Реферати українською » Промышленность, производство » Підвищення якості поліетиленових газопровідних труб


Реферат Підвищення якості поліетиленових газопровідних труб

Страница 1 из 7 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою

Державне освітнє установа вищого професійної освіти

«ДЕРЖАВНИЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Спеціальність

кафедра математично-природничої грамотності

>ВЫПУСКНАЯКВАЛИФИКАЦИОННАЯ РОБОТА

На тему: Підвищення якості поліетиленових газопровідних труб

>Студент-дипломник:

Науковий керівник:

Доктор наук,

Доцент кафедри

Рецензент:

Кандидат наук,

Доцент кафедри

Допустити до захисту

Зав. кафедрою

доктор наук,

професор кафедри

2009


>РЕФЕРАТ

>Пояснительная записка аркушів, таблиці, 8 креслень формату А1, джерел.

Поліетилен середньої щільності, переробка,екструзия, сушіння, калібрування, параметри, виріб.

Мета дипломного проекту: підвищення якості поліетиленових газопровідних труб.

З проведеного інформаційного аналізу, у проекті запропоновані такі нові технологічні рішення:

> заміна базової марки сировиниПЭ-80 наПЭ-100 підвищення експлуатаційних характеристик полімерних газових труб, діаметром110мм;

> вдосконалення конструкціїекструзионной голівки, тобто. використанняформующей голівки з обертовимдорном підвищення міцності виробів на радіальному напрямі.

Розроблено технологічна схема, обгрунтовані параметри переробки, виконані технологічні розрахунки.

У розділі «Автоматика» дано обгрунтування автоматизації технологічної лінії.

Передбачено заходи щодо безпеки процесу.

Проведено екологічна експертиза проекту.

Доведена техніко-економічна доцільність запропонованих технічних рішень для ВАТ «>Трубопласт» (р. Енгельс).


>СОДЕРЖАНИЕ

 

Запровадження

Більшість

1. Технологічний розділ

1.1. Інформаційний аналіз

1.2. Патентні дослідження

1.3. Характеристика вихідного сировини, допоміжних матеріалів та готовою продукції

1.4. Опис технологічного процесу

1.5. Основні параметри технологічного процесу

1.6. Технічна характеристика основного технологічного устаткування

1.7. Технологічні розрахунки

1.7.1. Розрахунки питомих норм витрати сировини й допоміжних матеріалів

1.7.2. Розрахунок основного технологічного устаткування

1.7.3.Теплоенергетические розрахунки

2. Розділ «Безпека проекту»

3. Розділ «Екологічність проекту»

4. Розділ «Автоматика»

5.Организационно-економический розділ

Укладання


Запровадження

Розвиток хімічної промисловості, машинобудування та інших галузей вимагає інтенсивного використання пластичних мас. Промисловість полімерних матеріалів належить до найважливіших галузей хімічної індустрії й у значною мірою визначає прогрес у розвитку на всій промисловості.

Широкий діапазон робочих температур і тисків разом ізкоррозионними впливами агресивних середовищ на трубопроводи та його матеріали, пред'являють до них особливі вимоги.

Застосування пластмасових труб, замість дорогих труб із нержавіючої сталі, кольорових металів і сплавів, ефективне засобом підвищення довговічності технологічних трубопроводів, виділені на транспортування різних рідких і газоподібних середовищ. У цьому, поруч із підвищенням довговічності, знижуються видатки спорудження трубопровідних комунікацій. Вартість труб виготовлених із полімерних матеріалів значно нижчі від, при рівної пропускну здатність, труб виготовлених із нержавіючої стали, кольорових металів і сплавів.

Ще 20 років як розв'язано поліетиленові комунікації стали символом надійності і довговічності, витісняючи тендітні і ненадійні металеві труби.

Газифікація вважається пріоритетним напрямом, що його стабілізації соціально-економічного становища краю, вирішення питань забезпечення населення газом теплом, поліпшенню екологічної обстановки.

Будівництво газопроводів з урахуванням поліетилену –це технічне рішення, що дозволяє радикально вирішити проблеми надійності і довговічності комунікацій, скоротивши у своїй витрати як у монтаж, і підтримання працездатності у процесі експлуатації.

Аналіз порівняльних характеристик витрат для будівництва газопроводу з сталевих і поліетиленових труб показує, що:

газопроводи з поліетиленових труб для будівництва дешевше втричі; непотрібна ізоляція, спрощується технологія сполуки труб та його укладка в траншеї;

час будівництва поліетиленових газопроводів скорочується порівняно з сталевими удесятеро;

пропускну здатність поліетиленової труби на 25-30% вище, ніж в сталевої такої ж діаметра;

гарантійний термін їхньої служби газопроводів зПЭ труб близько 100—150 років, проти 25-30 років - з сталевих;

при експлуатаціїПЭ газопроводів зайвими у виконанні заходів із антикорозійної захисту.

