способ ремонта пластмассовых покрытий металлических труб и ремонтное покрытие

Формула изобретения

1. Способ ремонта покрытий из вспененного или невспененного пластмассового материала путем наложения ремонтного покрытия из полимерной композиции на основе полипропилена на удаленные или поврежденные участки покрытия металлической трубы, отличающийся тем, что используют ремонтное покрытие, выполненное в виде по меньшей мере одного сегмента полого цилиндра, имеющего внутренний радиус, равный внешнему радиусу металлической трубы, а внешний радиус, равный сумме внешнего радиуса металлической трубы и длине, составляющей 80 - 120% толщины покрытия, при этом используют полимерную композицию, содержащую 92 - 98 мас.% полимера пропилена, выбранного из группы, включающей полипропилен, кристаллические сополимеры пропилена и этилена, содержащие 2 - 25 мол.% этилена и/или альфа-олефинов с 4 - 10 атомами углерода, гетерофазные композиции, содержащие указанные полипропилен или кристаллические (со)полимеры пропилена в комбинации с одним или более олефиновых эластомеров; 2 - 8 мас.%-УФ-стабилизатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сегмент или сегменты полого цилиндра из вспененной полимерной композиции с плотностью пены 650 - 800 кг/м³.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сегменты накладывают на металлическую трубу и склеивают посредством нанесения между металлической трубой и соответствующим сегментом полого цилиндра клея, содержащего следующие компоненты: 59 - 94 мас.% полипропилена или статистического сополимера пропилена с этиленом, или пропилена, этилена и 1-бутена, или их смеси с одним или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из сополимера этилена с винилацетатом, полиэтилена низкого давления, полиэтилена высокого давления, полиамидов и полиуретана; 5 - 40 мас.% эластомера или смеси эластомеров, выбранных из группы: этилен-пропиленовый каучук, этилен-пропилендиеновый терполимер, стирол-бутадиен-стирольный блоксополимер, стирол-этилен-бутадиен-стирольный блоксополимер и сополимеры этилена с этилакрилатом; 1 - 10 мас. % полипропилена, модифицированного малеиновым ангидридом, или изофорон-бис-малеамидной кислотой, или акриловой кислотой в количестве 1 - 10%.

4. Ремонтное покрытие для ремонта удаленных или поврежденных участков полимерного покрытия вспененными или невспененными пластмассами на металлических трубах, причем ремонтное покрытие выполнено из полимерной композиции на основе полипропилена, отличающееся тем, что оно выполнено в виде по меньшей мере одного сегмента полого цилиндра, имеющего внутренний радиус, соответствующий наружному радиусу металлической трубы, при следующем соотношении компонентов композиции: 92 - 98 мас.% полимера пропилена, выбранного из группы, включающей полипропилен, кристаллические сополимеры пропилена и этилена, содержащие от 2 до 25% мол. этилена и/или альфа-олефинов с 4 - 10 атомами углерода, гетерофазные композиции, содержащие указанный полипропилен или кристаллические (со)полимеры пропилена в комбинации с одним или более олефиновых эластомеров, 2 - 8 мас.%-УФ-стабилизатора.

5. Ремонтное покрытие по п.4, отличающееся тем, что сегмент или сегменты полого цилиндра выполнены из вспененной полимерной композиции, имеющей плотность 650 - 800 кг/м³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам ремонта пластмассовых покрытий на металлических трубах.

Металлические трубы, преимущественно из стали, покрытые пластмассовыми материалами, широко применяются для трубопроводов, несущих даже на большие расстояния жидкости, такие, как нефть, природный газ или воду.

Эти трубопроводы должны быть устойчивыми против самых разнообразных условий окружения и в некоторых случаях высоких температур, которые поддерживаются, например, вблизи насосных станций или, что может быть также типичным для некоторых жидкостей, извлекаемых из-под земли. Чтобы получить оптимальную термоизоляцию, можно использовать в качестве покрытия вспененные пластмассы или толстые слои невспененных пластмасс.

