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硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热防腐高分子合成材料,用作防腐保温保冷层,它导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性能好,作为一种绝热材料,广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等领域,如输油和辅热水管道、油库、贮罐、冷库、空调、冰箱、集中供热供汽管道等设施的保温保冷。有数据显示,用硬质聚氨酯泡沫塑料保温的管道比传统的管道可减少热损失35%,节约了大量能源,减少了维修费用。另外,它还具有优良的防水防腐性脂,可直接埋入地下或水中,使用寿命可达20~30年以上,使用温度-190~120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯与聚醚型之分。通常聚酯在强度、耐温性能等方面较聚醚型为好,但因聚酯原料成本高,所以在应用上受到限制。
1.硬质聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬质聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰温度下燃烧5 s后离火,在1~2s内自熄。耐浓度小于10%的无机酸,不耐高浓度的无机酸;耐中等浓度的碱液;耐汽油、机油,耐酮、耐酯,不耐醇。
各种绝热材料性能对比见表5—1。
表5-1 各种绝热材料性能
项目聚氨酯硬质泡沫塑料聚苯乙烯泡沫玻璃聚氯乙然泡沫软木
密度/kg·m-35050160~19060~70240~250
导热系数/W·(m·K)-10.023~0.0260.0430.055~0.0600.0430.058
耐热度/℃+130+75+400+80+100
耐寒度/℃-110-80-270-35
吸水率体积/%0.20.4<0.20.3
压缩强度/MPa≥0.20.18>0.50.18
自熄性自熄易燃不燃易燃燃烧
2. 硬质聚氨酯泡沫塑料原料的性质、规格与选择
硬质聚氨酯泡沫塑料是以多元羟基化合物和异氰酸酯为主要原料。在催化剂、发泡剂的作用下,经加成聚合发泡而成。主要反应力异氰酸酯与多元羟基化合物中的羟基反应生成聚氨酯。催化剂主要有叔胺和有机锡等。发袍反应为异氰酸酯与水反应,产生二氧化碳气体和脲。反应产物脲及叔胺等物对此反应有催化作用。反应所产生的二氧化碳气体被用来发泡。但水发泡的zui大缺点是耗费昂贵的异氰酸酯。也常用低沸点氟氯烷化合物(即F-113等),利用聚合过程中的反应热汽化,使物料在逐步固化前形成泡沫,发泡剂用量可根据所需泡沫体密度来决定。
(1)聚酯。硬质泡沫聚氨酯所用的聚酯,其羟值通常控制在300~500之间。456聚酯指标如下。
(2)Ⅲ型阻火聚醚:是三羟基含磷含氯阻火聚醚。由于分子结构中引入了磷、氯,产品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚质量指标见表5—2。
Ⅲ型阻火授醚质量指标
指标名称一级品二级品
外观黄色透明稠状液体黄色透明稠状液体
羟值(KOH)/mg·g-1500±20485±35
酸值(KOH)/mg·g-1≤5≤5
含磷量/%≥3.9≥3.5
水分/%≤0.2≤0.4
(3)交联剂N-403乙二胺聚醚。化学名尔四(聚乙—羟丙基)乙二胺。其质量指标如下。
外观淡黄色至棕色透明黏稠液体水分/%≤0.2
羟值(KOH)/mg·g-1770±35
此交联剂可代替部分有机胺催化剂,又可代替其他羟基聚醚。它有增进分子结构交联,改进泡沫固化速度,减少泡沫塑料脆性的作用。
(4)阻火剂TCER。是β-三氯乙基磷酸酯,其质量指标如下;
外观无色至黄色透明液体酸值(KOH)/mg·g-1≤1.0
相对密度(15~20)1.410~1.430水分/%≤0.3
此阻火剂溶于醇、酮,酯、芳烃、氯仿以及*,不溶于脂肪族烃。由于分子中含磷、氯,阻燃作用较显著。主要作为添加型阻燃剂,除增加塑料具有自熄性外,还有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工时还可降低黏度,便于施工。
(5)多异氰酸酯PAPIR-NCO。其质量指标如下。
