Ống cao su, Sản phẩm đúc, Ống thổi & Giải pháp cao su dầu khí

Ống ép đùn cao su : Cấu trúc, Hợp chất và Lựa chọn

Ống cao su ép đùn được sản xuất bằng cách ép hợp chất cao su chưa qua xử lý qua khuôn định hình để tạo ra một mặt cắt liên tục - thường là hình tròn, nhưng cũng có hình bầu dục, phẳng hoặc nhiều lỗ - sau đó được lưu hóa để thiết lập các đặc tính vật lý cuối cùng của nó. Quá trình ép đùn cho phép độ dày thành ống nhất quán, dung sai kích thước chặt chẽ và tích hợp các lớp gia cố trong một quá trình sản xuất liên tục, khiến nó trở thành phương pháp sản xuất vượt trội cho ống công nghiệp trong hầu hết mọi ngành công nghiệp xử lý chất lỏng.

Lớp xây dựng

Ống cao su gia cố là một cấu trúc tổng hợp. Mỗi lớp phục vụ một chức năng kỹ thuật riêng biệt:

• Ống bên trong (lớp lót) - lớp tiếp xúc với chất lỏng, được thiết kế để tương thích hóa học với môi trường được truyền tải. Lựa chọn vật liệu ở đây là quyết định đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất.
• gia cố - một hoặc nhiều lớp vải bện (polyester, nylon, aramid), dây quấn xoắn ốc hoặc dây dệt kim giúp ngăn chặn áp suất và ổn định kích thước dưới áp suất làm việc. Áp suất làm việc cao hơn đòi hỏi nhiều lớp gia cố hơn hoặc dây có độ bền kéo cao hơn.
• Vỏ ngoài - bảo vệ cốt thép khỏi bị mài mòn, ôzôn, tiếp xúc với tia cực tím, hóa chất và hư hỏng cơ học trong quá trình sử dụng. Thường có công thức khác với ống bên trong để tối ưu hóa khả năng chống chịu môi trường hơn là khả năng tương thích chất lỏng.

Các hợp chất cao su thông thường và ứng dụng của chúng

Đường bao hiệu suất của bất kỳ ống ép đùn nào được xác định bởi hợp chất đàn hồi của nó. Các hợp chất được chỉ định nhiều nhất trong các ứng dụng công nghiệp là:

• NBR (Cao su Nitrile Butadien) - khả năng chống chịu tuyệt vời với dầu, nhiên liệu và chất lỏng thủy lực có nguồn gốc từ dầu mỏ; phạm vi nhiệt độ thường là -40°C đến 120°C. Sự lựa chọn tiêu chuẩn cho đường dẫn nhiên liệu, ống thủy lực và các ứng dụng truyền dầu.
• EPDM (Ethylene Propylene Diene Monome) - khả năng chống hơi nước, nước nóng, ozon và thời tiết vượt trội; phạm vi nhiệt độ lên tới 150 ° C liên tục. Được sử dụng rộng rãi trong ống làm mát ô tô, ống hơi và dây chuyền xử lý hóa chất mang dung dịch nước.
• Cao su tổng hợp (CR) - cân bằng tốt về khả năng chống dầu, khả năng chống cháy và khả năng chống chịu thời tiết; được sử dụng trong ống công nghiệp hàng hải, điện lạnh và đa năng.
• SBR (Cao su Styren Butadien) — hợp chất đa dụng có hiệu quả về mặt chi phí cho dịch vụ nước, không khí và hóa chất nhẹ; không thích hợp để tiếp xúc với dầu hoặc nhiên liệu.
• FKM / Viton — hợp chất cao cấp có khả năng chống chịu đặc biệt với các hóa chất, nhiên liệu mạnh và nhiệt độ cao lên tới 200°C; được chỉ định cho các ứng dụng hệ thống nhiên liệu và quy trình hóa học đòi hỏi khắt khe khi NBR không đủ.
• Silicon (VMQ) — phạm vi nhiệt độ cực cao (-60°C đến 230°C), tính linh hoạt tuyệt vời ở nhiệt độ thấp, sạch sẽ và không mùi; được sử dụng trong vận chuyển thực phẩm và dược phẩm, ống tăng áp và các ứng dụng y tế.

Ống định hình - còn được gọi là ống được tạo hình sẵn hoặc ống đúc sẵn - mở rộng quá trình ép đùn bằng cách định hình ống thành một hình dạng cụ thể (khuỷu tay, uốn cong chữ S, đường cong thu nhỏ) trong quá trình lưu hóa bằng cách sử dụng trục gá. Điều này tạo ra các cụm ống phù hợp với đường định tuyến xác định mà không bị uốn cong tại hiện trường, rất quan trọng trong các ứng dụng ô tô chưa được lắp đặt và lắp đặt nhà máy xử lý, nơi có không gian bị hạn chế chặt chẽ.

