтиленовым покрытием". Полиэтиленовое покрытие обычно выполнено экструзией. В качестве другого примера, можно использовать покрытие, содержащее спекшийся поэтилен. Для того, чтобы соединить такие трубы, их как правило оголяют на концах и затем сваривают. Поэтому с целью защитить место соединения необходимо обеспечить хорошее покрытие места соединения.
Был предложен ряд решений вышеупомянутой проблемы, включая наложение термоусадочного листа, заранее покрытого адгезивом, способным активизироваться при нагревании.
Для любых адгезивов, способных активизироваться при нагревании, в общем случае указывается диапазон так называемых "сервисных температур". Этот диапазон определяет температуры, в пределах которых адгезив сохраняет свою способность клейкого сцепления. При более высоких температурах он будет иметь недостаточную вязкость для сохранения сцепления под действием внешних сил (в основном, поперечной силы и деформации ползучести), приложенных со стороны окружающей трубопровод среды, а при более низких температурах он может стать хрупким. Обычные адгезивы, способные активизироваться при нагревании, например, адгезивы на базе сополимера полиэтилена, как правило требуют, чтобы металлические трубы нагревались по меньшей мере на 60oC выше указанной максимальной сервисной температуры с тем, чтобы их должным образом активизировать. В этом контексте максимальная сервисная температура определяется как самая высокая температура, при которой адгезив сохраняет сцепление с подложкой и не проявляет начала движения, когда он подвергается действию статической поперечной силы деформации ползучести, равной 2,50-2,75 Н/см. Если адгезив должен налагаться на металлический трубопровод, будучи на листе, на практике это означает, что трубопровод нужно заранее значительно нагреть с тем, чтобы активизировать адгезив. В действительности же, в некоторых случаях, например, если трубопровод действует как существенный теплоотвод, например, если по нему течет жидкость, такая как нефть, можно вообще не достигнуть температуры активизации. Обычно предварительный нагрев осуществляется посредством разогрева газовой грелкой в течение нескольких минут. Это занимает много времени и трудно выполнимо, особенно в тесных помещениях. Кроме того, если трубопровод заранее покрыт полимерным покрытием, это покрытие можно повредить при предварительном нагревании. Мы обнаружили, что данный конкретный адгеэив, используемый в настоящем изобретении, имеет особые преимущества при наложении на трубопроводы, поскольку может быть активизирован путем нагревания трубопровода до температур самое большое 40oC или даже самое большее 30oC, или 35oC выше указанной максимальной сервисной температуры (как она определена выше), т.е. до более низких температур, чем ранее. Это значительно снижает необходимое количество тепла для предварительного нагрева, экономит время и сводит к минимуму возможность повреждения любого существующего полимерного покрытия трубопроводов.
Таким образом, если изобретение согласно его первому аспекту применяется для защиты места соединения двух покрытых таким образом трубопроводов, оголенных от покрытия в области сварного шва, лист размещается так, что накрывает место соединения и перекрывает остальное покрытие с каждой стороны места соединения. Относительно низкая температура, необходимая для активизации адгезива (по сравнению, например, с адгезивами, расплавляющимися при нагревании и основанными на сополимере полиэтилена), означает, что покрытую адгезивом муфту можно применить без повреждения ранее существовавшего полимерного покрытия с каждой стороны соединения.
Аналогичным образом, согласно первому аспекту данного изобретения, покрытый адгезивом лист можно установить над отдельным заранее покрытым трубопроводом, а не над местом соединения трубопроводов. Это может оказаться желательным, например, для ремонта повреждения, такого как отверстие в полимерном покрытии.
Аналогично, метод согласно первому аспекту этого изобретения можно использовать для защиты термически изолированных трубопроводов, например, труб районного отопления или мест их соединения. Такие трубы обычно выполняются из металла или стали и имеют толстое полиуретановое покрытие и внешнюю полиэтиленовую оболочку.
Это изобретение относится также к покрытию и защите оголенных труб.
Второй аспект этого
изобретения предусматривает метод покрытия (а) оголенного металлического трубопровода или (б) трубопровода с полимерным покрытием или места соединения таких трубопроводов, если в месте соединения
трубопроводы оголены от изоляции, причем этот метод включает в себя:
(I) обертывание по спирали восстанавливающейся при нагревании ленты вокруг трубопровода или изоляции, причем лента покрыта
на внутренней поверхности адгезивом, состоящим из смеси 25-40 весовых частей полиэтилен-алкил-акрилатного терполимера, содержащего малеичный ангидрид и имеющего показатель текучести при расплавлении,
при определении согласно Американскому обществу по испытанию материалов D 1238-70, как минимум 40, и 25-70 весовых частей сополимера полиэтилен-алкил-акрилата, имеющего показатель текучести при
расплавлении, при определении согласно Американскому обществу по испытанию материалов D 1238-70, как минимум 40; и
(II) воздействие тепла для восстановления ленты с ее достаточно плотным
обволакиванием трубопровода и для активации адгезива.