酸值/%<0.3-NCO含量/%>29
水解氯含量/%<0.5黏度(25)/mPa·s<1000
多异氰酸酯PAPIR—NCO可延缓塑料反应胶凝时间和发泡时间,有利于一步法泡沫模制。对提高塑料的耐热性、强皮、耐湿性有很大好处。
(6)硅油。是一种表面活性剂,也是一种发泡稳定剂。它是一种有机硅大分子化合物,在组分中仗几种物质均匀互混,作为亲水的聚酯和疏水的异氰酸酯、氟碳化合物的乳化剂;其次是稳定发泡,在发泡过程中降低泡沫表面张力,控制泡孔大小,防止胶凝时微孔合并,起到控制微孔大小的作用。
(7)催化剂。三乙醇胺是一种控制聚氨酯分子交联速度和气体生成速度的化合物。
生产硬质泡沫塑料通常选用锡盐与叔胺类例如二月桂酸二丁基锡,它们的作用是促进塑料迅速胶凝或泡沫固化。
(8)发泡剂。分为水或物理发泡剂、氟碳化台物发泡剂。作为聚合物膨胀发泡,充入泡沫微孔以降低导热系数。常用的氟碳化合物为F-11、F-113。
3.硬质聚氨酯泡沫塑料配方
(1)胶液配方表5—3~表5-7介绍了几个单位用的硬质聚氨酯泡沫塑料配方。
表5-3 重庆长风化工厂胶液配方
组分原料名称质量比施工温度
AⅢ型聚醚
乙二胺聚醚
三氯三氟乙烷P-113
β-三氯乙基磷酸酯TCEP
三乙醇胺
二月桂酸二丁基锡
204硅油48~50
15~17
18~20
13~15
1~2.6
0.2~0.5
1.5~2施工温度
31~41℃
表面温度
45℃左右
B聚苯基甲基多导氰酸酯PAPI106.5~117.1
表5-4 大庆油田科研设计院胶液配方
组分原料名称质量比生产厂家
A甘油聚醚
硅油
二月桂酸二丁基锡
三乙烯二胺
多缩丙二醇
F-11100
3.45
0.09
0.75
1.45
30南京塑料厂
进口
北京化工三厂
上海第五制药厂
上海高桥化工厂
上海电化厂
BPAPI142常州有机化工厂
管道防腐(corrosion prevention of pipes)指的是为减缓或防止管道在内外介质的化学、电化学作用下或由微生物的代谢活动而被侵蚀和变质的措施。
避免管道,遭受土壤、空气和输送介质(石油、天然气等)腐蚀的防护技术。输送油、气的管道大多处于复杂的土壤环境中,所输送的介质也多有腐蚀性,因而管道内壁和外壁都可能遭到腐蚀。一旦管道被腐蚀穿孔,即造成油、气漏失,不仅使运输中断,而且会污染环境,甚至可能引起火灾,造成危害。据美国管道工业的统计资料,1975年由于腐蚀造成的直接损失达6亿美元。因此,防止管道腐蚀是管道工程的重要内容。
适用范围
本工艺标准适用于民用及一般工业建筑的设备、管道的防腐蚀施工操作。金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位,可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀;按管道腐蚀形态,可分为全面腐蚀和局部腐蚀;按管道腐蚀机理,可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。
防腐方法
涂层防腐
用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上,使其与各种腐蚀性介质隔绝,是管道防腐zui基本的方法之一。70年代以来,在极地、海洋等严酷环境中敷设管道,以及油品加热输送而使管道温度升高等,对涂层性能提出了更多的要求。因此,管道防腐涂层越来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围等。
1、外壁防腐涂层:管道外壁涂层材料种类和使用条件。
②内壁防腐涂层:为了防止管内腐蚀、降低摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树脂,涂层厚度为 0.038~0.2毫米。为保证涂层与管壁粘结牢固,必须对管内壁进行表面处理。70年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材料,以便管内、外壁的涂敷同时进行。
③防腐保温涂层:在中、小口径的热输原油或燃料油的管道上,为了减少管道向土壤散热,在管道外部加上保温和防腐的复合层。常用的保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料,适用温度为-185~95℃。这种材料质地松软,为提高其强度,在隔热层外面加敷一层高密度聚乙烯层,形成复合材料结构,以防止地下水渗入保温层内。