Sản phẩm đúc bằng cao su: Phương pháp sản xuất và cân nhắc thiết kế

Sản phẩm đúc cao su bao gồm bất kỳ thành phần nào được tạo ra bằng cách đặt hợp chất cao su chưa được xử lý vào một khoang được định hình và áp dụng nhiệt và áp suất để đồng thời hình thành và lưu hóa bộ phận đó. Không giống như ép đùn, tạo ra các biên dạng liên tục, đúc tạo ra các thành phần hình dạng lưới, rời rạc của hầu hết mọi hình học ba chiều. Điều này làm cho nó trở thành phương pháp sản xuất được lựa chọn cho vòng đệm, miếng đệm, giá đỡ rung, màng chắn, ống lót, vòng đệm và các bộ phận tùy chỉnh chính xác trong mọi lĩnh vực công nghiệp.

Quy trình đúc sơ cấp

• Đúc nén - một lượng cao su chưa lưu hóa đã được cân trước được đặt trực tiếp vào khoang khuôn mở, khuôn được đóng lại dưới áp suất ép và nhiệt sẽ kích hoạt quá trình lưu hóa. Phương pháp gia công đơn giản và tiết kiệm chi phí nhất, rất phù hợp với các bộ phận có độ phức tạp trung bình và khối lượng sản xuất vừa phải. Sự hình thành chớp nhoáng tại đường chia tay đòi hỏi phải cắt tỉa.
• Chuyển khuôn - Hợp chất cao su được nạp vào một cái nồi phía trên các khoang khuôn và được ép qua các rãnh dẫn vào khuôn kín dưới áp lực của máy ép. Tạo ra các bộ phận sạch hơn, có kích thước nhất quán hơn so với đúc nén và xử lý các hình dạng phức tạp hơn. Phù hợp với các công cụ và bộ phận nhiều khoang có hạt dao kim loại.
• ép phun - Cao su đã được hóa dẻo trước được phun dưới áp suất cao vào các khuôn nhiều khoang kín hoàn toàn. Chi phí dụng cụ cao nhất nhưng mang lại khả năng lặp lại kích thước tốt nhất, thời gian chu kỳ ngắn nhất và lãng phí vật liệu tối thiểu. Được ưu tiên cho các bộ phận có độ chính xác khối lượng lớn như vòng chữ O, vòng đệm ô tô và các bộ phận thiết bị y tế.

Liên kết cao su với kim loại

Nhiều sản phẩm đúc bằng cao su kết hợp các miếng chèn kim loại - được liên kết vào bộ phận trong quá trình đúc và lưu hóa bằng cách sử dụng lớp sơn lót dính trên bề mặt kim loại. Các bộ phận được liên kết giữa cao su với kim loại kết hợp tính đàn hồi của cao su với độ cứng kết cấu và độ chính xác về kích thước của kim loại, cho phép các bộ phận như giá đỡ động cơ, ống lót chống rung, bình tích thủy lực và đầu nối mặt bích phải chịu tải trong khi hấp thụ chuyển động. Tính toàn vẹn của liên kết được xác nhận bằng thử nghiệm độ bền cắt và bong tróc theo tiêu chuẩn ISO 813 hoặc ASTM D429.

Thông số kỹ thuật chính cho các bộ phận cao su đúc

Khi tìm nguồn cung ứng các sản phẩm đúc bằng cao su, các thông số kỹ thuật sau đây xác định mức độ phù hợp với mục đích sử dụng của sản phẩm và phải được nêu rõ ràng trong tài liệu mua sắm:

• Hợp chất đàn hồi và độ cứng (Shore A) — phạm vi độ cứng 30–90 Shore A bao gồm phổ từ các miếng đệm kín rất mềm đến các giá đỡ kết cấu chắc chắn; chỉ định họ hợp chất (NBR, EPDM, FKM, silicone, v.v.) và độ cứng đến ±5 Shore A
• Độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt - theo tiêu chuẩn ISO 37 hoặc ASTM D412
• Bộ nén - biến dạng dư sau khi chịu tải trọng nén; quan trọng đối với việc bịt kín các ứng dụng trong đó bộ phận phải duy trì ứng suất tiếp xúc trong suốt thời gian sử dụng của nó
• Dung sai kích thước - dung sai cao su đúc theo ISO 3302 (các cấp từ M1 đến M4); kích thước quan trọng ở kích thước danh nghĩa nên được gọi rõ ràng
• Khả năng chịu chất lỏng và nhiệt độ - thử nghiệm ngâm theo ISO 1817 hoặc ASTM D471 xác nhận độ phồng thể tích và khả năng giữ lại đặc tính sau khi tiếp xúc với chất lỏng dịch vụ ở nhiệt độ vận hành

Khe co giãn ống thổi cao su: Chức năng, chủng loại và thông số kỹ thuật

Khe co giãn ống thổi cao su là một đầu nối linh hoạt được lắp đặt trong hệ thống đường ống để hấp thụ chuyển động nhiệt, rung động cơ học, độ lệch và xung áp suất có thể gây ra ứng suất phá hủy trên đường ống, bình chứa và thiết bị được kết nối. Hình dạng ống xếp - một loạt các nếp gấp hoặc nếp gấp - cho phép mối nối lệch theo trục, ngang và góc cạnh trong khi vẫn duy trì vòng đệm kín áp suất, tách rời các phần ống cứng ở hai bên một cách hiệu quả.