Поэтому чтобы избежать слабых точек вдоль линии и поддерживать высокую термоизоляцию, необходимо, чтобы поврежденные или удаленные участки пластмассового покрытия, например, в местах сварки ремонтировались бы таким образом, чтобы получить механические свойства, наиболее подобные свойствам первоначального покрытия.

В [1] , являющейся наиболее близким аналогом изобретению, указывается, что части пластмассового покрытия, которые удалены или повреждены на металлических трубах (в особенности при невспененных покрытиях), можно успешно ремонтировать, используя куски или полоски полипропиленового материала, которые приклеиваются к трубам с помощью специальной полимерной клеящей композиции. Однако этот процесс не подходит для ремонта труб, покрытых вспененными или толстыми невспененными пластмассами, т.е. труб с толщиной покрытия от 5 мм до 10 см.

Разработаны материалы для покрытия и способы ремонта, которые позволяют получить в отремонтированных частях труб, имеющих покрытие, выполненное из вспененной пластмассы и невспененной (последние обычно имеют большую толщину), высокие физико-механические свойства и термоизоляционные характеристики, сравнимые со свойствами первоначальных покрытий, особенно пригодных для ремонта покрытий из вспененных или толстых полипропиленовых материалов. В частности, был отработан процесс для ремонта внешних покрытий металлических труб, выполненных из пластмассового материала, состоящий в наложении ремонтного покрытия на части, с которых покрытие было удалено или повреждено. Это ремонтное покрытие состоит в основном из одного или более сегментов полого цилиндра, имеющих внутренний радиус, равный внешнему радиусу металлической трубы, а внешний радиус равен сумме внешнего радиуса трубы плюс длина, находящаяся между 80 и 120% толщины покрытия. Полые сегменты цилиндра были изготовлены из полимерной композиции, предпочтительно вспененной, содержащей, мас.%, следующие компоненты:

(А) 92-98% термопластичного полимера, выбранного из пропилена, кристаллические сополимеры пропилена, содержащие 2-25 мол.% этилена и/или альфа-олефинов с 4-10 атомами углерода, гетерофазных композиций, содержащих вышеуказанный тремопластичный полимер в комбинации с одним или более олефиновых эластомеров;

(B) 2-8 мас.% УФ-стабилизатора, выполняющего функцию блокирования ультрафиолетового излучения, такого, как диоксид титана и угольная сажа.

В качестве компонента (A) могут использоваться следующие полимеры:

изотактичный полипропилен, имеющий индекс изотактичности до 99;

статистические сополимеры пропилена /этилена с содержанием этилена 1-6 мас.% и более, предпочтительно 2-4%;

статистические сополимеры пропилена, этилена и 1-бутена с содержанием этилена 2-4 мас.% и содержанием 1-бутена 4,5-5,6 мас.%;

смеси упомянутых выше полимеров с олефиновыми эластомерами, такими, как этилен-пропиленовый каучук, (EPR) или этилен-пропилендиеновый терполимер (EPDM), при желании вулканизированные, предпочтительно содержащие 5-40 мас.% эластомеров;

гетерофазные композиции, полученные стереоспецифичной последовательной полимеризацией пропилена с этиленом и/или альфа-олефинами с 4-10 атомами углерода, при желании в присутствии малых количеств диена, такого, как бутадиен, 1,4-гексадиен, 1,5-гексадиен и 1-этилиден-норборнен.

Примеры альфа-олефинов с 4-10 атомами углерода, которые могут присутствовать в вышеуказанных полимерах, таковы: 1-бутен, 34-метил-1-пентен и 1-гексен.

В упомянутых выше гетерофазных композициях этилен и/или альфа-олефины с 4-10 атомами углерода могут присутствовать в количествах до 50 мас.%.

