Термоотверждаемая герметизирующая композиция для ремонта паропроводов
Владельцы патента RU 2327723:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом" (ФГУП "НИИ полимеров") (RU)
Изобретение относится к термоотверждаемой герметизирующей композиции, используемой для ремонта паропроводов. Техническая задача - создание термоотверждаемой герметизирующей композиции для ремонта паропроводов без остановки подачи пара. Предложена композиция, содержащая, мас.ч.: 100 (мет)акрилового мономера или его смеси с аллиловым мономером, 0,5-2,5 инициатора, 0,01-0,32 гидрохинона, 0,01-0,13 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксила, 0,004-0,05 динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 20-125 наполнителя и 5-30 функциональных добавок. Заявляемая композиция имеет полимеризационную активность при температуре 100-250°С 3-8 минут и предел прочности 6,5-15,5 МПа. Этой адгезионной прочности достаточно, чтобы выдержать давление пара до 4 МПа. Применение предлагаемой композиции позволяет осуществлять ремонт паропровода без остановки подачи пара. 1 табл.
Изобретение относится к полимерной химии, а именно к созданию термоотверждаемой герметизирующей композиции, которая используется для ремонта паропроводов.
При эксплуатации паропроводов из-за образования свищей, вызванных коррозией, дефектами металла или напряжениями, возникающими при механическом воздействии, происходит выброс пара. Для устранения локального пропуска пара используют электросварку, металлические накладки с резиновыми прокладками и т.д. Однако, поскольку транспортируемый пар находится под давлением до 40 кг/см2 (4 МПа) и имеет температуру от 100 до 250°, все известные способы ремонта паропроводов требуют полного прекращения подачи теплоносителя во время проведения ремонтных работ. Это приводит к нарушению технологических процессов у потребителей и, следовательно, к финансовым потерям.
Более технологичным является использование полимерных герметизирующих композиций. Известны составы для ремонта трубопроводов на основе эпоксидных смол (патент РФ №2110728, F16L 55/175, 1998 г., патент РФ №2104439, F16L 55/175, 1998 г.). Недостатком таких композиций является необходимость предварительного смешения с отвердителем, точное дозирование - компонентов, ограниченная жизнеспособность, длительное время отверждения. Кроме того, при ремонте с использованием эпоксидных композиций также необходимо прекращать подачу теплоносителя в паропроводах.
Наиболее перспективным является ремонт паропроводов с применением термоотверждаемых герметизирующих композиций. Такой ремонт не требует прекращения подачи пара, что экономически выгодно, и позволяет использовать тепло пара для отверждения композиции.
Герметизирующие композиции, применяемые при таком ремонте паропроводов, должны обладать определенной полимеризационной активностью при температурах 100-250°С, позволяющей композиции оставаться жидкой во время ее инжекции и быстро отверждаться после заполнения зоны дефекта. Как показывает практика, полимеризационная активность при указанных температурах должна быть в пределах 3-8 мин. Кроме того, такие композиции должны обладать адгезией к ремонтируемой поверхности и выдерживать нагрузки, превышающие давление пара в паропроводе (4 МПа).
Исследование уровня техники не выявило опубликованных термоотверждаемых герметизирующих составов для ремонта паропроводов без остановки подачи пара.
Наиболее близкой к предлагаемой композиции является патент РФ №2213289, F16L 55/175, 2003 г., в котором приведены сведения о том, что для ремонта паропроводов без остановки подачи пара могут использоваться полимеризуемые акриловые или аллиловые мономеры.
Целью предлагаемого изобретения является создание термоотверждаемой герметизирующей композиции для ремонта паропроводов без остановки подачи пара.
Для достижения поставленной цели предлагается термоотверждаемая герметизирующая композиция для ремонта паропроводов, содержащая 100 мас.ч. (мет)акрилового мономера или его смеси с аллиловым мономером, 0,5-2,5 мас.ч. инициатора полимеризации, 0,1-0,32 мас.ч. гидрохинона, 0,1-0,13 мас.ч. 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидил-1-оксила, 0,004-0,05 мас.ч. динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 50-125 мас.ч. наполнителя и 5-30 мас.ч. функциональных добавок.
В качестве (мет)акриловых и аллиловых мономеров используются диметакрилат триэтиленгликоля, метакрилат этиленгликоля, диметакрилат полиоксиэтиленгликоля, октилметакрилат, этилгексилакрилат, триаллилизоцианурат и т.д.
В качестве наполнителя применяются порошки металлов, минеральных веществ и полимеров, а также тиксотропирующие агенты.
Инициаторами служат азонитрилы и пероксиды.
В качестве функциональных добавок используются полимерные загуститители, пластификаторы, вспенивающиеся агенты, красители, эмульгаторы и ДР.
Ниже приведены конкретные примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.
Пример 1.