Процес виробництва труб зПЭ методомекструзии простий, продуктивний, економічніший, ніж виробництво металевих труб з погляду витрат електроенергії: на 1 тоннуПЭ труб витрата в 3-7 разів менше витрат за 1 тонну металевих труб.

На ВАТ «>Трубопласт» (р. Енгельс) організовано виробництвоекструзионних напірних труб з урахуванням поліетилену високої густини (>ПЭВП) за технологією, котра враховує передові ідеї, й світовий досвід у сфері переробки полімерних матеріалів. Актуальною проблемою підприємствам є розширення номенклатуригазонапорних труб й забезпечення їхніх конкурентоспроможності.

Метою згаданої роботи є підставою: розробити технологічну частина ескізного проекту з виробництву труб з поліетилену для систем газопостачання.


1.   Технологічний розділ

 

1.1      Інформаційний аналіз

Поліетилен одна із найбільш великотоннажних і дуже поширених полімерних матеріалів. Висока техніко-економічна ефективність використанняПЭ забезпечує збільшення споживання пластичних мас в народному господарстві. ЗдатністьПЭ для переробки усіма відомими для пластичних мас способами, його хороші експлуатаційні властивості дозволяють застосовувати цей полімер практично в усіх галузях промисловості.

Суттєвий зростання та розвитку нині отримали труб із полімерних матеріалів. Труби з цих матеріалів почали витісняти традиційні сталеві труб із великих областей будівництва.

Однією з найбільш поширених матеріалів виготовлення труб є поліетилен, полівінілхлорид, поліпропілен тощо. [2]

Труби з матеріалів мають унікальні корисні властивості і перевагами над іншими. Російський і закордонний досвід дослідження показує, що труб із полімерних матеріалів можуть міститися у експлуатації без істотних хімічних і механічних змін протягом 50 і більше років.Полимери мають високі експлуатаційні показники, більшість полімерів маютьводоотталкивающими властивостями. Технологічний процес їх виробництва дозволяє забезпечити вкрай низьку шорсткість поверхні труб, тому тертя між плинною рідиною і поверхнею труб незначно. З іншого боку, при тривалої експлуатації внутрішнє перетин труб не зменшується череззарастания відкладеннями, отже не потрібно, як у з іншими трубами, збільшувати видатки електроенергію для перекачування.

Що стосується будівництва зовнішніх магістральних трубопроводів не потрібно використання важкоїтрубоукладочной техніки, важкогобольшегрузного транспорту.

Структура й поліпшуючи властивостіПЭ визначаються способом його одержання і залежно від надання цього поділяються наПЭ отриманий за високого тиску -ПЭВД, за низького тиску -ПЭНД, за середнього тиску -ПЭСД. [5]

Ці три типу поліетилену різняться за рівнем розгалуженості (найбільш розгалуженіПЭВД, найменш розгалуженіПЭСД, на 1000 вуглецевих атомів вПЭВД - 15-25, вПЭНД - 3-6, вПЭСД - трохи більше 3 і, отже, за рівнемкристалличности і щільність, і навіть з молекулярної масі,молекулярно-массовому розподілу та інших показниками. УмакромолекулеПЭ на кінцях основний полімерної кайдани й посадили бічних ланцюгів містяться СП3-групи. УПЭВД бічніответвленности розташовуються друг від друга із середнім інтервалом ~50 вуглецевих атомів. Короткі відгалуження вПЭВД -метальние,етильние ібутильние групи. УПЭВД поруч із короткими відгалуженнями є і довгі бічні ланцюга, величина і характеру розподілу яких остаточно не встановлено.

УмакромолекулеПЭ містяться також насичені зв'язку трьох типів:винилиденовиеRRC=CH2,винильниеRCH=CH2 ітранс-виниленовиеRCH=CHR. Кількість ненасичених зв'язків на 1000 атомів вуглецю вПЭВД 0,4-0,6, вПЭНД іПЭСД 0,6-0,8. УПЭ можуть утримувати також дуже незначна число груп >>С=О чи -ВІН. СтупінькристалличностиПЭВД»60-75%,ПЭНД»70-85% іПЭСД»90%.