Как говорилось выше, полимерные композиции, используемые для изготовления полых цилиндров, предпочтительно вспениваются. Для этой цели можно пользоваться вспенивающими добавками для олефиновых материалов, уже известными в этой отрасли техники, в особенности вещества, которые способны вспенить полиолефины в процессе экструдирования или литья под давление (шприцгус).

Фактически, как будет описано подробнее ниже, сегменты полого цилиндра, используемые по способу данного изобретения, удобно изготовлять экструдированием или шприцгусом.

Указанные вспенивающие вещества представляют собой низкокипящие газы или жидкости, или материалы, выделяющие газ при нагревании. Конкретными примерами вспенивателей могут служить воздух, азот, двуокись углерода или углеводороды, при желании фторированные и/или хлорированные, такие, как бутан, пропан, изобутан, пентан, гексан, дихлордифторментаны, дихлортрифторэтан, или композиции на основе лимонной кислоты и бикарбоната натрия, или азодикарбамид. Вместе с указанными выше вспенивающими веществами при желании можно использовать нуклеатирующие агенты, способствующие зародышеобразованию, такие, как тальк или бензоат натрия.

Для достижения технического результата данного изобретения предпочтительно, чтобы вспенивание полимерной композиции было таким, чтобы плотность пены находилась в диапазоне 650-800 кг/м³. Способ изготовления полого цилиндра не очень важен. Как говорилось выше, можно экструдировать полимерную композицию на трубу, имеющую внешний диаметр, равный внешнему диаметру трубы, покрытие которой нужно ремонтировать (внутренний диаметр экструдированного изделия равен внешнему диаметру трубы), пока не будет получена необходимая толщина.

Сегменты полого цилиндра получают резанием и сниманием материала покрытия с трубы, служившей оправкой. В качестве альтернативы можно пользоваться шприцгусом - литьем под давлением в форму. Сегменты нарезаются или формуются таким образом, что их форма хорошо подходит к месту ремонта. Чтобы получить хорошее покрытие, желательно использовать один или более сегмент полого цилиндра соответствующей формы. Очевидно, что размещение сегментов полого цилиндра на ремонтируемой трубе производится таким образом, чтобы внутренняя поверхность этих сегментов полого цилиндра находилась в контакте с внешней поверхностью трубы.

Чтобы соединить сегменты полого цилиндра с металлической трубой, удобно наложить слой клея между металлической трубой и этими сегментами полого цилиндра.

Горячие клеевые расплавы очень подходят для этой цели, особенно те, которые, как и в [1], содержат следующие компоненты, мас.%:

1) 59-94% полипропилена или статистического сополимера пропилена с этиленом, или пропилена, этилена и 1-бутена, или их смесей с одним или несколькими полимерами, выбранными из группы, состоящей из сополимера этилена с винилацетатом, полиэтилена низкой плотности (IDPE), полиэтилена высокой плотности (HDPE), полиамидов и полиуретана;

2) 5-40% эластомера или смеси эластомеров, выбранных из группы этилен-пропиленовый каучук (EPR), этилен-пропилендиановый терполимер (EPDM), стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер (SEBS), стирол-этилен-бутадиен-стирольный блок сополимер (SBS) и сополимеры этилен с этилакрилатом;

3) 1-10% полипропилена, модифицированного малеиновым ангидридом, или изофорон-бис-малеамидной кислотой, или акриловой кислотой в количествах 1-10%.

Другие типы горячих клеевых расплавов могут быть получены смешиванием указанных компонентов (1) и (3) с гетерофазными композициями, описанными выше.

Эти клеи могут быть наложены на трубу отдельно от сегментов полого цилиндра, например, в форме пленки или порошка. Также возможно наносить эти клеи на внутренность сегмента полого цилиндра посредством экструдирования.

Таким образом получают сегмент полого цилиндра, внутренняя поверхность которого покрыта слоем клея, предпочтительно имеющего толщину 100-2000 мкм.

