[發明專利]一種高阻隔多層復合熱塑性塑料管及其生產方法

在審

• 申請號: 201510316251.5
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104960251A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 羊東明;張志宏;劉衛正;李厚補;朱原原;葛鵬莉;石鑫;酈曉布;韓陽;高秋英
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: B32B1/08
• 分類號: B32B1/08;B32B27/08;B32B27/30;B29C47/06
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙) 11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明涉及一種高阻隔多層復合熱塑性塑料管及其生產方法，本發明可用于油田地面油氣輸送管線非開挖修復領域，用于防止氣體小分子滲透后管線負壓坍塌。

背景技術

在石油行業的地面油氣輸送生產管線的使用過程中，對于服役時間長、腐蝕嚴重、泄漏事故頻發、無法進行及時更換的地面油氣輸送生產管線，通常采用高密度聚乙烯(High?density?polyethylene，簡稱為“HDPE”)管內穿插修復技術將HDPE管經過等徑壓縮后由牽引機拉入待修復管道內，形成“管中管”的復合結構，達到有效延長管線使用壽命目的。在這類管線使用過程中，若輸送介質中含有較多的CH₄、CO₂和H₂S等小分子氣體，小分子可通過滲透進入內穿插管和鋼管之間的夾層，夾層內壓力等于管線內壓力時達到平衡狀態。當管線在停輸時，夾層內壓力大于管線內壓力，HDPE管坍塌失效，帶來安全生產隱患。

HDPE結構式為〔-CH₂-CH₂-〕_n，是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物；其熔點約為130℃，相對密度為0.94g/cm³～0.96g/cm³。研究表明：熱塑性樹脂的聚合物普遍存在氣體滲透性，即在一定壓力作用下小分子氣體(CH₄、CO₂和H₂S等)向聚合物內部移動，再從聚合物的另一側表面離開聚合物；微觀上氣體滲透過程是由于聚合物中的分子存在孔穴，在壓力條件下，氣體小分子在濃度梯度的驅動下由一個孔遷移到另一個孔穴，最終從聚合物中滲透過去。

原鋼管管線采用HDPE管內穿插修復后，若輸送介質中含有較多CH₄、CO₂和H₂S等小分子氣體時，在運行壓力工況下，小分子可通過滲透進入內穿插管和原鋼管管線之間的夾層，當管線停輸時，在夾層滲透壓力大于管線內壓，負壓條件下HDPE內穿插管存在坍塌風險。國外油田已存在HDPE內穿插管失效，導致整個管道變形、不能繼續使用的案例。

為降低HDPE管的小分子氣體滲透率，避免HDPE內穿插管負壓條件下坍塌失效，有效提高HDPE聚乙烯樹脂的氣體阻隔性能，降低滲透速率是關鍵。

目前，EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物Ethylene-vinyl?alcohol?copolymer)和HDPE的共混成為高阻隔材料研究的熱點之一。陳永芬等研究認為EVOH/HDPE共混體系中，當采用EVOH/增容劑為4/1的阻隔母粒，所得材料的結構為大而均勻的片狀形態，具有優異的阻隔性。李連貴等采用HDPE接枝馬來酸酐(MAH)或甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)作為增容劑，當質量比HDPE∶EVOH∶HDPE-g-GMA＝80∶20∶8時，共混物氧氣透過率比HDPE降低約96％。孟俊等細致考察了EVOH/HDPE共混生產工藝參數對管材阻隔性能的影響。

由于EVOH與HDPE的在熱力學上具有不相容特性，無論是二者簡單共混體系還是加入相容劑的共混體系都呈兩相結構，管材較難實現穩定的阻隔性能質量控制，因此解決EVOH阻隔樹脂與HDPE聚乙烯樹脂的有機結合是關鍵。

如何研發一種阻隔性能穩定，適用油田腐蝕嚴重的天然氣集輸管線PE內穿插修復專用管材是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

目前常用層狀共混技術制備高阻隔管，層狀共混技術是通過控制聚合物共混物的形態結構，使材料的阻隔層與基體形成多層狀的結構，從而獲得層狀結構聚合物復合材料的方法。研究表明：層狀共混技術阻隔性能依賴于共混物中各相的形態結構，當阻隔性樹脂在基體聚合物中形成層狀分散，則能大大提高共混物的阻隔性能；若阻隔性樹脂在基體中呈球狀或纖維狀形態分散，則不能提高共混物的阻隔性能。EVOH樹脂在HDPE基體聚合物中形成層狀分散受擠出機轉速、牽引速度、加工溫度、增容劑等生產條件影響較大，較難實現穩定的產品質量控制。

故此，為滿足現場油田現場生產需要，消除內穿插管坍塌失效帶來安全生產隱患，改進生產工藝獲得穩定質量的高阻隔管勢在必行。

發明內容