Адгезия и фазовые переходы в нефтеполимерных системах Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Дезорцев С.В., Доломатов М.Ю., Тимофеева М.Ю, Бухарметова А.М.

Уфимская государственная академия экономики и сервиса, г. Уфа ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ», г. Уфа

АДГЕЗИЯ И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В НЕФТЕПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМАХ

В последние годы требования к качеству нефтеполимерных материалов на основе высокомолекулярных нефтяных остаточных фракций и полимеров для гражданского, промышленного и дорожного строительства неуклонно повышаются.

Технология создания материалов с заданным комплексом физикохимических свойств требует исследований, основанных на применении современной теории фазовых переходов (ФП). Согласно теории [1] нефтеполимерные материалы являются сильно неидеальными многокомпонентными органическими системами (МОС) с хаосом химического состава, где полимер распределен в среде многокомпонентной стохастической системы (МСС) - нефтяного высококипя-щего растворителя. На сегодняшний день задача создания нефтеполимерных композитов решается эмпирически, за исключением работ, в которых сделаны попытки применить теорию фазовых переходов (ФП) к разработкам битумполимеров (Юхименко А.В.) [2, 3]. В работах Доломатова М.Ю. [4-8] развиты современные представ-

ления теории ФП. Установлено [1], что в МОС происходит совмещение (запаздывание) фазовых переходов первого и второго рода, что связано с нормальным распределением критических радиусов и термодинамических потенциалов ФП по составу системы. Расчеты и эксперименты показывают аномально высокие значения критических радиусов ФП в МОС. Сформулирован принцип пространстве нно-временного пересечения ФП в МОС [1, 2], согласно которому в нефтян ых системах в момент, когда образование одной фазы еще не закончилось, наступает рождение другой фазы. Данные дилатометрии и исследования процессов стеклования и т.д. свидетельствуют об отсутствии резких скачков удельных объемов и теплоемкостей, которые характерны для обычных ФП. Важнейшими характеристиками не-

фтеполимеров являются их пластические и адгезионные свойства, которые характеризуются температурой стеклования (размягчения) и адгезией. В ранее проводимых исследованиях такая связь плохо изучена. Целью данной работы является изучение связи пластических и адгезионных свойств нефтеполимерных материалов на основе теории ФП. Задачи исследования:

- изучение адгезии и пластичности материалов в различных фазовых состояниях системы «нефтяной остаток - полимер»;

- сопоставление изменения адгезии и размягчения (стеклования) относительно критических областей ФП.

В качестве объектов исследования взяли нефтеполимерную композицию «остаточный дорожный битум - полиэтилен» (Б-ПЭ), пригото»ленную в лабо-

Концентрация полимера, % масс.

Концентрация , % масс.

Рис. 1. Зависимость температуры размягчения нефтеполимер- Рис. 2. Зависимость адгезии нефтеполимерной компо-ной композиции «остаточный битум-полиэтилен» от концен- зиции «остаточный битум-полиэтилен» от концентра-трации полимера ции полимера

АНТИКОРРОЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ «ФРУСИС-ЮООА С ПРАЙМЕРОМ ЮП 1000»

Одним из важнейших аспектов эксплуатации трубопроводов всех назначений является вопрос обеспечения надежной антикоррозионной защиты подземных сооружений нефтяной и газовой отраслей.

«Фрусис-ЮООА» («FRUCS-1000A») - быстроотверждающийся полиуретановый материал, не содержащий растворителей, разработан фирмой «Ка-ваками Пэйнт МФг. Ко. Лтд.» (Япония) по заданию Министерства газовой промышленности СССР в 1989 году и рекомендован ОАО «Газпром» к применению, как в трассовых, так и в заводских условиях.

Покрытие «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000» обеспечивает надежную, более чем 30-летнюю, защиту от коррозии трубопроводов, фасонных соединительных деталей, фитингов, запорной арматуры, шаровых кранов, задвижек, отводов, кривых «горячего» и «холодного» гнутья и т.п. в процессе длительной эксплуатации при температуре до + 60 °С включительно (кратковременно до + 80 °С) в любых агрессивных грунтах.