Желательно, чтобы лента была термоусадочная. Ее можно накладывать, как и сказано выше, на трубы, предварительно покрытые полимером, например, на трубы, покрытые полиэтиленом, или на термически изолированные трубопроводы, или же на места их соединения. Как и выше очевидны преимущества, связанные с относительно низкой температурой активации и с вытекающим отсюда сведением к минимуму возможности повреждения ранее существовавшего покрытия. В качестве альтернативы, ленту можно применять с оголенной трубой, например, с оголенным металлическим трубопроводом, скажем, стальным. Если она накладывается непосредственно на оголенный трубопровод, имеется то преимущество, что она снизит температуру, необходимую для предварительного нагрева. В самом деле, в некоторых случаях, например, если по трубопроводу течет нефть или иная жидкость, и трубопровод действует как существенный теплоотвод, более низкая температура активации позволяет достичь активации и поэтому использовать систему полимерной подкладки со сцеплением с адгезивом. При использовании ранее применяемых адгезивов, способных активизироваться при нагревании, например, адгеэивов на основе сополимера расплавляющегося при нагревании полиэтилена, при некоторых обстоятельствах даже не всегда можно было достигнуть активации, например, если трубопровод действовал как теплоотвод, и поэтому были изобретены другие системы, например, на основе эпоксидной грунтовки в сочетании с термоусадочной муфтой, например так, как описано в ЕР-А-0181233 (MPO 986 COM). Адгезив, описываемый в настоящем изобретении, может комбинироваться с эпоксидной технологией и с термоусадочной муфтой, описанной в ЕР-А-0181233, все изложение чего включено сюда в виде ссылки.
Ленту можно обертывать по спирали, так что края стыкуются или перекрываются. Перекрытие может производиться до любого удобного уровня, например, 10% 20% 50%
Теперь
будет описан ряд аспектов, которые применимы как с первым, так и со вторым аспектом этого изобретения.
Терполимер (а) это желательно терполимер этилена, этил или/и бутил (желательно этил акрилата и малеичного ангидрида; и сополимер (б) это желательно сополимер этилена, этил или/и бутил (желательно бутил) акрилата. Однако можно применять и другие алкил акрилаты, в особенности более низкие (прежде всего С1-6, типично С2-5) акрилаты.
Сополимер (6) состоит в основном из этилена и одного или большего числа (желательно из одного) алкил акрилатов, и желательно,
чтобы не присутствовал третий сомономер. Желательно, чтобы любой третий сомономер присутствовал в количестве менее 5 моль более желательно, менее 2 моль особенно менее 1 моль Аналогично, желательно,
чтобы терполимер состоял в основном из трех указанных мономеров, причем желательно, чтобы каждый четвертый присутствовал в количестве менее 5 моль более предпочтительно менее 2 моль особенно менее 1
моль
В настоящем изобретении состав адгезива представлен в виде покрытия на восстанавливающемся при нагревании изделии. Восстанавливающееся при нагревании изделие может содержать растянутый
континуум или оно может содержать композитный материал, например, материал с усадкой благодаря его дающего усадку волокнистого компонента. Предпочтительные композитные материалы содержат дающие усадку
волокна и материал полиэтиленовой матрицы, с которым сцеплен состав адгезива.
Как указывалось выше, композитное или иное восставнавливающееся изделие может иметь форму трубчатой или оберточной муфты, или же форму ленты.
Состав согласно этому изобретению может, вдобавок, содержать агент, меняющий температуру текучести или вязкость. Примеры таких агентов это вещества, придающие липкость (tackifiers), воск, модифицированный воск, полиизобутелен и вещество, известное под товарным знаком Monsanto, Santlcizer (например, Н-этил о- и р- толуен сульфонамиды) и их эквиваленты. В общем, желательно избегать ингредиентов, увеличивающих вязкость. Кроме того, желательно, чтобы состав не подвергался образованию поперечных связей, особенно не был облучен. Термин "вещество", придающее липкость (tackifiers) используется у специалистов по адгезивам для обозначения материала, который при добавлении к адгезиву способствует его сцеплению с подложкой путем повышения его способности смачивать подложку. Примерами веществ, придающих липкость, являются полимеры с низким молекулярным весом мономеров, которые содержат этиленное ненасыщение и свободны от полярных групп. К числу конкретных примеров относятся Nevpene 9500 (товарный знак), который, как считается, является сополимером смеси ароматически и алифатически замещенного этилена, и PICCOTEX 75 (товарный знак фирмы Industrial Chemical Corp), который считается сополимером винил толуэна и альфа-метилстирена. Однако предпочтительные вещества, создающие липкость, содержат терпеновые фенольные смолы, такие как SP 553 (товарный знак, фирма Schenectady Corp) и Nevillac Hard (товарный знак фирмы Nevillac), особенно первый. Желательно, чтобы вещество, создающее липкость, имело вязкость по Брукфилду при 160oC от 80 до 1500 сантипуазов; точка размягчения "кольцо-и-шарик", как определяется согласно Американскому обществу по испытанию материалов Е-28, от 50 до 130oC более желательно 80-120oC или желательно 110-120oC в частности, около 115oC и молекулярный вес менее 3000.
