Состав для перекрытия полости газо-и нефтепродуктопроводов

 

Использование: для герметичного перекрытия рабочей полости магистральных трубопроводов 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 алкилбензолсульфонатов 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4884807/05 (22) 03.10.90 (46) 23,08.93. Бюл. М 31 (71) Сургутское производственное объединение "Сургутгазпром" (72) И. H. Порайко, А. И. Забазнов, 8. И.

Матросов и В, B. Салюков (73} Производственное объединение "Сургутгазпром" (56) Ращепкин К. Е, Современные способы перекрытия магистральных трубопроводов.

M.: ВНИИОЭНГ, 1976, с. 12-75.

Авторское свидетельство СССР

hL 339716, кл, F 16 L 55/16, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 979784, кл. F 16 55/16, 1982.

Изобретение относится к химии полимеров и технологии трубопроводного транспорта жидкостей и газов и может быть использованодля 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 ве„„ Ы„„1836547 АЗ (я)5 Е 21 В 43. " С 08 К 13/02//(С

К 13/02, - ., 3;30,5 09, 5:42} (54} СОСТАВ ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ПОЛОСТИ

ГАЗО-И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ (57) Использование: для герметичного перекрытия рабочей полости магистральных трубопроводов и технологических коммуникаций при ликвидации аварийных повреждений и сварочных работах. Сущность изобретения . состав содержит следующие компоненты, мас. ч.: полиакриламид

0,2-3,5; сульфонол — смесь алкилбензолсульфонатов 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. ществ(ПВ), инициаторов и активаторов полимеризации в виде водных растворов, при массовых концентрациях ингредиентов, мас.,4 (см. табл. 1).

Изменением содержания ингредиентов и температуры состава можно регу ировэть 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 сма",иваемость внутренней поверх ности трубопровода и чезначительное растекание состава вдоль стенки. Повышение содержания ПАВ в:. ше 1-2 j v-... Ньшает прочность одно,,д, о<.ть сцепляел ость с мет; ллом получаем >го материала для пеоекрь тия трубопра"., да (сч. табл,).

При п0 ;шенин;;онцеHTðàöèè полиа,.риламида о 3-- j, и ахрилсвой ыс.огы

6д

О (Jl (ф. ) !

1836547

I сн =сн

I +

С0

ОН

27 — сн — сн

СО

MH„

+ С02,:

СН СН-Сй,-«

2 !

С0 Со

NHg и со рН =1-10

5. -9o с

50

О а

Образующиеся натриевые соли акриловой кислоты сополимеризуются и повышают адгеэию состава, В полевых условиях трассы трубоп роводов при температурах 5-15 С реакция протекает в ечение соответственно 5 и 1 суток, а при выполнении нагрева состава до 609GoC в течение 20 — 30 минут, Реакция образования эластичной наиболее прочной с 19 до 25-50% увеличивается эластичность, прочность и адгеэия 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/см ) и легко сдвигается жидкостным потом при возобновлении перекачки при 0,5-0,6 кг/см .

Увеличение количества инициатора (ИН4)232Оа) с 0,01 до 0,12% сокращает время полимеризации состава с 2-3 ч до 10-12 мин при температуре 60 — 80 С позволяет уменьшить степень нагрева, этот реагент необходим для получения эластичного герметичного перекрытия трубопровода..

Увеличение содержания в составе кальцинированной 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 передоэировка не влияет ча качество перекрытия, так как сода нейтрализуется акриловой кислотой, Схема реакции, происходящей в составе при перекрытии трубопровода: 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 3540до 70 — 90 С или 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, АК 20; 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 заполимеризованного, что ускоряет протекание реакции и обеспечивает получение герметического перекрытия во всех случаях путем заполнения ограниченного обьема горячим составом. При наличии порыва и трещины на участке трубопровода, заполненном нефтепродуктом ведут закачку горячего высоковязкого (50 — 500 Пз) пенообразного состава на большой скорости насосным агрегатом

ЦР— 320 или насосом Р3-300, В случае перекрытия опорожненного 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 без1836547

30

40

55 опасное 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

2 обычной водой.

Сравнительные испытания прототипного 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 компонентов 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. Соста.: подогревают водяными парами до 65 — 85 С. Подключают трубную обвяэку к месту овреждения, заливаюинициатор noni меризации и на большой скорости эакачивают по обе стороны от места сварочных работ. В аналогичных условиях состав-прототип профильтровал гаэ.

Замеряя концентрацию паров или газов, в зоне сварки и убедившись в безопасности работ, выполняют все ";oíòàæíûå опеоации.