Покрытие применяется при строительстве, реконструкции и ремонте объектов добычи и транспортировки нефти и газа. Покрытие также может быть использовано для изоляции свай и других металлических морских конструкций.

Процесс нанесения покрытия механизирован и осуществляется распылением с помощью специального оборудования (ТОМАС Н-20 и LIGHT BEAR 30) без предварительного подогрева изолируемых труб и запорной арматуры; при этом равномерное покрытие наносится на изделия любой конфигурации и любого размера.

Покрытие «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000» прошло экспертизу промышленной безопасности и разрешено к применению Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Разрешение № РРС 00-20410 от 20.04.2006), успешно прошло испытание и имеет официальные заключения ООО «ВНИИГАЗ» и ОАО «Институт ВНИИСТ», отвечает требованиям ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии», Техническим условиям и Техническим требованиям ОАО «Газпром» и ОАО «АК «Транснефть». «Инструкция по технологии заводской и трассовой изоляции пок-

рытием «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000» согласована, и одобрена Госгортехнадзором России.

Кроме того, оформлен официальный российский патент № 2072905 от 10.02.1997 г.

В Республике Казахстан техническим советом ЗАО «Интергаз Центральная Азия» от 29.05.2003 г. и 08.02.2006 г. и техническим советом ЗАО «КазТрансОйл» от 18.09.2003 г. принято решение о внедрении антикоррозионного покрытия «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000» на объектах нефтегазовой отрасли.

Антикоррозионное покрытие «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000» используется ОАО «АК «Транснефть» при строительстве объектов Балтийской трубопроводной системы.

Имеется более чем 17-летний положительный опыт (с 1991 г.) использования покрытия в трассовых условиях, в том числе в районах Крайнего Севера, на предприятиях ОАО «Газпром».

С 2000 года и по настоящее время покрытие с успехом применяется субподрядными организациями ОАО «Стройтрансгаз» на стройках и ремонтах важнейших газопроводов, в том числе «Ямал-Европа» и «Голубой поток».

В соответствии с требованиями ОАО «Газпром» и ОАО «АК «Транснефть» о комплектации объектов современного строительства транспортных нефтегазовых систем изделиями с заводскими покрытиями на сегодняшний день уже одиннадцть крупнейших предприятий отрасли (ОАО «Волгоград-нефтемаш», ЗАО «Трубостан», ЗАО «Кургангазстройдеталь», ОАО «Лик-симонтажконструкция», ОАО «Газстройдеталь», г. Тула, ОАО «Московский трубозаготовительный комбинат», ОАО «Завод Сибгазстройдеталь», ЗАО «СОТ» г. Челябинск, ОАО «Пензтяжпромарматура», ОАО «Тяжпромарматура» г. Алексин, ОАО «Трубодеталь» г. Челябинск) успешно работают и осуществляют поставки запорной арматуры и соединительных деталей трубопроводов с покрытием «Фрусис-ЮООА с праймером ЮП 1000», наносимым в заводских условиях.

Получено экспертное заключение на применение покрытия в проектах «ВСТО» и «СЕГ», где успешно применяется в настоящее время.

Представительство в России «ТЕХНО СЕРВИС ИНТЕРНЭШНЛ ЛТД.» Тел.: (495) 792-72-65, факс: (499) 763-81-20 e-mail: tsi@frics.ru, www.frucs.ru

АКРУС АНТИКОРРОЗИЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ

©

АКРУС - индустриальные химстойкие, атмосферостойкие покрытия с длительным сроком эксплуатации в различных климатических условиях для защиты стальных, бетонных поверхностей в нефтегазовой, судостроительной металлургической и других отраслях. Материалы разработаны с использованием инновационных технологий в соответствии со стандартами 130, АЕЗТМ, ГОСТ РФ.

Сертифицированы ОАО ВНИИСТ.