组成材料:
钢套钢保温管是由输送介质的钢管、防腐外套钢管以及钢管与外套钢管之间填充的超细玻璃棉组合而成,也可采用石墨、硅钙瓦管壳及填充聚氨酯泡沫复合而成。钢套钢(钢套管)埋设技术是一种防水、防漏、抗渗、抗压和全封闭的埋设新技术,是直埋敷设技术在地下水位较高地区使用的一次较大突破。直埋管道的保护管的首要问题是严密防水的可靠性,此外要有良好的机械强度,钢套管由于强度高采用焊接连接,防水的密封性能可靠性十分高,另外,其耐高温性能也是其它外保护管所不能比拟的。在地下水位高的地区,为保证地下水不影响蒸汽直埋管道的正常运行,外保护层采用坚固、密闭的钢管外壳。
二、保温结构
钢套钢保温管保温结构依据滑动方式不同分为:内滑动式与外滑动式
1、内滑动式:保温结构由工作钢管、硅酸铝、减阻层、微孔硅酸钙、隔热层、不锈钢紧固钢带、铝箔反射层、聚氨酯保温层、外套钢管、外防腐层组成。
2、外滑动式:保温结构由工作钢管、玻璃棉保温隔热层、铝箔反射层、不锈钢紧固带、滑动导向支架、空气保温层、外护钢管、外防腐层组成。
JG-3型喷涂发泡机由1台三相交流电动机带动,经变速机变速箱带动2台HV3/68型环形活塞式计量泵作顺时针同步运转,计量泵A、B按定比各自输送组分液料、经耐压管输送到喷枪,在压缩空气的作用下,A、B两组分液体在喷抢混合室内相互混合,然后以高速雾状喷涂至工作面,待发泡、固化,形成一定密度和一定厚度的硬质聚氨酯泡沫塑料涂层。
JG-3型喷涂机之变速箱配有两种转速,可任选一种。不同转速获得喷涂量也不同,JG—3型喷涂机转速与喷涂量关系见表5—10。
表5-10 JG-3型喷涂机转速与喷涂量
转速/r·min-1475715
喷涂量/L·min-11~282~48
②喷涂操作 按配方配料A组分和B组分,分别倒入A、B物料贮槽。喷涂用空气压力0.3~0.4MPa。被喷涂物面温度40~50℃,加速涂层的熟化,提高黏结力。喷枪对准物面,稍带有一点角度,离物面300~500mm距离,喷枪移动速度0.5~O.8 m/min。
③喷涂层技术控制
a.乳化时间 乳化时间太短,枪口要堵塞;时间太长物料要流失或滴落。
b.初凝时间 物料初凝可用手测试,以不粘手计时。一般控制在10~12 s间,时间长了要影响施工进度;时间短了待第二次
喷上时,其表面已有固化层,将产生间隔层,以致影响到导热系数。
c.雾化风压 胶液在喷枪内混合系通过压缩空气在混合器内搅拌雾化,一般控制风压0.4~0.6MPa。
直接喷涂的缺点是表面不光滑,并呈麻面状。当喷涂管道时,物料损失约10%。
(3)一次灌注成型法。灌注发泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔内成型的主要方法。一次性灌注物料流动性好,发泡时充满模腔各个部位,省工、省料、制品光滑,质量好。
灌注发泡是用灌注发泡机进行的常用JG-1型灌注发泡机系低压循环型。JG—1型灌注发泡机规格与能力见表5—11。
表5-11 JG-1型灌注发泡机规格与能力
时间规格
JG-1-10JG-1-20JG-1-30JG-1-40JG-1-60
1s
25s
60s60~170ml
1.65~4.15L
4~10L130~330ml
3.35~8.35L
8~20L0.2~0.5L
5~12.5L
12~30L0.3~0.7L
6.65~16.7L
16~40L0.4~1L
10~25L
24~60L
JG-1型灌注发泡机参数如下。灌注搅拌头,电动4000 r/min。定量输送泵,HV系列环形活塞泵。原液灌,A、B各100L。溶剂中洗、强风吹扫,按程序自动操作。原液补充,电动泵输送。原液搅拌混合,电动锚式搅拌器。注入定时器,1~40 s。注剂罐,20L。原液温度调节,电加热、水泵循环、恒温自空。外表尺寸,2m×1.3 m±2.3m。全机总重,1 t。
JG-1型灌注发泡机工作程序示意如图5-2所示。一次灌注成型法模具如图5-3所示。
摸具设计实例。例如输油管系螺旋卷管,其外径φ529 mm,焊缝高出壁2.5 mm,需绝热层厚50 mm,则模具直径D=529+50×2+2.5×2=634 mm;长度=1000 mm;模具壁厚,1~2 mm碳钢;加强筋,30×4角铁;阻头高度50mm。
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