Термоотверждаемую герметизирующую композицию готовят путем смешения 75 мас.ч. диметакрилата триэтиленгликоля (ТГМ-3), 25 мас.ч. метакрилата этиленгликоля (МЭГ), 10 мас.ч. сополимера бутилметакрилата и метилметакрилата (сополимер МБ-20), 10 мас.ч диоктилфталата (ДОФ), 7 мас.ч. порошкообразного асбеста, 6 мас.ч. карбонильного железа, 7 мас.ч. аэросила, 2 мас.ч. 2,2'-азобис-(изобутиронитрила) (АДН), 0,01 мас.ч. гидрохинона и 0,03 мас.ч. 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксила (нитроксил-1) и 0,01 мас.ч. динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б).
Полимеризационную активность композиции определяли в термостатируемой при 120°С пробирке, заполненной композицией на высоту 3 см. За жизнеспособность принимается время от момента помещения пробирки в термостат до момента образования в ней полимера.
Адгезионную прочность характеризовали величиной предела прочности при отрыве. Композицию помещали между 2-мя стальными образцами, отверждали и выдерживали при температуре испытаний 120°С в течение 1 часа. Образцы и метод определения предела прочности при отрыве по ГОСТ 14760. Состав композиции, условия и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 2.
Термоотверждаемую герметизирующую композицию готовят путем смешения 20 мас.ч. ТГМ-3, 70 мас.ч. триаллилизоцианурата ((ТАИЦ), 10 мас.ч. метакрилата пропиленгликоля (МПГ), 25 мас.ч. олигомера диаллилизофталата (ДАИФ), 0,1 мас.ч. ацетилфенилгидразина (АФГ), 40 мас.ч. цемента, 55 мас.ч. карбонильного железа, 25 мас.ч. порошкообразного асбеста, 5 мас.ч. аэросила, 2 мас.ч. пероксида дикумила (ПДК), 0,32 мас.ч. гидрохинона, 0,13 мас.ч. нитроксила-1 и 0,05 мас.ч. трилона Б. Испытания проводят аналогично описанным в примере 1 при температуре 200°С.
Состав композиции, условия и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 3.
Термоотверждаемую герметизирующую композицию готовят путем смешения 50 мас.ч. диметакрилата триэтиленгликоля (ДМЭГ), 40 мас.ч. ТАИЦ, 10 мас.ч. этилгексилакрилата (ЭГА), 10 мас.ч. каучука СКН-18-1А, 20 мас.ч. порошкообразного асбеста, 10 мас.ч. порошкообразного фторопласта Ф-4, 4 мас.ч эмульгатора ОП-7, 2 мас.ч. аэросила, 0,01 мас.ч. красителя органического жирорастворимого зеленого антрахинового, 2,5 мас.ч. пероксида третичного бутила (ПТБ), 0,05 мас.ч. гидрохинона, 0,05 мас.ч. нитроксила-1 и 0,004 мас.ч. трилона Б. Испытания проводят аналогично описанным в примере 1 при температуре 250°С.
Состав композиции, условия и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 4.
Термоотверждаемую герметизирующую композицию готовят путем смешения 85 мас.ч. ТГМ-3, 5 мас.ч. диметакрилата полиэтиленгликоля (ТГМ-13), 10 мас.ч. октилметакрилата (ОМАК), 5 мас.ч. сополимера винилхлорида и винилацетата (сополимер А-15), 70 мас.ч., карбонильного железа, 20 мас.ч., алюминиевой пудры, 20 мас.ч. цемента, 0,5 мас.ч. 2,2'-азобис-(2,4-диметилвалеронитрил) (АДМВН), 3 мас.ч. аэросила, 0,15 мас.ч. гидрохинона, 0,1 мас.ч. нитроксила-1 и 0,015 мас.ч. трилона Б. Испытания проводят аналогично описанным в примере 1 при температуре 100°С.
Состав композиции, условия и результаты испытаний приведены в таблице.
Пример 5.
Термоотверждаемую герметизирующую композицию готовят путем смешения 100 мас.ч. ТГМ-3, 17 мас.ч. сополимера МБ-20, 10 мас.ч. ДОФ, 3 мас.ч. эмульгатора ОП-10, 30 мас.ч. карбонильного железа, 50 мас.ч. порошкообразного асбеста, 10 мас.ч. цемента, 2 мас.ч. аэросила, 2 мас.ч. трет-бутилпероксибензоата (ТБПБ), 0,07 мас.ч. гидрохинона, 0,01 мас.ч. нитроксила-1 и 0,03 мас.ч. трилона Б. Испытания проводят аналогично описанным в примере 1 при температуре 150°С.
