Полиуретан давно и прочно занял место одного из ключевых материалов в нефтегазовой промышленности. По абразивной стойкости полиуретаны намного превосходят пластик, металл и резину. Эластичность и твёрдость, которые сочетаются в изделиях из полиуретана, дают возможность широко использовать их в нефтяной промышленности. В этом справочнике — систематизированный обзор трёх основных категорий полиуретановых изделий для нефтегаза: уплотнений, заглушек и шаров.
Почему полиуретан? Продукция из полиуретана обладает отличными физико-механическими характеристиками: устойчивостью к износу, порезам и разрывам, широким диапазоном твёрдости, высокой износостойкостью и сопротивляемостью воздействию масел.
Полиуретан в нефтегазовой отрасли: почему этот материал востребован
Полиуретановые эластомеры отличаются очень высокими показателями прочности, износостойкости, устойчивостью к набуханию в маслах и растворителях. Твёрдость, которая характерна для полиуретанов, позволяет использовать их при очень сильном механическом давлении и трении. При этом при повышенных показателях твёрдости изделия из этого материала сохраняют отличную эластичность.
Вот далеко не полный перечень того, что производят из полиуретана для нефтегазовой отрасли:
стрипперы ГНКТ и превенторы для агрегатов ремонта нефтегазовых скважин
шары и торпеды для очистки нефтепроводов
уплотнения клапанов буровых насосов
уплотнения для запорной арматуры газопроводов
заглушки и муфты защитные для нефтегазового оборудования
манжеты поршня бурового насоса
скребки для очистки нефтепроводов
Таблица 1. Основные типы полиуретановых изделий для нефтегазовой отрасли
Источник: данные производителей полиуретановых изделий для нефтегазовой отрасли
Уплотнения из полиуретана: типы и назначение
Полиуретановые уплотнения — один из самых востребованных классов изделий в нефтегазовом оборудовании. Они работают в буровых насосах, запорной арматуре, фланцевых соединениях, пакерах и другом оборудовании.
Кольца и манжеты
Полиуретановые кольца уплотнительные изготавливаются по ГОСТ 9833-73 и другим стандартам. Они используются для герметизации как статических, так и динамических соединений. Уплотнения из полиуретана значительно дольше служат в нефтепроводах по сравнению с резиновыми аналогами.
Манжеты поршневые — ключевой элемент буровых насосов. Полиуретановая манжета не поглощает перекачиваемую среду и не проявляет признаков рассасывания, как это имеет место при использовании резиновых уплотнений. Предприятия выпускают уплотнения диаметром от 8 до 610 мм.
Сальники и грязесъёмники
Сальники из полиуретана применяются для герметизации вращающихся валов в насосах и компрессорах. Грязесъёмники защищают штоки гидроцилиндров и поршней от абразивных частиц, что особенно важно в условиях буровых площадок.
Уплотнения для фланцевых соединений
Фланцевые соединения трубопроводов требуют надёжной герметизации. Полиуретановые уплотнительные элементы устанавливаются в камерах, образованных кольцевыми канавками на фланцах. Такие уплотнения выдерживают высокие давления и устойчивы к воздействию углеводородов.
Таблица 2. Рекомендации по выбору твёрдости полиуретана для уплотнений
| Твёрдость по Шору А | Применение | Примеры изделий | Особенности |
|---|---|---|---|
| 60–70 | Мягкие уплотнения, низкие давления | Уплотнения фланцев, прокладки | Высокая эластичность, хорошая прилегаемость |
| 70–80 | Уплотнения среднего диапазона | Кольца, сальники, грязесъёмники | Универсальные, для большинства задач |
| 80–90 | Высоконагруженные уплотнения | Манжеты поршневые, антиэкструзионные кольца | Повышенная износостойкость |
| 90–95 | Максимальная износостойкость | Манжеты для буровых насосов | Для экстремальных нагрузок и абразива |
Источник: отраслевые рекомендации по применению полиуретановых эластомеров
Заглушки из полиуретана: защита и герметизация
Заглушки — незаменимый элемент при транспортировке, хранении и монтаже нефтегазового оборудования.
Заглушки для труб НКТ
Насосно-компрессорные трубы (НКТ) требуют защиты резьбовых соединений от механических повреждений и коррозии при транспортировке и хранении. Полиуретановые заглушки для труб НКТ надёжно закрывают торцы труб, предотвращая попадание грязи, влаги и абразивных частиц. В отличие от пластиковых аналогов, полиуретановые заглушки более прочны, не трескаются при ударах и плотнее прилегают к поверхности трубы.
Технологические и защитные заглушки
Помимо заглушек для НКТ, в нефтегазовой отрасли применяются технологические заглушки для временной герметизации отверстий в оборудовании при ремонтных работах, а также защитные муфты для резьбовых соединений.
