輸油管道套接頭橡膠密封件在寒帶的使用問(wèn)題趙志正(中橡集團(tuán)西北橡膠塑料研究設(shè)計(jì)院712023)編譯鋪設(shè)的套接輸油管線ПМТП150由于管道橡膠密封件中增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯DBP被石油介質(zhì)抽出，造成橡膠耐寒性不佳，這是制約管道在寒冷氣候條件下使用的主要障礙。通過(guò)在密封件橡膠配方中添加天然沸石而使增塑劑保持穩(wěn)定，降低了其從橡膠材料向接觸介質(zhì)中的擴(kuò)散速度。

　　俄羅斯塔拉干維地姆輸油管道于1996年建成并在當(dāng)年交付使用。ПМТП150主干線由6m長(zhǎng)的管子組成，用套接頭聯(lián)接，并用橡膠密封圈保持接頭處的密封性。輸油管道密封件如可以最少人數(shù)的技術(shù)人員進(jìn)行快速機(jī)械化安裝。全部接頭都是可拆卸的，無(wú)需采用焊接工藝。

　　1―橡膠密封圈 2―多孔橡膠墊片在鋪設(shè)塔拉干維地姆管道之前解決了管道ПМТП150能夠在薩哈共和國(guó)(雅庫(kù)梯亞)寒帶氣候條件下使用的問(wèn)題。

　　對(duì)所采用的設(shè)計(jì)和技術(shù)方案進(jìn)行的分析表明，制約管道能夠在寒帶氣候條件下工作的主要障礙是所使用的密封材料的耐寒性不夠。技術(shù)條件ТУ38105， 196290規(guī)定，管道接頭的密封圈可在 40°C～ 80°C的溫度范圍內(nèi)使用。

　　密封件的倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)娜菰S溫度為 30°C以下。橡膠密封圈這樣的耐寒性水平在北極要可靠地使用是做不到的。此外，由于容許的存放期將滿，發(fā)現(xiàn)與管道配套的密封件的機(jī)械性能已有很大程度的下降。因此曾決定采用有較高耐寒性的橡膠來(lái)制造新的密封件。

　　根據(jù)類似系統(tǒng)的密封件在低溫下使用的經(jīng)驗(yàn)，ИНМCO PAH研究院的專家建議采用以丁腈橡膠СКН18為基礎(chǔ)的B14橡膠制造密封件。橡膠B14(前蘇聯(lián)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ОСТ88 0. 026，20180)被廣泛用來(lái)制做液壓、燃油和氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)密封件，在技術(shù)參數(shù)上符合對(duì)北極工程材料提出的要求。

　　曾在塔拉干油氣田于環(huán)境溫度從 20°C～ 5°C范圍內(nèi)對(duì)長(zhǎng)1000m (有200多個(gè)接頭) ，裝配有規(guī)定配套的斷流閥及泵汲設(shè)備的管道進(jìn)行了工業(yè)化試生產(chǎn)。同時(shí)進(jìn)行了充油和排油試驗(yàn)，按照額定生產(chǎn)能力進(jìn)行輸油試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，ПМТП150輸油管有足夠的可靠性和密封性。這就允許利用本設(shè)計(jì)建設(shè)總長(zhǎng)度200km的塔拉干維地姆輸油管道。

　　從1996年8月起至今輸油管道仍在運(yùn)行。

　　上述期間，在總數(shù)為00個(gè)以上的橡膠密封圈中尚未發(fā)現(xiàn)因密封不嚴(yán)而造成介質(zhì)泄漏的故障和事故。然而，由于輸油管道是針對(duì)北方氣候條件適應(yīng)能力小的設(shè)計(jì)建造的，結(jié)果，還是發(fā)現(xiàn)了一些重要問(wèn)題：1.必須確定管道橡膠密封件全部更換的周期，看來(lái)周期的長(zhǎng)短取決于材料的性能及在老化過(guò)程中性能的變化情況。

　　2.?a href='http://wupr.cn/posuichuipiwanxilie/' target='_blank'>錘闈宄�这仲|(zhì)溆凸艿澇誦械奈露確段�。臍ぐ该输油管道矢`諉磕?～10月相當(dāng)溫和的條件下工作的。但是，人們還要求一年四季都能使用。因此，尚不清楚在腐蝕性介質(zhì)及冬季極端低溫兩大因素同時(shí)作用下橡膠密封圈的使用性能將會(huì)發(fā)生怎樣的變化。