Cấu hình thiết kế

• Vòm đơn (hình cầu đơn) - cấu hình phổ biến nhất; một tích chập hấp thụ chuyển động đa hướng. Thích hợp cho dịch chuyển và sai lệch vừa phải trong dịch vụ HVAC, bơm và nhà máy xử lý.
• Vòm đôi (hình cầu đôi) - hai vòng xoắn cung cấp khả năng chuyển hướng ngang và góc lớn hơn so với một vòm đơn; được sử dụng khi cần hấp thụ chuyển động cao hơn mà không cần tăng chiều dài lắp đặt.
• Ống thổi nhiều vòng - nhiều vòng xoắn cho phép di chuyển dọc trục rất lớn; được sử dụng trong các ứng dụng giãn nở nhiệt trong các đường ống dài và hệ thống sưởi ấm khu vực.
• Khe co giãn bị ràng buộc (bị hạn chế) — các thanh giằng hạn chế hành trình dọc trục và truyền lực đẩy áp suất tới kết cấu thay vì các neo ống, đơn giản hóa việc thiết kế giá đỡ đường ống trong các hệ thống phức tạp.
• Mối nối mặt bích và/hoặc kiểu ống cuộn - đầu có mặt bích cho phép kết nối trực tiếp với mặt bích ống tiêu chuẩn; thân ống cuộn (ống cao su giữa hai đầu có mặt bích) mang lại sự linh hoạt bổ sung và đặc biệt hiệu quả trong việc cách ly rung động tại các kết nối máy bơm.

Lựa chọn hợp chất cao su cho khe co giãn

Hợp chất lót bên trong phải tương thích với chất lỏng được truyền tải; vỏ ngoài phải chịu được môi trường lắp đặt. Các cặp đôi phổ biến bao gồm EPDM cho dịch vụ nước nóng, hơi nước và hóa chất; NBR cho hệ thống dầu khí; Neoprene dùng làm mát nước biển và dịch vụ hàng hải; và cao su tự nhiên (NR) hoặc SBR dành cho môi trường bùn, khai thác mỏ và mài mòn trong đó ưu tiên độ bền kéo và khả năng chống rách cao. Gia cố thường là nhiều lớp vải polyester hoặc nylon, với các vòng dây thép được nhúng vào khu vực hạt mặt bích để duy trì tính toàn vẹn về kích thước dưới áp lực.

Thông số kỹ thuật quan trọng

Các khe co giãn phải được lắp đặt với hệ thống ở điều kiện lạnh (môi trường xung quanh) với khớp ở vị trí trung tính trừ khi kỹ sư chỉ định nén trước hoặc kéo dài trước. Tải trước lắp đặt không chính xác là một trong những nguyên nhân hàng đầu khiến hộp xếp bị hỏng sớm trong quá trình sử dụng.

Sản phẩm cao su cho ứng dụng dầu khí

Ngành công nghiệp dầu khí áp đặt một số điều kiện dịch vụ đòi hỏi khắt khe nhất mà các thành phần đàn hồi gặp phải: áp suất cao, nhiệt độ cao, môi trường hydrocarbon và hóa chất mạnh, rủi ro giảm áp nổ và các yêu cầu pháp lý về truy xuất nguồn gốc vật liệu và chứng nhận của bên thứ ba. Các hợp chất cao su thương mại tiêu chuẩn thường không đủ - các sản phẩm cao su cấp dầu và khí đốt yêu cầu công thức, thử nghiệm và lập tài liệu theo các tiêu chuẩn cụ thể của ngành .