П ри м е р 4. Состав при концентрацк.ях 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 случаях 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 производить 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, При использовании нижнего предела оптимальных значений концентраций компонентов для герметичного перекрытия трубопровода необходимо произвести кратковременный нагрев до 65-80 С. При содержании ингредиентов ниже крайнего значения концентрации, реакция образования герметика не идет и образуется моющий состав для тонкой очистки тр:,бопровода от пристенных осадков различного типа, поэтому имеет полезное самостоятельное применение. Следует отметить, что состав при содержании 3 — 17% АК часто подвергается расслоению, поэтому в данном;;нтервале

АК он не пригоден.

Экспериментальные данные испытаний пенополимерного состава для перекрытия трубопровода.

Полученные данные физико-механических и стендовых испытаний, предлагаемого состава на трубопроводах диаметра

113 — 279 мм при оптимальных значениях их ингредиентов показали удовлетворительные герметизирующие свойства при 2,2 атм для состава 4. При этом образовавшаяся герметизирующая пробка бь, а сдвинут:-1 при 3 атм и успешно прошла все местные сбпротивления (косые повороть:. ь -ужения) и условлена в приемном баке, Продукты взаимодействия перемещаются под давлением 3 — 6 МПа в количестве

1836547

Таблица1

Кратные значения

Вещества

0,2-1,0

1,0-3,5

0,7

2,0

0,8

2,2

0,5

1,5

18-50

50

0,2

О, 15-0,8

0,9

0,4

0,01-0,12

Остальное

0,02

Остальное

0,04

Остальное

0,05

Остальное 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 0,0010,65 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 реакции сополимеризации до застывания при обычных температурах воздуха от (-45) до (20-25 С). Беэ нагрева состав незначитепьно 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 беэ нагрева сохраняется текучесть, Только после нагрева до 65 — 85 С постепенно в течение 15-20 мин 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

Пенообразователь сульфонол

ВП- полиакриламид (ПАА)

Активатор- акриловая кислота (АК)

Преобразователь - кальцинированная сода

Инициатор надсернокислый калий

Вода состава — прототипа неполным сечением перекрывало трубу диаметром 1020 мм, приводило к образованию местного сопротивления, которое не удалось ликви5 дировать потоком при возобновлении перекачки (состав по Пат, США ¹ 3879315).

Данный состав может быть использован для выноса скоплений воды, газа и механических примесей из потоков любого сечения, 10 а также для подвижного разделения различных потоков, параллельного выноса потерянных, застрявших строительных и монтажных деталей и устранения дополнительных потерь давления, обусловленных

15 такими скоплениями.

Формула изобретения

Состав для перекрытия полости газо-и нефтепродуктопроводов, содержащий полиак-

20 рипамид и воду, отличающийся тем, что, с целью достижения герметичности перекрытия полости трубопровода большого диаметра, проложенного по пересеченному профилю, и предупреждения закупорки тех25 нологической обвяэки при закачке состава в поврежденный участок трубопровода, состав дополнительно содержит акриловую кислоту, сульфанол — смесь алкилбенэолсульфонатов, надсернокислый калий и капь30 цинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас. ч,:

Попиакриламид 0,2-3,5

Акриловаякислота 18,0-50;

Супьфоноп-смесь алкилбен35 золсульфонатов 0,02-1,0.

Надсерн окисл ый кап ий 0,05-0,25;

Кальцинированная сода 0,15-1,0;

Вода Остальное, Оптимальные значения составов

1836547

Свойства

Единица измерения

Состав

1 и ототип кг/см см /с

760-860

10 -10

815-965

10в-10

Плотность

Ки н ематическая связь

Предельное статическое напряжение сдвига

Предельное динамическое напряжение сдвига

Агдезивное давление

Прочность на разрыв

Деформация разрыва (эластичность)

Набухаемость в воде

Продолжительность: загустевания (схватывания)

Статистического растворения в воде хранения растворения в насосе

Герметичность состава объемом для

2П03 трубоповода =1 м

150-350

1080-1120

2100-3600

1Р-13

103 104

102-5х10

10 -10"

Па

8-10

103 104

4,5-6,0

9,0-11,0

10 106

102-5х10

10-10

180-300

1,5-2,0

2,1-2,2

400-650

2,5-3,5

1,5-3,5

Па кПа г/см кПа

200-300

Heorp.

200-300

Неогр.

0,01-0,02

2-0,01

450-900

80-100 об,$

55-240

1-2

60-120 мин

i-10

1-2

100-150

1-2

10-20

1-2

Набухает

0,1-0,4 сут .г

2-5

1-2

Набухает мин

0,16-0,60

0,05-0,10

0 01-0.02

0,03-0,05 кПа

Составитель И.Порайко

Редактор А.Полионова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Патрушева

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3014 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5