Состав композиции, условия и результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица Состав и свойства термоотверждаемой композиции | |||||
| № п/п | Состав композиции | Температура испытаний, °С | Полимеризационная активность композиции, мин | Предел прочности при отрыве, МПа | |
| компоненты | мас.ч. | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. | ТГМ-3 | 75 | |||
| МЭГ | 25 | ||||
| АДН | 2 | 120 | 3 | 12,0 | |
| Гидрохинон | 0,01 | ||||
| Нитроксил-1 | 0,03 | ||||
| Трилон Б | 0,01 | ||||
| Асбест | 7 | ||||
| Железо | 6 | ||||
| Аэросил | 7 | ||||
| Сополимер МБ-20 | 10 | ||||
| ДОФ | 10 | ||||
| 2. | ТГМ-3 | 20 | |||
| ТАИЦ | 70 | ||||
| МПГ | 10 | 200 | 8 | 7,5 | |
| ПДК | 2 | ||||
| Гидрохинон | 0,32 | ||||
| Нитроксил-1 | 0,13 | ||||
| Трилон Б | 0,05 | ||||
| Цемент | 40 | ||||
| Железо | 55 | ||||
| Асбест | 25 | ||||
| Аэросил | 5,0 | ||||
| Олигомер ДАИФ | 25 | ||||
| АФГ | 0,1 | ||||
| 3. | ДМЭГ | 50 | |||
| ТАИЦ | 40 | ||||
| ЭГА | 10 | 250 | 3 | 6,5 | |
| ПТБ | 2,5 | ||||
| Гидрохинон | 0,05 | ||||
| Нитроксил-1 | 0,05 | ||||
| Трилон Б | 0,004 | ||||
| Асбест | 20 | ||||
| Фторопласт Ф-4 | 10 | ||||
| Аэросил | 2 | ||||
| СКН-18-1А | 10 | ||||
| ОП-7 | 4 | ||||
| Краситель | 0,01 | ||||
| 4. | ТГМ-3 | 85 | |||
| ТГМ-13 | 5 | ||||
| ОМАК | 10 | 100 | 6 | 10,0 | |
| АДМВН | 0,5 | ||||
| Гидрохинон | 0,15 | ||||
| Нитроксил-1 | 0,1 | ||||
| Трилон Б | 0,015 | ||||
| Железо | 70 | ||||
| Алюминий | 20 | ||||
| Цемент | 20 | ||||
| Аэросил | 3 | ||||
| Сополимер А-15 | 5 | ||||
| 5. | ТГМ-3 | 100 | |||
| ТБПБ | 2 | ||||
| Гидрохинон | 0,07 | 150 | 4 | 15,5 | |
| Нитроксил-1 | 0,01 | ||||
| Трилон Б | 0,03 | ||||
| Железо | 30 | ||||
| Асбест | 50 | ||||
| Цемент | 10 | ||||
| Аэросил | 2 | ||||
| Сополимер МБ-20 | 17 | ||||
| ДОФ | 10 | ||||
| ОП-10 | 3 |
Из приведенных в таблице данных видно, что заявляемая композиция имеет полимеризованную активность при температуре 100-250°С 3-8 минут и предел прочности при отрыве 6,5-15,5 МПа. Этой адгезионной прочности достаточно, чтобы выдержать давление пара до 4 МПа.
Пределы содержания в составе заявляемой композиции наполнителя и функциональных добавок ограничиваются эксплуатационными свойствами композиции - необходимой вязкостью, твердостью, адгезионными свойствами и др.
Пределы применения инициатора полимеризации ограничиваются: нижний предел - снижением полимеризационной активности композиции (до 30 мин и более), что делает нетехнологичным их использование; верхний предел - образованием полимера, не обладающего необходимыми эксплуатационными свойствами.
Композиции, содержащие компоненты ингибирующей системы в количествах, меньших заявляемых, полимеризуются в процессе приготовления.
Композиции, содержащие компоненты ингибирующей системы в количествах, больших заявляемых, имеют длительное время полимеризации, полимеризационная активность более 30 минут, что делает нетехнологичными их использование.
Технология ремонта паропроводов с использованием предлагаемой термоотверждаемой герметизирующей композиции осуществляется по способам ремонта локальных повреждений паропроводов, подробно описаных в патентах РФ №2213289 и №2216680, F16L 55/175, 2003 г., полученных на имя ФГУП "НИИ полимеров".
Использование предлагаемой композиции позволяет в кратчайшие сроки восстанавливать несущую способность трубопроводов без остановки подачи транспортируемого пара. Дальнейшая эксплуатация паропроводов показала надежность ремонта.
Термоотверждаемая герметизирующая композиция для ремонта паропроводов на основе полимеризуемого (мет)акрилового мономера или его смеси с аллиловым мономером содержит, мас.ч.:
| (мет)акриловый мономер или | |
| его смесь с аллиловым мономером | 100 |
| инициатор | 0,5-2,5 |
| гидрохинон | 0,01-0,32 |
| 2,2,6,6-тетраметил-4- | |
| оксопиперидин-1-оксил | 0,01-0,13 |
| динатриевая соль этилен- | |
| диаминтетрауксусной кислоты | 0,004-0,05 |
| наполнитель | 20-125 |
| функциональные добавки | 5-30 |