Các lĩnh vực ứng dụng chính và các loại sản phẩm

• Bịt kín đầu giếng và lỗ khoan — Vòng chữ O, bộ phận đóng gói và miếng đệm đầu giếng hoạt động ở áp suất lên tới 15.000 psi và nhiệt độ trên 200°C. Các hợp chất phải chống lại H₂S (khí chua), CO₂ và hydrocarbon thơm; HNBR (nitril hydro hóa) và FKM là những lựa chọn chính. Khả năng chống nén nổ (theo NORSOK M-710 hoặc ISO 23936-2) là tiêu chí đánh giá bắt buộc đối với dịch vụ có hàm lượng khí cao.
• Cụm ống mềm - được sử dụng cho các đường dây phun hóa chất, đường dây điều khiển thủy lực, đường dây sặc và tiêu diệt, và truyền chất lỏng giữa các tàu nổi và cơ sở hạ tầng dưới biển. Các cụm ống được đánh giá ngoài khơi có đủ tiêu chuẩn API 17K hoặc API 7K và kết hợp với vỏ ngoài chống cháy, đầu nối bằng thép không gỉ hoặc titan và kiểm tra áp suất thủy tĩnh với các chứng chỉ kiểm tra đã được ghi lại.
• Sản phẩm bảo vệ và cách nhiệt đường ống — Ống cao su bị tụt lại, yên kẹp và bộ tập trung bảo vệ đường ống dưới biển và bề mặt khỏi bị ăn mòn, mài mòn và tác động cơ học. Các ứng dụng đường ống ngoài khơi yêu cầu các hợp chất chịu nước biển, ổn định tia cực tím với độ độc hại thấp được ghi nhận để tuân thủ môi trường.
• Giá đỡ cách ly rung và các bộ phận van sặc — các giá đỡ chống rung cách ly thiết bị quay (máy nén, máy bơm, máy phát điện) khỏi các sàn kết cấu trên giàn khoan ngoài khơi, nơi độ mỏi do rung trong kết cấu thép hàn là mối quan tâm hàng đầu về tính toàn vẹn của kết cấu. Các hợp chất cao su tự nhiên và EPDM có độ cứng động thấp và tuổi thọ mỏi cao được ưu tiên sử dụng.
• Khe co giãn cho hệ thống đường ống xử lý — Các khe co giãn lót EPDM và FKM được sử dụng trong toàn bộ hệ thống đường ống của nhà máy lọc dầu và nhà máy xử lý khí trên bờ để hấp thụ sự tăng trưởng nhiệt trong các đường ống vận chuyển hydrocarbon, nước xử lý và dòng hóa chất. Thiết kế an toàn chống cháy với các vòng dự phòng phồng rộp được chỉ định trong các khu vực được phân loại là vùng nguy hiểm theo IEC 60079.
• Phần tử hình khuyên BOP (Ngăn chặn xả hơi) - bộ phận đóng gói hình khuyên trong BOP là một bộ phận đúc bằng cao su lớn bịt kín xung quanh ống khoan trong điều kiện kiểm soát giếng khẩn cấp. Vật liệu phải duy trì lực bịt kín ở áp suất chênh lệch cao trong khi vẫn đáp ứng được các chu kỳ đóng kín lặp đi lặp lại; hỗn hợp cao su tự nhiên và polyurethane được sử dụng, với các thành phần đạt tiêu chuẩn API 16A.

Yêu cầu về chứng nhận và tài liệu

Các sản phẩm cao su cung cấp cho các dự án dầu khí thường được yêu cầu phải đáp ứng một hoặc nhiều khung tiêu chuẩn sau đây, tùy thuộc vào ứng dụng và thông số kỹ thuật của nhà điều hành:

• NORSOK M-710 - Đánh giá chất lượng của vật liệu bịt kín phi kim loại để sử dụng trong các thiết bị dưới biển và giếng thềm lục địa Na Uy; bao gồm thử nghiệm giải nén bùng nổ và các giao thức lão hóa
• ISO 23936-1 / -2 - tương đương quốc tế với NORSOK M-710 bao gồm nhựa nhiệt dẻo và chất đàn hồi tương ứng
• API 6A / 6D / 7K / 16A / 17K — Tiêu chuẩn sản phẩm API bao gồm thiết bị đầu giếng, van đường ống, thiết bị khoan, thiết bị BOP và ống mềm; các thành phần cao su trong các tổ hợp này phải phù hợp với các yêu cầu về vật liệu trong phụ lục liên quan
• Truy xuất nguồn gốc vật liệu — hồ sơ lô hỗn hợp, ngày xử lý, nhận dạng hợp chất và chứng chỉ vật liệu (tương đương EN 10204 3.1 hoặc 3.2 đối với chất đàn hồi) là các yêu cầu tài liệu tiêu chuẩn đối với các nhà khai thác dầu khí lớn

Đối với các đội thu mua tìm nguồn cung ứng sản phẩm cao su cho các dự án dầu khí, xác minh tài liệu chứng nhận hợp chất của nhà cung cấp so với đặc điểm kỹ thuật của dự án trước khi đặt hàng — thay vì dựa vào các mô tả chung chung — là bước giảm thiểu rủi ro hiệu quả nhất. Hợp chất được mô tả là "NBR" bao gồm rất nhiều công thức; chỉ có dữ liệu kiểm tra trình độ chuyên môn được ghi lại đối với các điều kiện dịch vụ cụ thể mới xác nhận sự phù hợp.