Скрепление сегментов полого цилиндра с непокрытой частью трубы производят, например, нагревом трубы до нужной температуры, предпочтительно 200-240^oC. Для этой цели может служить, например, индукционная печь. Особенно эффективное крепление получается, если до наложения клея и сегментов полого цилиндра и до нагревания трубы свободную от покрытия поверхность трубы подвергнуть очистке, например, пескоструйкой и затем наложить один или несколько слоев грунтовки, например, такой, как эпоксидная смола, силаны и хроматы.

В фазе наложения сегмент полого цилиндра или несколько сегментов могут удерживаться и прижиматься в правильном положении с помощью полосок или чехлов, выполненных из термоусаживающегося материала.

Любые щели, оставленные на покрытии после окончания ремонта, могут быть заполнены экструдированием в эту щель полимерной композиции того же типа, что использовалась для сегментов полого цилиндра. Последующие примеры приведены для иллюстрации, но не для ограничения данного изобретения.

Пример 1. Стальная труба, предварительно обдутая песком, но не нагревающаяся, покрывается боковым экструдированием, с использованием листа клеящего полимера и различных слоев листа вспененной полимерной композиции, получая таким образом покрытие с полной толщиной, равной 4 см. Толщина клеевого слоя 500 мкм.

Клеевая полимерная композиция содержит, мас.%: 86,5% статистического сополимера пропилена с этиленом, содержащего 4% этилена, 10% материала Дутрал CO 054 (сополимер EPR, содержащий 44% пропилена), и 3,5% Геркоприма G (полипропилен с 1,5% малеинового ангидрида); вспененная полимерная композиция содержит 98% пропилен/этиленового гетерофазного сополимера и 2% диоксида титана.

Указанный пропилен/этиленовый гетерофазный сополимер получают последовательной сополимеризацией в присутствии катализатора Циглер-Натта при отношении MPR/L (AST-MD 1238), равном 3 г/10 мин. Он содержит 85% изотактичного полипропилена и 15% этилен/пропиленового сополимера и имеет полное содержание этилена, равное 7%.

Чтобы получить вышеуказанную полимерную композицию во вспененной форме, добавляют в экструдер, выдающий покрытие, примерно 1,2% по массе вещества Гидроцероль НК (на основе лимонной кислоты и бикарбоната натрия, продаваемого фирмой Берингер в Ингелхайме) и примерно 0,3% бензоата натрия. Таким образом получают плотность примерно 700 кг/м³.

Из такого покрытия получают полый цилиндр, разделенный по длине на два сегмента, с длиной, равной длине участка сварки трубы, который нужно отремонтировать. Вспененное покрытие ремонтируемых труб выполняют из полипропиленового материала с общей толщиной 4 см.

Площадь трубы, подлежащей ремонту, обрабатывают пескоструйкой, наносят тонкий слой (20-40 мкм) однокомпонентной эпоксидной смолы (такой, как OLE PRIMER, фирмы Венециани), и затем два сегмента полого цилиндра закрепляют на трубе, заматывая их лентой. Сталь трубы нагревают до 220^oC с использованием индукционной печи, ленту дополнительно затягивают, чтобы привести к одному уровню толщину первоначального покрытия и покрытия на ремонтируемом участке. Края участка ремонта уплотняют с использованием малого портативного экструдера Омокрон EP 715, содержащего полимерную композицию, состоящую из 98% упомянутого выше гетерофазного пропилен/этиленового сополимера и 2% диоксида титана.

Пример 2. Способ ремонта покрытия осуществляют по примеру 1. Отличие состоит в том, что полый цилиндр выполняют только из вспененного материала. Ремонт области сварного шва ведут по примеру 1, с той разницей, что после эпоксидной смолы наносят порошковый клей с использованием электростатического пистолета.

Проверка изоляции в водном децимолярном растворе NaCl показала получение совершенного уплотнения места ремонта. Сопротивление изоляции в обоих полимерах было получено 10¹² Омм² (норма NfA 49-710). Проверка адгезии при комнатной температуре для обоих примеров показала величины выше 10 Н/мм² (норма BS903 A21).