Герметизирующий состав
SEALING COMPOUND

Изобретение относится к герметизирующим составам, предназначенным для устранения утечек среды (пара, воды) из трубопроводного оборудования под давлением.
Развитие теплоэнергетического и нефтехимического комплекса, наращивание его мощности ставит задачу безостановочной эксплуатации трубопроводного оборудования, что в свою очередь ставит задачу использования технологии устранения аварийных утечек (технология «СТОП») без остановки производства и вывода оборудования в ремонт. Это становится еще актуальнее при увеличении планового межремонтного периода с одного года до трех лет и более. Одним из основных компонентов технологии устранения аварийных утечек на действующем теплоэнергетическом трубопроводном оборудовании без его отключения и вывода в ремонт является пластичный герметизирующий состав, который должен обладать специфическим набором физико-химических свойств.
Одним из наиболее распространенных типов герметизирующих составов являются невысыхающие известные герметики [например, Лабутин А.Л. «Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков» - Л.: 1982, стр. 59, стр. 66]. Эти термопластичные материалы, в зависимости от температуры находящиеся в высокоэластическом или вязкотекучем состоянии, отличаются пластическими или пластоэластическими свойствами в рабочем состоянии и применяются для уплотнения разъемных или подвергающихся периодическому демонтажу соединений. Они изготавливаются, как правило, на основе высоко- и низкомолекулярных соединений с низкой ненасыщенностью или полностью насыщенных (полиизобутилен, бутилкаучук, этилен-пропиленовый каучук). Эти герметизирующие составы характеризуются высокой стойкостью к кислороду, действию кислот, щелочей, окислителей, низкой газо- и водопроницаемостью и нашли широкое применение в технике. В состав невысыхающих герметиков в качестве основных компонентов входят полимеры, наполнители и разбавители. Однако эти герметизирующие составы не обладают полным комплексом физико-химических свойств, чтобы они могли применяться в технологии устранения аварийных утечек на действующем теплоэнергетическом трубопроводном оборудовании без его отключения и вывода в ремонт.
12
14
16
18
Известна герметизирующая паста для запорной арматуры, предназначенная для применения при эксплуатации трубопроводного оборудования для устранения утечек, которая содержит следующие компоненты при их соответствующем содержании в мас. ч.: полидиметилсилоксаны с вязкостью от 5 до 100000 сСт, трансформаторное масло ВГ, 20%-ный раствор низкомолекулярного каучука, кремнийорганический олигомер 132-339, 10%-ный раствор высокомолекулярного каучука в масле ВГ, аэросил, бентонит, органобентонит, перлит, слюда, белая сажа, полиэтилсилоксановая жидкость ПЭС-5, кремнийорганический блок-сополимер, α-олефины из ряда С-С, С-С и/или тетрамер пропилена, микротальк, коллоидный графит, двуокись титана (рутил), алкилфосфат, трикрезилфосфат (патент РФ №2570451, МПК C09K 3/10, опубл. 10.12.2015).
Также известен герметизирующий состав (герметизирующая паста) для запорной арматуры, который применяется при эксплуатации трубопроводного оборудования для устранения утечек, включающий полиизобутилен, наполнитель, двуокись титана и изопреновый каучук и иные компоненты в заявленном соотношении (Патент РФ №2487906, МПК C09K 3/10, опубл. 20.07.2013 - прототип).
Недостатками указанных выше известных технических решений являются:
- низкая (до 60°С) температура термоустойчивости;
- низкий ресурс работоспособности (0,5 года);
- консистенция указанного состава (пастообразное), что не позволяет его использовать в качестве герметизирующего состава в технологии устранения утечек пара или воды на действующем теплоэнергетическом оборудовании без остановки и вывода оборудования в ремонт.
2
Техническим результатом заявленного изобретения является разработка герметизирующего состава (герметика) с физико-химическими свойствами, обеспечивающими возможность применения герметика для устранения аварийных утечек пара или воды на теплоэнергетическом трубопроводном оборудовании без его отключения (до 600°С и 100 кг/см).
Для достижения указанного технического результата герметизирующий состав, включающий полиизобутилен, наполнитель, двуокись титана и изопреновый каучук дополнительно содержит латунный порошок, серу и медные гранулы диаметром 0,5-3 мм, при этом используют полиизобутилен молекулярной массы 18000-22000, а в качестве наполнителя используют черный графит при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полиизобутилен 16-19
Черный графит 59-73
Двуокись титана 2-2,2
Латунный порошок 4-4,4
Изопреновый каучук 5-6,6
Сера 0,3
Медные гранулы 4-4,4.
