寒冷地區(qū)石油管道套管接頭橡膠密封件使用問題。趙志正（中橡集團(tuán)西北橡塑研究設(shè)計院712023）因管道橡膠密封件中含有增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯DBP，編制鋪設(shè)了套管輸油管道150。橡膠是由石油介質(zhì)提取的，耐寒性差，是限制管道在寒冷氣候條件下使用的主要障礙。通過在密封橡膠配方中添加天然沸石來穩(wěn)定增塑劑，降低其從橡膠材料擴(kuò)散到接觸介質(zhì)中的速率。

俄羅斯塔拉甘維迪姆石油管道于1996年竣工并當(dāng)年投入使用。 150主線由6m長的管道組成，采用套筒接頭連接，采用橡膠密封圈保持接頭密封。石油管道密封件可以用最少數(shù)量的技術(shù)人員快速機械化和安裝。所有接頭均可拆卸，無需焊接過程。

1 - 橡膠密封圈2 - 多孔橡膠墊片在鋪設(shè)Taragan Vidim管道之前，解決了管道150能否在薩哈共和國（雅庫特）寒冷氣候條件下使用的問題。

對所采用的設(shè)計和技術(shù)方案進(jìn)行分析表明，影響管道在寒冷氣候條件下工作的主要障礙是所用密封材料的耐寒性不足。技術(shù)條件38105、196290規(guī)定管接頭密封圈可在4080溫度范圍內(nèi)使用。

密封件的貯存和運輸允許溫度低于30。這種級別的橡膠密封件的耐寒性不可能在北極地區(qū)可靠使用。另外，隨著允許存放期接近期末，發(fā)現(xiàn)與管道相匹配的密封件的機械性能出現(xiàn)了較大程度的下降。因此，決定采用耐寒性更高的橡膠來制作新型密封件。

根據(jù)類似系統(tǒng)密封件在低溫下的使用經(jīng)驗，CO PAH研究所的專家推薦使用基于丁腈橡膠18的B14橡膠來生產(chǎn)密封件。橡膠B14（原蘇聯(lián)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)88 0. 026, 20180）廣泛用于制作液壓、燃油和氣動系統(tǒng)的動、靜密封件，其技術(shù)參數(shù)滿足北極工程材料的要求。

在Taragan油氣田，在環(huán)境溫度205范圍內(nèi)，在配備所需截止閥和泵送設(shè)備的1000m長管道（有200多個接頭）上進(jìn)行了工業(yè)試生產(chǎn)。同時進(jìn)行充油、排油試驗，并按額定生產(chǎn)能力進(jìn)行輸油試驗。測試表明，150輸油管道具有足夠的可靠性和密封性。這使得可以使用該設(shè)計建造總長度為200公里的Taragan Vidim石油管道。

該石油管道自1996年8月以來仍在運行。

上述期間，共未發(fā)現(xiàn)00余個橡膠密封圈因密封不嚴(yán)而造成介質(zhì)泄漏的故障或事故。但由于輸油管道的設(shè)計和建設(shè)對北方氣候條件的適應(yīng)性較差，因此發(fā)現(xiàn)了一些重要問題： 1、必須確定管道內(nèi)所有橡膠密封件的更換周期?？磥碇芷诘拈L短取決于材料的性能。以及老化過程中性能的變化。

2、該輸油管道的工作溫度范圍不明確。目前，該石油管道每年5月至10月的運行條件相當(dāng)溫和。但人們也要求它可以一年四季使用。因此，目前還不清楚橡膠密封圈的性能在腐蝕性介質(zhì)和冬季極端低溫的同時作用下會發(fā)生怎樣的變化。

另一方面，必須研究密封材料與石油介質(zhì)相互作用的擴(kuò)散過程，包括介質(zhì)向材料的滲透以及橡膠材料組分中配合劑的萃取。將B14橡膠樣品在室溫下長時間浸泡在塔拉甘油田生產(chǎn)的原油中，然后按照前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)9.03474，溶脹度先下降2.4，然后增加，重量為樣本逐漸達(dá)到世界橡膠工業(yè)的初始值（圖2）。

力學(xué)：1-14橡膠2-控制橡膠3-14天然沸石改性橡膠。

橡膠樣品的重量在與有機介質(zhì)相互作用的初始階段下降，這首先與增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的萃取有關(guān)。其在14橡膠中的含量為30質(zhì)量份至100質(zhì)量份生膠，可以保證材料的高耐寒性。

這一事實已通過批量生產(chǎn)的14橡膠和對照橡膠的性能對比測試得到證實。對照橡膠的組成與量產(chǎn)的14橡膠類似(除了炭黑804的含量，其在量產(chǎn)橡膠中為130質(zhì)量份，在橡膠中為50質(zhì)量份)。但橡膠不含增塑劑。當(dāng)研究橡膠配方中不含增塑劑DBP 的材料-介質(zhì)相互作用動力學(xué)時，會出現(xiàn)交聯(lián)彈性體在烴介質(zhì)中典型的有限溶脹場景（圖2，有曲線參與，石油介質(zhì)在與增塑劑的萃取相比，聚合物體內(nèi)的擴(kuò)散過程占主導(dǎo)地位，并且曲線位于材料溶脹度的負(fù)范圍內(nèi)（圖2，曲線1）。