При наличии основных компонентов состава согласно данному
изобретению специалист, прочитав это описание, сможет выбрать вещество, создающее липкость, или другой агент, модифицирующий температуру текучести или вязкость, для достижения желаемых свойств, а
именно одно или более из следующих свойств:
(а) точка размягчения "кольцо-и-шарик" как она определена согласно Американскому обществу по испытанию материалов (АОИМ) Е-28 от 90 до 110oC, желательно 95-105oC;
(б) вязкость, как она определена согласно АОИМ 03236 при 160oC от 40 до 110 Па.с. желательно 60-90 110 Па.с. 1
(в) вязкость, как
она определена согласно АОИМ 03236 при 200oC от 10 до 50, желательно 15-40 110 Па.с. более желательно 20-35 110 Па.с. и вязкость, как она определена согласно АОИМ 03236 при 160oC
от 40 до 110 110 Па.с.
(г) хрупкость при ударе, как она определена согласно 150974 менее -30oC, желательно менее -35oC; и
(д) сопротивление отслаиванию в
отношение обработанного щеткой без пламени или/и обработанного щеткой в пламени полиэтилена, как это определено согласно DIN 30672 более 30 Н/см, желательно больше 40 Н/см, в особенности больше 50
Н/см.
Было обнаружено, что все эти свойства можно достигнуть используя определенную выше смесь полиэтилен-алкил-акрилатов, каждый из которых имеет высокий показатель текучести при плавлении, вместе с 5-15, желательно 10-15 весовыми частями SP 553 или его эквивалента в качестве вещества, создающего липкость, или вместе с другим агентом, модифицирующим температуру текучести или вязкость. Использование альтернативных веществ, создающих липкость, или альтернативных количеств в общем позволяет достигнуть вышеприведенных выбранных свойств.
Желательная вязкость, достигнутая, как вариант, с добавлением веществ, создающих липкость, особенно полезна для получения хорошей текучести и заполнения любых неровностей поверхности между восстанавливающимися листом или лентой и находящейся под ними трубой или полимерным покрытием трубы.
Адгеэив, используемый в этом изобретении, также имеет хорошие характеристики при высоких температурах, например, хорошее сопротивление отслаиванию даже при высоких температурах. Сочетание соответствующей вязкости и хороших характеристик при высоких сервисных температурах является особенным преимуществом настоящего изобретения.
В некоторых случаях может оказаться полезным добавить небольшие количества одного или большего числа полиамидов в смесь. Подходящий полиамид это полиамид, имеющий аминовое число ниже 5, желательно, ниже 4. Например, можно добавить до 15 весовых частей полиамида, хотя было обнаружено, что удовлетворительные свойства можно получить с меньшими затратами, менее чем с 5 весовыми частями, а желательно в принципе без полиамида.
Адгезив, используемый в настоящем изобретении, желательно должен состоять из в основном терполимера, сополимера, вещества, создающего липкость, и при желании, полиамида. Предпочтительный состав адгезива не содержит полиамида, винил ацетата и не содержит сополимеров.
Желательно, чтобы терполимер полиэтилен алкил акрилат имел показатель текучести при расплавлении, как он определен, как минимум 70, более желательно 100-300; например, этот терполимер может содержать: терполимер этилена; этил акрилат или/и бутил акрилат (желательно этил акрилат); и малеичный ангидрид. Желательно, чтобы он имел точку размягчения "кольцо-и-шарик", как определено в соответствии с АОИМ Е-28, от 80 до 125oС, более желательно 95-120oС. Его вязкость, как она определена согласно АОИМ D 3236 при 160oC, желательно, должна составлять 120-140 Па.с. К числу предпочтительных терполимеров относится тот, который известен по товарному знаку Lotader (Oreket), или его эквиваленты.
Желательно, чтобы сополимер полиэтилен алкил акрилат имел показатель текучести
при плавлении, как он определен, как минимум 70, более желательно 100-300. Желательно, чтобы он имел точку размягчения "кольцо-и-шарик", как определено, согласно АОИМ Е-28, от 80 до 125oC
более желательно 90-115oC. Желательно, чтобы его вязкость, как определено согласно АОИМ D3236 при 160oC, составляла 70-150 Па.с. числу предпочтительных сополимеров относятся
полиэтилен бутил акрилаты, такие как те, что известны под товарным знаком Lotryl 8600 (Orkem) или их эквиваленты, и полиэтилен этил акрилаты, такие как известные под товарным знаком Alathon 704
(Dupont) и ЕА 89821 (USI) или их эквиваленты. Желательно, чтобы состав имел:
(а) 28-38 весовых частей термополимера полиэтилен алкил акрилата; и
(б) 55-70 весовых частей указанного
сополимера полиэтилен алкил акрилата.