При этом в качестве полиизобутилена может быть использован полиизобутилен марки П-20.
В герметизирующем составе может быть использован черный графит ГЛС-1.
Заявленный герметизирующий состав может быть применен для трубопроводного оборудования (фланцевых соединений, труб, запорной арматуры, соединений типа «корпус-крышка» и т.д.) без его вывода в ремонт или снижения рабочих параметров.
Предлагаемый герметизирующий состав (герметик «СТОП») из высоконаполненного углеводородного сырья обладает следующим комплексом физико-химических свойств:
- не обладает хладотекучестью при нормальных условиях (сохраняет свою форму в виде цилиндров диаметром 15-20 мм и длиной 70-100 мм длительное время), что обеспечивает возможность хранения герметика, транспортировку до места проведения работ и помещение его в нагнетательное оборудование;
2
- при воздействии повышенного давления (более 10 кг/м) и температуры (более 100°С) на цилиндры из заявленного герметизирующего состава, он приобретает свойство текучести, что обеспечивает возможность запрессовки его во внутренний объем оснастки с помощью нагнетательного оборудования;
2
- под воздействием температуры и давления герметизирующий состав отверждается, что обеспечивает герметичность при температуре до 600°С и давлении до 200 кг/см;
- не обладает адгезией (липучестью) к металлу, что обеспечивает сохранность нагнетательного оборудования и возможность демонтажа;
- не оказывает коррозионного воздействия на металл.
Более того, полученные реологические характеристики герметизирующего состава обеспечивают ему свойство неньютоновской жидкости не распространять давление впрыска на удаленные участки от места впрыска. Это в свою очередь, обеспечивает исключение дополнительной нагрузки на трубопроводное оборудование (например, на фланцевое соединение при заполнении герметиком межфланцевого зазора).
В качестве углеводородного полимерного компонента (основы) в герметизирующем составе используют низкомолекулярный полиизобутилен (молекулярная масса 18000-22000), обладающий хладотекучестью, высокой устойчивостью к действию кислорода, озона, растворов кислот, щелочей и солей, выдерживающий действие сильных окислителей. Оптимальным является использование полиизобутилена марки П-20 с его содержанием 16-19 мас. % в герметизирующем составе. При меньших количествах полиизобутилена (менее 16 мас. %) герметизирующий состав теряет способность к текучести под воздействием давления от нагнетательного оборудования, а готовый продукт теряет монолитность. При использовании полиизобутилена в большем количестве (более 19 мас. %) готовый продукт приобретает способность к хладотекучести при комнатной температуре, соответственно готовые цилиндры не могут транспортироваться к месту работ по устранению аварийной утечки и не могут быть помещены в нагнетательное оборудование. Также с повышением содержания полиизобутилена снижается термостойкость герметизирующего состава.
В качестве основного наполнителя в герметизирующем составе используют черный графит, придающий герметику необходимые физико-механические и химические свойства. Оптимальным является использование черного графита ГЛС-1 с его содержанием 59-73 мас. %. При меньших количествах черного графита (менее 59 мас. %) у герметика появляется хладотекучесть, снижается теплостойкость. При больших количествах черного графита (более 73 мас. %) наблюдается несовместимость компонентов и нарушение монолитности.
Наличие в герметизирующем составе двуокиси титана с содержанием 2-2,2 мас. % и латунного порошка с содержанием 4-4,4 мас. % обеспечивает термостойкость герметика в широком диапазоне температур.
Присутствие в герметизирующем составе медных гранул диаметром 0,5-3 мм с содержанием 4-4,4 мас. % обеспечивает возможность уплотнения зазоров величиной до 3 мм между конструктивными элементами трубопроводного оборудования. Например, при прохождении герметика в зазор между ремонтируемым оборудованием и ремонтной оснасткой медный наполнитель скапливается в зазоре и уплотняет его до тех пор, пока течение герметика через зазор не прекращается.
Композиция предложенного герметика также содержит изопреновый каучук (СКИ) с содержанием 5-6,6 мас. % и серу с содержанием 0,3 мас. %, обеспечивающие отверждение (повышение вязкости) герметизирующего состава при воздействии температуры и давления нагнетательного инструмента.
Получаемая консистенция заявленного герметика такова, что струя пара или воды не вымывает его из внутреннего объема ремонтной оснастки или межфланцевого зазора.