ООО «Антикоррозийные защитные покрытия», г. Москва, 1й Ножевнический пер., 10, тел.факс: [495] 363-56-69, е-таН: info@akrus-akz.ru

раторных условиях. В качестве полимерной составляющей использован гранулированный полиэтилен высокого давления марки 110862 ГОСТ 1.6337-72 производства ОАО «Уфаоргсинтез». Адгезию измеряли методом отрыва стальной пластины.

Степень упорядоченности структуры нефтеполимера в каждой точке на диаграмме состояний описывалась параметром порядка по концентрации, который определялся по формуле:

„ _ Скр-С (1)

' Скр

где Скр и С - критическая (в точке ФП) и текущая концентрация соответственно, % масс., ^ - параметр порядка по концентрации.

Параметр порядка по температуре размягчения:

Т-Т„

t=

кр_______;р_

C

'-'кр

(2)

где t - параметр порядка по температуре размягчения; Тр - текущая температура размягчения, К; Ткр - критическая температура размягчения, К.

Исследовалось изменение температуры размягчения и адгезии как концентрационных функций изменения свойств системы. Соответствующие диаграммы состояний нефтеполимерной системы Б-ПЭ представлены на рис. 1 - 4.

На рис. 1, 2 приведены ранее полученные для нефтеполимерной композиции Б-ПЭ зависимости температуры размягчения и адгезии от концентрации полимера (Тимофеева М.Ю., Бухарметова А.М.) [8, 9].

Нами проведены дальнейшие исследования по изучению взаимосвязи параметров порядка по концентрации и температуре размягчения с адгезией нефтеполимерных систем к различным субстратам.

На рис. 3 приведена зависимость адгезии исследуемой нефтеполимерной системы Б-ПЭ от параметра порядка по концентрации (сталь, 140 0С).

Полученная графическим путем зависимость (рис. 3) описывается полиномом пятой степени, как и зависимость адгезии от концентрации полимера (рис. 2). Значения коэффициентов корреляции примерно одинаковы и составляют R=0,98 и R=0,96, соответственно.

На рис. 4 приведена зависимость адгезии системы Б-ПЭ от параметра порядка по температуре размягчения (сталь, 140 0С).Полученные зависимости показывают размытый характер изменений адгезии в единственной точке фазового перехода II рода. Какие-либо резкие скачки параметра порядка по температурам размягчения отсутствуют, что является подтверждением размытого характера ФП.

В случае адгезии, в отличие от температуры размягчения, с ростом концентрации происходят резкие изменения, связанные с изменением состава молекулярных ансамблей, участвующих в адгезии, что находится в соответствии с теорией адгезии неидеальных высокомолекулярных систем [10, 11].

надежность

долговечность технологичность нанесения

ТЕрМЯ

Санкт-Петербург

www.terma-spb.ru

15 лет стабильной работы

на рынке производства изоляционных материалов

ТЕРМОУСАЖИВАЕМЫЕ АНТИКОРРОЗИОННЫЕ

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИЗОЛЯЦИЯ ДЛЯ ЛИНЕЙНОЙ НАСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Адрес 192029, Россия

СПб, ул. Дудко д.З info@terma-spb.ru Website www.terma-spb.ru

лефоны: +7(812)740-37-39

+ 7(812) 600-18-20 + 7(812) 600-18-46 Факс +7(812)740-37-38

• ТЕРМА-40, ТЕРМА-60 — двухслойная лента с полимерным адгезионным опоем для нанесения 2-х слойной полимерной изоляции или 3-х слойной эпоксидно-полимерной изоляции.

■ ТЕРМА-Л — защитная однослойная лента-обертка без адгезионного слоя, предназначена для использования в комплексных битумно-полимерных покрытиях, наносимых горячим способом в трассовых условиях.

• ТЕРМА-МХ — защитная двухслойная лента-обертка с самоклеящимся битумно-полимерным адгезионным слоем, предназначена для использования в комплексных битумно-полимер-ных покрытиях, наносимых холодным способом в трассовых условиях.

ИЗОЛЯЦИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ СТЫКОВ ТРУБ И ОТВОДОВ

■ ТЕРМА-СТМП — манжета для изоляции сварных стыков труб с 3-х спойным заводским полимерным покрытием диаметром до 1720 мм.

■ ТЕРМА-СТ — лента для изоляции сварных стыков труб и отводов с 2-х спойным заводским полиэтиленовым покрытием. Для образования 3-х слойного покрытия может поставляться в комплекте с эпоксидным праймером.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕМОНТА ИЗОЛЯЦИИ

• ТЕРМА-РЗ, ТЕРМА-Р — комплект материалов для ремонта мест повреждения заводского полиэтиленового покрытия труб, а также покрытия на основе термоусаживающихся лент. Состоит из термоплавкого ремонтного заполнителя и армированной ленты-заплатки.

ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ДЛЯ ТЕПЛОПРОВОДОВ

АДГЕЗИВЫ ДЛЯ ТРУБНЫХ ЗАВОДОВ

0АЩ ипа ит корроз ии

Параметр порядка по концентрации

Параметр порядка по температуре

Рис. 3. Зависимость адгезии нефтеполимерной композиции Рис. 4. Зависимость адгезии нефтеполимерной компо-«остаточный битум-полиэтилен» от параметра порядка по кон- зиции «остаточный битум-полиэтилен» от параметра центрации порядка по температуре размягчения

На диаграммах состояния можно выделить области, которые разделяются критическими точками. На участке до первой критической точки происходит постепенное разрушение структуры высококипящего нефтяного компонента, на участке между критическими точками - переходная область, для которой характерна неупорядоченность, на участке после второй критической точки -формирование структуры полимера. Каждая область на диаграмме состояний описывается собственным соотношением между параметрами порядка и характеристиками состава системы. В точке ФП параметр по-

рядка обращается в ноль.

Выводы.

Установлена взаимосвязь адгезии и фазового перехода II рода в нефтеполимерных системах. В области фазового перехода увеличивается прочность соединения. Наблюдается полиэкстре-мальная зависимость адгезии от конце нтрации полиолефинов в углеводородных высококипящих многокомпонентных фракциях.

Таким образом, изучение ФП в многокомпонентных органических системах с хаосом состава позволяет создавать композиционные материалы с заданными физико-химическими свойства-

ми. При этом решаются задачи разработки и производства новых видов промышленной продукции и эффективного использования тяжелых нефтяных остатков.

Литература.

1. Доломатов М.Ю. Фрагменты теории реального вещества. М.: Химия, 2005.

- 207 с.

2. А.С. 16003227 СССР/ Юхименко А.В., Тюрин С.В./ БИ №40 от 30.10.1990.

3. Юхименко А.В., Тюрин С.В. Синергетика сопротивления усталостному разрушению угольных брикетов со связующим, предназначенных для

± к ЛЛ/ГЛ (495) 730-5757 ^0 www.arkor.ru

арматурная корпорация shop@arkor.ru

КЛАПАН

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

ДУ 10, 20 Ру 250, 373

КЛАПАН

СИЛЬФОНКЫЙ

' \ Яу 15 ‘ 200 Ру 16, 40

ЗАДВИЖКИ

Ду 15-1200 Ру 16-160

ШАРОВЫЕ КРАНЫ

Ду 15-1200 Ру 16-160

ВЕНТИЛИ

Ду 15-200 Ру 16-160

КЛАПАНЫ ОБРАТНЫЕ

Ду 15-600 Ру 16-40

ЗАТВОРЫ

Ду 50-1200 Ру 10-25

Ульяновск: [8422] 55-10-03 С.'Петербург: [812) 324-87-1 1 Новокузнецк: [3043] 45-74-50 Крвснодвр: (8Б1) 225-93-63 Курган: (3522) 45-51 -33

4

ап)

ЗАЩИТА ОT KDPPDЗИИ

коксования. - Харьков: Укр. заоч. по-литехн. ин-т, 1989. - 23 с.