　　問(wèn)題的另一方面，必須對(duì)密封件材料與石油介質(zhì)互相之間作用的擴(kuò)散過(guò)程，其中包括對(duì)介質(zhì)滲入材料中抽出橡膠材料組份中的配合劑進(jìn)行研究。將B14橡膠試樣長(zhǎng)期浸泡于室溫條件下在塔拉干油田產(chǎn)原油中，而后根據(jù)前蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ9. 03474測(cè)得溶脹度起初減小2. 4 ，然后增大并且試樣的重量逐漸達(dá)到初始世界橡膠工業(yè)的數(shù)值(圖2)。

　　力學(xué)：1―В14橡膠 2―對(duì)照橡膠 3―用天然沸石改性的В14橡膠。

　　橡膠試樣在與有機(jī)介質(zhì)作用的初期其重量減少，首先是與增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯被抽出有關(guān)。它在В14橡膠中的含量為30質(zhì)量份對(duì)100質(zhì)量份生膠，它能保證材料的高耐寒性。

　　這一事實(shí)已由批量生產(chǎn)的В14橡膠與對(duì)照橡膠РС性能的對(duì)比試驗(yàn)所證實(shí)。對(duì)照橡膠РС在組份方面與批量生產(chǎn)的В14橡膠相似(除炭黑П804的含量外，批量生產(chǎn)橡膠中的炭黑含量130質(zhì)量份而橡膠РС中的炭黑含量為50質(zhì)量份)。但是橡膠РС不含有增塑劑。在橡膠配方中不含增塑劑DBP的情況下研究材料與介質(zhì)相互作用動(dòng)力學(xué)時(shí)，將出現(xiàn)交聯(lián)彈性體在烴介質(zhì)中典型的有限溶脹的情景(圖2，曲線參與下，與石油介質(zhì)在聚合物體內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程相比增塑劑的抽出占優(yōu)勢(shì)，曲線就處于材料溶脹度負(fù)值的范圍內(nèi)(圖2，曲線1)。

　　按照前蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ40878測(cè)定對(duì)照橡膠在拉伸條件下的耐寒系數(shù)，與В14橡膠相比，前者對(duì)試驗(yàn)溫度的敏感性下降41～86牌拉伸試驗(yàn)機(jī)按照前蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ27075測(cè)定的橡膠РС的強(qiáng)度和彈性比批量生產(chǎn)橡膠В14的高(見(jiàn)表)。這是由于與橡膠В14相比РС橡膠中炭黑填充度比較低的緣故。

　　指標(biāo)橡膠用天然沸石改性的В14橡膠橡膠PC拉伸強(qiáng)度， M Pa扯斷伸長(zhǎng)率，扯斷永久變形，吉爾硬度，標(biāo)準(zhǔn)單位相鄰交聯(lián)鏈間鏈段分子量拉伸狀態(tài)下的耐寒系數(shù)對(duì)橡膠РС和В14的物理機(jī)械性能、耐腐蝕性及低溫性能的研究表明，橡膠В14具有較高的耐寒性。其原因是恰當(dāng)?shù)剡x用了增塑劑及填充劑的含量[1 ].但是該橡膠與塔拉干油田產(chǎn)原油接觸后的低溫性能的穩(wěn)定性尚不清楚。因?yàn)樵谙鹉z與原油接觸的情況下會(huì)導(dǎo)致增塑劑被大量抽出，這必然會(huì)引起材料的耐寒性下降和硬度增高及密封接頭接觸壓力降低。

　　為了使由這種橡膠生產(chǎn)的?a href='http://wupr.cn/ruimengRAMMERxilie/61.html' target='_blank'>破沸閱蕓煽�，眳Q氬扇∫恍┐朧�，覇T閶踴涸鏊薌鏈泳酆銜銼咎逑蠐胨�絾靴的綑┦中扩散。用雅库炭M吞鋝�的天拳h(huán)惺�对批量生产消[駭?4進(jìn)行改性是一種能夠限制被抽出的方法。沸石具有獨(dú)特的吸附能力，有可能用它來(lái)調(diào)節(jié)膠料中配合劑被抽出的速度。在以前的論文中曾敘述過(guò)，在橡膠В14中添加相對(duì)少量(到10 )的紅古魯?shù)V產(chǎn)的天然沸石(其80為楔形沸石礦物質(zhì)) ，可使橡膠的耐油、汽油性及低溫性能稍有提高。在本文中將沸石填充量增加到15質(zhì)量份(對(duì)100質(zhì)量份丁腈橡膠) ，由于改性的目的改變了，即通過(guò)添加沸石使增塑劑在天然沸石微孔及細(xì)溝的分支體系內(nèi)保持吸附狀態(tài)，這就降低了增塑劑的抽出速度。