按照前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)40878測定對照橡膠在拉伸條件下的耐寒系數(shù)。與14橡膠相比，41~86牌拉力試驗機前者對試驗溫度的敏感性有所下降。橡膠按照前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)27075測定。強度和彈性均高于量產(chǎn)橡膠14（見表）。這是由于與14 橡膠相比， 橡膠中的炭黑填充度較低。

橡膠指標(biāo)PC 天然沸石改性14 橡膠拉伸強度、M Pa 斷裂伸長率、斷裂永久變形、吉爾硬度、相鄰交聯(lián)鏈標(biāo)準(zhǔn)單位分子量、拉伸狀態(tài)耐寒系數(shù)對和14橡膠的性能、耐腐蝕性和低溫性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，14橡膠具有較高的耐寒性。其原因在于增塑劑和填料含量選擇合適[1]。然而，該橡膠與塔拉甘油田生產(chǎn)的原油接觸后的低溫性能穩(wěn)定性尚不清楚。因為橡膠與原油接觸時，會析出大量增塑劑，必然導(dǎo)致材料的耐寒性下降，硬度增加，密封接頭的接觸壓力下降。

為了確保由這種橡膠生產(chǎn)的制品具有可靠的性能，必須采取措施阻止增塑劑從聚合物體擴(kuò)散到與其接觸的介質(zhì)中。用雅庫提油田生產(chǎn)的天然沸石對大量生產(chǎn)的橡膠14進(jìn)行改性是一種可以限制開采的方法。沸石具有獨特的吸附能力，可以用它來調(diào)節(jié)橡膠化合物中成分的萃取速度。以前的論文中曾描述過，在橡膠14中添加相對少量（最多10個）紅古魯?shù)V產(chǎn)的天然沸石（其中80%為楔形沸石礦物），可以稍微改善石油、汽油和橡膠的性能。橡膠的低溫性能。有改善。本文將沸石填充量增加至15質(zhì)量份（以丁腈橡膠100質(zhì)量份計），因為改性目的發(fā)生了變化，即通過添加沸石，使增塑劑處于微孔的支化體系中和天然沸石的細(xì)槽。保持吸附，從而降低增塑劑的萃取率。

將天然沸石在行星研磨機中活化3分鐘以增加其比表面積，然后在450的高溫下煅燒1小時以除去其結(jié)晶水。沸石顆粒形狀近似球形，活化前用光學(xué)顯微鏡4測得的尺寸，活化后為0. 13 m。

按照橡膠14的硫化工藝對橡膠進(jìn)行硫化，得到硫化橡膠的性能（物理機械性能，表征橡膠輸油管道套管接頭和寒冷地區(qū)橡膠密封件的使用問題）。橡膠的交聯(lián)度按照文獻(xiàn)方法測定。拉伸條件下的耐寒系數(shù)）如表1所示。改性材料在塔拉甘油田生產(chǎn)的原油中的溶脹動力學(xué)如圖2（曲線3）所示。

對獲得的數(shù)據(jù)的分析證實了這樣的假設(shè)：天然沸石的存在減緩了增塑劑的擴(kuò)散并提高了橡膠對原油的穩(wěn)定性。

與輸油管道配合使用的采用14橡膠制成的橡膠圈已使用2年左右。受短時間擠壓后，壓縮變形逐漸減小。

新橡膠壓縮時，使用后12個月、19個月、22個月的循環(huán)變形條件下測得橡膠圈的壓縮變形約為4570，這意味著橡膠密封圈在使用后性能發(fā)生了變化。以上使用期限。低于標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。

為了解決冬季輸油管道使用問題，對塔拉甘原油在低溫下的性能進(jìn)行了研究。原油的凝結(jié)溫度為40，用德國勞達(dá)毛細(xì)管粘度計在3050范圍內(nèi)測得的動力粘度為11mm。 40C 之前仍可進(jìn)行泵送。然而，由于粘度大大增加，輸送低于零的油需要大量的能量，并且在沒有補充加熱的情況下在經(jīng)濟(jì)上可能不可行。

增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯的粘度也會隨著溫度的降低而增加，但不如原油那么顯著。 DBP在30時的運動粘度比原油小71.5。因此，即使在低溫下，增塑劑從橡膠到石油介質(zhì)的擴(kuò)散也會劇烈進(jìn)行。

根據(jù)研究，不能片面得出石油管道橡膠圈在實際使用條件下具有常年工作能力的結(jié)論。 1996年4月，非金屬材料研究所建成試驗裝置，并進(jìn)行充油試驗。結(jié)果可以間接證明橡膠密封圈可以在低溫下使用。由短管和彎頭組裝的長運動粘溫測試管（共16個密封件）的臺架試驗證明，套筒接頭與原油接觸時可以在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。它具有足夠的可靠性和密封性能，包括臨界使用溫度（55C）。試驗管道所用橡膠密封件的壓縮變形為48.9。與Taragan Vidim石油管道使用的密封件相比，這一數(shù)據(jù)略高。看來這是由于材料的靜態(tài)測試所致。在某些條件下保持靈活性。在工業(yè)石油管道中，橡膠密封圈的硬度有較大程度的增加，這是由于長期輸油和冬季管道排空過程中增塑劑的損失造成的。

因此，Taragan Vidim石油管道150的運行試驗證明，配備橡膠密封圈的石油管道可以在寒冷氣候條件下廣泛使用。