4. Будрина Н.Г., Доломатов М.Ю., Ку-тьин Ю.А., Теляшев Э.Г. Направленный синтез полимерных матриц для нефтеполимерных композиционных материалов. // Композиционные материалы в промышленности (СЛАВ-ПОЛИКОМ - 2000): Материалы 20-й межд. конф. - Киев: АТП Украины, 2000. - С. 24-34.

5. Доломатов М.Ю., Будрина Н.Г., Адуллина В.Р. Физико-химический анализ систем на основе полиолефи-нов и нефтяных остатков. // Наука и технология углеводородных дисперсных систем: Материалы 2 межд. симпозиума. - Уфа: Реактив, т.2, 2000. -С.10-12.

6. Будрина Н.Г., Доломатов М.Ю. Особенности фазовых переходов в многокомпонентных высокомолекуляр-

ных системах //Сервис в XXI столетии: Материалы межд. научно-практ. конф. - Уфа: УГИС, 2003.

7. Будрина Н.Г., Доломатов М.Ю., Денисова Е.А., Адулина В.Р. Физикохимический анализ систем на основе полиолефинов и нефтяных остатков. // Материалы второго межд. симпозиума "Наука и технология дисперсных систем", Т.2 -Уфа: УГНТУ, 2000.

8. Доломатов М.Ю., Тимофеева М.Ю., Будрина Н.Г. Адгезия и фазовые переходы в сложных высокомолекулярных системах: Учебное пособие. -Уфа: УТИС, 2001. - 41 с.

9. Бухарметова А.М., Доломатов М.Ю. Физические закономерности фазовых переходов в системах«полиэтилен - нефтяные дисперсные системы» // Современное состояние процессов переработки нефти: Материалы научно - практ. конф. - Уфа,

2004. - С. 33-35.

10. Доломатов М.Ю., Будрина Н.Г., Тимофеева М.Ю. Направленный синтез многокомпонентных композиционных материалов на основе высокомолекулярных соединений нефти и полиолефинов // Химическая технология. -2002. - № 2. - С. 15-19.

11. Доломатов М.Ю., Тимофеева М.Ю. Термодинамическая модель адгезии многокомпонентных полимерных систем к волокнистым субстратам // Химическая технология. - 2004. -№1. - С. 4-7.

ОАО «АТОММАШЭКСПОРТ»

Клапаны обратные осесимметричные: DN 100, 150, 200, 300, 400; PN16,0 МПа DN 300, 400, 500, 700 PN 8,0 МПа, ТУ 3742-011-34390194-2003

Технические характеристики:

Рабочая среда: природный, попутный нефтяной, искусственный газ; Герметичность затвора: по API 598 Температура рабочей среды, 0С: от - 45 до + 180;

Температура окружающей среды, 0С: от - 60 до + 50;

Срок службы - 30 лет;

Присоединение к трубопроводу: фланцевое или на сварке.

Отличительные и функциональные особенности:

• Осевое перемещение запорного органа;

• Безударное срабатывание;

• Минимальные потери давления;

• Отсутствие необходимости технического обслуживания в течение длительного времени;

• Спрямленная, осесимметричная конструкция устраняет вихревые течения, что значительно снижает уровень шума при работе. Продукция сертифицирована.

* t

на правах рекламы

Россия, 347387, Ростовская обл., г. Волгодонск, ул. К. Маркса, 44, Тел. (86392) 3-21-40, факс (86392) 4-96-06,

E-mail: atomexp@volgodonsk.ru

СИБТЕХГАЗ

J им. Кима Ф. И.

Производит и реализует широкий выбор ТЕХНИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ГАЗОВ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА. / к

Мы за

Ш

630039, Новосибирск, ул. Коммунстроевская, 157 тел. (383) 262-11-81, тел./факс: 262-14-73, 262-14-53 www.sibtechgaz.ru, e-mail: info@sibtechgaz.ru