Также желательно, чтобы состав состоял в принципе из терполимера полиэтилен алкил (желательно этил) акрилата, вещества создающего липкость и, при желании, полиамида. Желательно, чтобы любой другой компонент присутствовал в количестве менее 10 весовых частей, более желательно менее 5 весовых частей, особенно менее 2 весовых частей Примерами допустимых незначительных компонентов являются стабилизаторы, такие как антиокислители, предпочтительное количество которых приблизительно 1 весовая часть. Другой допустимый незначительный компонент это сажа. В частности, желательно, чтобы состав не содержал в принципе винил ацетата и его сополимера.
Теперь будут описаны реализации настоящего изобретения на примерах ссылками на
сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает повторную изоляцию места соединения между двумя покрытиями полимером трубопроводами, оголенными от изоляции в области соединения, с
использованием метода согласно этому изобретению; и фиг.2 показывает наложение термоусадочной ленты на оголенный трубопровод с использованием метода согласно этому изобретению. На фиг.1 два стальных
трубопровода 1 свариваются швом 2. Каждый из них покрыт полимерным покрытием - полиэтиленом методом экструзии. Покрытие было снято в области сварного шва 2. Трубопровод 1 заранее нагревается до
температуры приблизительно на 40oC выше максимальной сервисной температуры адгезива 4. Затем термоусадочный лист 5 (который, при желании, может быть тканью, восстанавливающейся при
нагревании, покрытый адгезивом 4, обматывается вокруг области сварного шва. Адгезив 4 способен активизироваться при нагревании и является адгезивом того типа, который был описан выше. Лист 5 покрывает
область сварного шва и перекрывает полимерное покрытие 3 с любой из его сторон. Оберточный лист замыкается накладкой-замыкателем (не показана). Затем происходит нагрев, например, с помощью газовой
горелки, для того, чтобы лист 5 дал усадку. Этот нагрев вместе с предварительным нагревом трубопровода активизирует адгезив 4. Когда лист 5 дает усадку, а находящийся на нем адгезив 4 вначале
контактирует с заранее нагретым трубопроводом, нагретая поверхность в основном не дает адгезиву 4 кристаллизоваться. Дополнительный нагрев, приложенный для того, чтобы лист 5 дал усадку, повышает
температуру адгезива 4, заставляя его течь и наполнять зазоры. Желательно, чтобы адгезив имел вязкость около 1000 Па.с. при 100oC, с в принципе более низкую вязкость около 500 Па.с. при
110oC, и 300 Па при 120oC. Таким образом, когда лист дает усадку, он может втолкнуть адгезив в любые неровности поверхности и заставить заполнить любые зазоры между листом и
трубопроводом. Конфигурация листа в результате усадки после нагрева не показана.
Аналогичным образом, лист 5 можно наложить не на место соединения, а на поврежденный трубопровод с покрытием. Кроме того, его можно наложить на термоизолированную трубу, например, на трубу линии районного отопления или на место соединения между такими трубами.
На фиг.2 представлена альтернативная реализация. В этом случае адгезив 4 находится на ленте 6. Трубопровод как и в реализации, описанной выше, заранее нагревается, затем образуют муфту, для чего ленту оборачивают по спирали вокруг металлического трубопровода 1, по которому течет нефть (не показана). Расположенные рядом витки ленты слегка перекрывают друг друга. Тепло, приложенное для того, чтобы муфта дала усадку, в сочетании с предварительным нагревом трубы активизирует адгезив, заставляя его течь и наполнять зазоры. Это становится возможным несмотря на протекание нефти по трубопроводу, который работает как теплоотвод.
Аналогичным образом, ленту можно обернуть по спирали вокруг трубопровода с полимерным покрытием или вокруг места соединения двух таких трубопроводов, например, вокруг трубопровода с полиэтиленовым покрытием или вокруг трубы районного отопления.
Реферат
Использование: защита трубопроводов от коррозии. Сущность изобретения: для защиты трубопровода его покрывают восстанавливающимися при нагревании листом с адгезивом и нагревают лист. Адгезив содержит 25-40 весовых частей терполимера полиэтилен-этил-акрилата и/или терполимер полиэтилен-бутилакрилата. Нагрев ведут до температуры не более чем на 40 град. С превышающей максимальную рабочую температуру адгезива. 2 с. и 15 з.п.ф-лы, 2 ил.