В зависимости от температуры уплотняемой среды в герметике протекают различные механизмы отверждения: от 100°С до 150°С - серная вулканизация, от 130°С до 300°С - образование связей графит - полимер, от 250°С до 600°С - реакция карбонизации. Это обеспечивает универсальность применения герметизирующего состава для широкого (20°С - 600°С) диапазона температур. При этом степень отверждения при любой температуре не превышает 60-80%, то есть герметик сохраняет эластичность и возможность дополнительного уплотнения.
Герметизирующий состав изготавливают по нижеприведенной схеме.
В реактор с термостатирующей рубашкой и перемешивающим устройством (с Z-образными лопастями) загружают полиизобутилен (например, марки П-20), черный графит (например, марки ГЛС-1), двуокись титана, латунный порошок, при соответствующем соотношении компонентов и растворитель - бензин «Калоша». Крышку реактора плотно закрывают. Смесь перемешивают в течение не менее 60 минут. Готовую смесь извлекают из реактора и помещают в сушильный шкаф с вытяжкой во взрывобезопасном исполнении. Производят сушку смеси при температуре 50-60°С не менее 24 часов для полного удаления растворителя. Затем полученную смесь дополнительно гомогенизируют на вальцах и при этом добавляют изопреновый каучук, серу и медный наполнитель в соответствующем соотношении компонентов. При достижении полной однородности герметизирующего состава методом экструзии изготавливают цилиндры диаметром 15-20 мм и длиной 70-100 мм для удобства хранения и последующей транспортировки до места проведения ремонтных работ.
Пример 1. Герметизирующий состав был изготовлен вышеуказанным способом с использованием следующего соотношения компонентов, мас. %:
Полиизобутилен П20 - 20
Черный графит ГЛС-1 - 63
Двуокись титана - 1,7
Латунный порошок - 4,3
Изопреновый каучук СКИ - 6,4
Сера - 0,3
Медные гранулы диаметром 2 мм - 4,3
Из полученного состава изготовили методом экструзии цилиндры диаметром 15 мм и длиной 70 мм. Цилиндры получились мягкие, обладающие свойством слипаться. Лабораторные и натурные испытания показали отрицательный результат в плане возможности использования такого состава герметика в технологии устранения аварийных протечек пара или воды на действующем теплоэнергетическом трубопроводном оборудовании без его отключения.
Пример 2. Герметизирующий состав был изготовлен вышеуказанным способом с использованием следующего соотношения компонентов, мас. %:
Полиизобутилен П20 - 18,0
Черный графит ГЛС-1 - 71,7
Двуокись титана 2,0 Латунный порошок - 4,0
Изопреновый каучук СКИ - 0
Сера - 0
Медные гранулы диаметром 0,5 мм - 4,3
Из полученного состава изготовили методом экструзии цилиндры диаметром 15 мм и длиной 70 мм. Цилиндры не обладали способностью к липучести, сохраняли свою форму длительное время. Однако натурные испытания показали отрицательный результат в плане возможности использования такого состава герметика в технологии устранения аварийных протечек пара или воды на действующем теплоэнергетическом трубопроводном оборудовании без его отключения. Так как отсутствие крупных (более 0,5 мм) медных гранул и отсутствие отверждающихся компонентов (изопреновый каучук и сера) не обеспечили возможность уплотнения зазора между ремонтируемым трубопроводным оборудованием и ремонтной оснасткой.
Пример 3. Герметизирующий состав был изготовлен приведенным выше способом с использованием следующего соотношения компонентов, мас. %:
Полиизобутилен П20 - 17,3
Черный графит ГЛС-1 - 65,9
Двуокись титана - 1,7
Латунный порошок - 4,3
Изопреновый каучук СКИ - 6,1
Сера - 0,3
Медные гранулы диаметром 2,5 мм - 4,3
Из полученного состава изготовили методом экструзии цилиндры диаметром 15 мм и длиной 70 мм. В результате был получен герметик, не обладающий в исходном состоянии способностью «текучесть», а при воздействии повышенного давления и температуры приобретающий способность «текучесть», обеспечивающий герметичность по отношению к пару и воде при температуре до 600°С, не оказывающий коррозионного воздействия на металл и инертный с уплотняемой средой (паром, водой).
Из приведенных выше примеров следует, что только использование заявленного соотношения компонентов при изготовлении позволяет получить герметизирующий состав (герметик) с требуемыми физико-механическими и химическими свойствами.
Таким образом, предложенный герметизирующий состав позволяет обеспечить устранение утечек на трубопроводном оборудовании под давлением (без вывода оборудования в ремонт или снижения рабочих параметров) при температуре от плюс 20°С до плюс 600°С.