Таблица 3. Основные параметры полиуретановых заглушек для НКТ
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Диаметр, мм | 50–300 | Под стандартные размеры НКТ |
| Твёрдость по Шору А | 70–90 | Обеспечивает плотное прилегание и защиту |
| Цвет | Чёрный, оранжевый, по заказу | Для визуальной идентификации |
| Способ установки | Запрессовка в торец трубы | Без специального инструмента |
| Срок службы | 5–10 циклов использования | При бережной эксплуатации |
Шары полиуретановые: очистка и обслуживание трубопроводов
Полиуретановые шары — одно из самых эффективных средств для очистки и обслуживания нефтепроводов.
Очистка от АСПО
Асфальто-смоло-парафинистые отложения (АСПО) — одна из главных проблем при эксплуатации нефтепроводов. Полиуретановые шары-очистители предназначены для очистки внутренней поверхности трубопровода от АСПО, для вытеснения из труб инородных предметов или продукта, а также для разделения нефтепродуктов разного сорта при перекачке.
Шары используются в качестве очищающих устройств в трубопроводах диаметром от 62 до 313 мм. При правильной эксплуатации средний пробег шара составляет 200–400 км.
Разделение сред при перекачке
При последовательной перекачке разных сортов нефтепродуктов по одному трубопроводу полиуретановые шары-разделители предотвращают смешивание продуктов. Это позволяет транспортировать разные марки топлива и нефти без потери качества.
Параметры выбора шаров
Шары имеют разные категории твёрдости по Шору А и цвет, соответствующий каждой категории:
45–55 ед. (особо мягкий) — «красный» или «жёлтый», деформация до 30% по диаметру
55–65 ед. (мягкий) — «белый» или «зелёный», деформация до 30% по диаметру
65–75 ед. (полутвёрдый) — «красный», деформация до 20% по диаметру
65–95 ед. (твёрдый) — «чёрный», деформация до 15% по диаметру
При длительной эксплуатации стальных трубопроводов под действием коррозии толщина стенок уменьшается, но увеличивается слой отложений, поэтому подбирать шары необходимо по фактическому значению внутреннего диаметра трубопровода. Шары способны проходить локальные сужения до 30% от внутреннего диаметра трубопровода и преодолевать 90-градусные отводы.
Таблица 4. Основные параметры полиуретановых шаров для очистки трубопроводов
Источник: данные производителей полиуретановых шаров
Другие полиуретановые изделия для нефтегаза
Скребки для очистки трубопроводов
Скребки используются для механической очистки внутренней поверхности труб от твёрдых отложений. Они оснащаются полиуретановыми чистящими элементами (дисками и манжетами), благодаря которым поршню удаётся очищать полость нефтепровода от мягких и частично твёрдых отложений.
Поршни буровых насосов
Поршни буровых насосов с полиуретановыми манжетами обеспечивают создание высокого давления для подачи бурового раствора в скважину. Манжета из полиуретанового эластомера обладает высокой износостойкостью и маслостойкостью. Способ изготовления: предварительно изготовленную из полиуретанового эластомера манжету закрепляют на корпусе поршня с помощью манжетодержателей.
Торпеды и диски
Торпеды — удлинённые очистные устройства для трубопроводов, которые сочетают свойства шаров и поршней. Диски используются как чистящие элементы в составе очистных поршней.
Как выбрать полиуретановое изделие для нефтегазового оборудования
Выбор конкретного изделия зависит от нескольких ключевых факторов:
По типу нагрузки:
Статические соединения (фланцы, резьбы) — достаточно уплотнений средней твёрдости (70–80 по Шору А)
Динамические нагрузки (поршни, штоки) — требуется твёрдость 80–95 по Шору А
Абразивный износ (шары, скребки) — максимальная твёрдость (85–95 по Шору А)
По условиям эксплуатации:
Контакт с нефтепродуктами — полиуретан устойчив к маслам и углеводородам
Высокое давление — требуются уплотнения повышенной твёрдости
Агрессивные среды — полиуретан устойчив к химическим растворам и абразивным жидкостям
По размерам:
Полиуретановые изделия — неотъемлемая часть современного нефтегазового оборудования. Уплотнения, заглушки и шары из полиуретана обеспечивают надёжную герметизацию, защиту резьбовых соединений и эффективную очистку трубопроводов от АСПО.
Благодаря высокой износостойкости, маслостойкости и эластичности полиуретан значительно превосходит резину и пластик по ресурсу работы в тяжёлых условиях нефтегазодобычи.
Производство полиуретановых изделий в России позволяет оперативно решать задачи импортозамещения и обеспечивать нефтегазовые предприятия качественной продукцией в короткие сроки.