　　將天然沸石在行星式研磨機(jī)內(nèi)活化3min來(lái)增大其比表面積，然后在450°C高溫下鍛燒1h去除其結(jié)晶水。沸石粒子形狀近似于球形，在活化前用光學(xué)顯微鏡МИН4測(cè)定的尺寸為活化后的尺寸為0. 1～3μm.

　　按照橡膠В14的硫化工藝對(duì)膠料進(jìn)行硫化，制得硫化膠的性能(物理機(jī)械性能，表征橡輸油管道套接頭橡膠密封件在寒帶的使用問(wèn)題膠交聯(lián)程度并按文獻(xiàn)方法測(cè)定的參數(shù)，拉伸情況下的耐寒系數(shù))示于表1.改性材料在塔拉干油田產(chǎn)原油中的溶脹動(dòng)力學(xué)見(jiàn)圖2(曲線3)。

　　對(duì)所得數(shù)據(jù)的分析可認(rèn)證所作出的假設(shè)：在天然沸石參與下能減緩增塑劑的擴(kuò)散及提高橡膠的耐原油穩(wěn)定性。

　　與輸油管道配套使用的由В14橡膠制造的橡膠圈使用了約2年。對(duì)其進(jìn)行的短時(shí)間壓對(duì)壓縮變形逐漸減小。

　　新橡膠壓縮，使用后12個(gè)月19個(gè)月22個(gè)月在周期性變形條件下測(cè)定的橡膠圈的壓縮得的變形大約為45～70 ，就是說(shuō)在經(jīng)過(guò)上述使用期后橡膠密封圈的性能已低于標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。

　　為了解決輸油管道能夠在冬季的使用問(wèn)題，曾研究了塔拉干原油在低溫下的性能。原油的凝結(jié)溫度 40°C，用德國(guó)Lauda公司毛細(xì)管粘度計(jì)在 30°C～ 50°C范圍內(nèi)測(cè)得的動(dòng)力學(xué)粘度為～11mm汲送一直到 40°C時(shí)仍然可以進(jìn)行。但是由于粘度大大增加，在零度以下輸油需要耗費(fèi)大量的能源，并且不進(jìn)行補(bǔ)充加溫在經(jīng)濟(jì)上未必合算。

　　增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的粘度也是隨著溫度的降低而增大，但是不像原油增加得那么劇烈。DBP在 30°C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度比原油的運(yùn)動(dòng)粘度要小71. 5.因此，即使在低溫下增塑劑從橡膠向石油介質(zhì)的擴(kuò)散也會(huì)激烈地進(jìn)行。

　　根據(jù)所進(jìn)行的研究，并不能作出橡膠圈在輸油管道內(nèi)于實(shí)際的使用條件下一年四季都具有工作能力的片面結(jié)論。1996年4月在非金屬材料研究院內(nèi)建成了試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了充油試驗(yàn)，其結(jié)果可以作為橡膠密封圈能在低溫下使用的間接證明。由短節(jié)管和彎管頭組裝的長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)粘度與溫度的關(guān)系的試驗(yàn)管道(密封件總數(shù)16個(gè))的臺(tái)架試驗(yàn)證明：套接頭在接觸原油的情況下于寬闊的溫度范圍內(nèi)， (包括使用的臨界溫度 55°C下)具有足夠的可靠性和密封性。試驗(yàn)管道中使用過(guò)的橡膠密封圈的壓縮變形為48. 9.與在塔拉干維地姆輸油管道中用過(guò)的密封件同相比，這一數(shù)據(jù)稍微高一些，看來(lái)這和材料在靜態(tài)試驗(yàn)條件下保持著彈性有關(guān)。在工業(yè)用輸油管道中橡膠密封圈硬度提高的程度較大，這是由于在長(zhǎng)時(shí)間輸油并在冬季實(shí)行管道排空的情況下增塑劑的損失有關(guān)。

　　因此，塔拉干維地姆輸油管道ПМТП150的運(yùn)行試驗(yàn)證明，裝配橡膠密封圈的輸油管道可以在寒帶氣候條件下廣泛使用。