>Конформация ланцюгаПЭ - плаский зигзаг.ПЭ маєорторомбичной осередком з просторової групою симетрії. Відносна величина недоліків укристаллитахПЭ сягає кілька відсотків і порядок вищі, ніж низькомолекулярних кристалів. Розмірикристаллитов зазвичай коливаються в інтервалі50-200А дляПЭВД і 50-100 дляПЭНД іПЭСД.

>Надмолекулярная структура пресованих зразків характеризуються наявністюсферолитов з розмірами 1-10мкм дляПЭВД і1-20мкм дляПЭНД. Розмірисферолитов істотно залежить від режимів виготовлення виробів (швидкості і рівномірності охолодження). При розтягненніПЭсферолитная структура вихідного зразка перетворюється нафибриллярную, орієнтовану у бік витяжки. Тому властивості виробів ізПЭ визначатимуться як властивостями вихідного зразка, а й конфігурацією виробів і режимами їх виготовлення.Среднемассовая молекулярна маса промислових марок становить30тис.-400тис. дляПЭВД і південь від 50 тис.-800тис. дляПЭНД іПЭСД. Межа плинності, модуль пружності на вигині, твердість зростають із зменшенням числа коротких бічних ланцюгів вмакромолекулеПЭ і підвищення ступенякристалличности і щільність полімеру. Міцність при розтягненні, відносне подовження, температура тендітності, стійкість дорастрескиванию під напругою і ударна в'язкість більшою мірою визначаються величиною молекулярної маси, ніж ступенемкристалличности. Звуженнямолекулярно-массового розподілу лінійногоПЭ приводить до підвищення міцності при розтягненні, відносного подовження, ударної в'язкості, зменшенню усадки та стійкості дорастрескиванию під напругою.ПЭ вигідно відрізняється з іншихтермопластов поєднанням високої міцності з достатньої еластичність та здібністю «працювати» на вельми широкому інтервалі температур (від -120 до100°С).ПЭ -неполярний полімер, у якого високимиелектроизоляционними властивостями. ДляПЭ характерно незначне зміна електричних властивостей широтою діапазону температур і частот.Тангенс кута діелектричних втратПЭ наприклад, у інтервалі температур від -160 до120°С й частоти10-50кгц у межах210-4 -410-4.Диелектрические властивостіПЭ погіршуються зі збільшенням ступеня його окислення й за наявності домішок.

ВластивостіПЭ можна модифікувати змішанням коїться з іншими полімерами чисополимерами. Так при змішанніПЭ з поліпропіленом підвищуєтьсятеплостойкость, при змішанні збутилкаучуком чиетиленпропиленовим каучуком - питома в'язкість і стійкість дорастрескиванию.ПЭ має низькоюгазопаропроницаемостью.Газопроницаемость розгалуженогоПЭВД в 4-8 разів більше, ніжПЭНД іПЭСД.ПроницаемостьПЭ найменша длясильнополярних речовин і найбільша для вуглеводнів.ПЭ характеризується малоїпроницаемостью для води та водяних парів.ПЭ стійкий до природногоуглеводородному газу, але часто недосить стійкий до зрідженогопропан-бутану.[6]ПЭ інертний до дії багатьох хімічних реагентів,химстойкость залежить від молекулярної маси,молекулярно-массового і розподілу і щільності. Визначальним показником є щільність і з її збільшеннямхимстойкость зростає. Найвищоїхимстойкостью мають лінійніПЭНД іПЭСД.

>ПЭ не реагує з лугами будь-який концентрації, з розчинами нейтральних, кислих і основних солей, з органічними кислотами, з розчинамисолей-окислителей і і з концентрованої соляної і плавикової кислотами. При дії H2>SO4 (концентрації 80% і від) і температурі не нижче 50 °С властивостіПЭ змінюються.ПЭ руйнується при кімнатної температурі 50% азотної кислотою, і навіть рідкими газоподібними хлором і фтором.

>Разрушительное дію зазначених реагентів збільшується на підвищення температури.Бром і йод дифундують черезПЭ.Разбавленние розчини хлору й різні відбілюючі речовини незначно змінюють властивостіПЭ. Після обробітку 80-85% азотної кислотою при100-135°С чи сумішшю азоту NO та кисню вчетиреххлористом вуглеці при78°С відбуваєтьсятермоокислительная деструкціяПЭ. У такий спосіб отримуютьПЭ молекулярної маси 1000-2000, у якомукарбоксильние групи; він легкодиспергируется у питній воді із заснуванням стійких емульсій.ПЭ не розчиняється в органічних розчинниках при кімнатної температурі, але трохи у яких набухає; вище 80°С - розчиняється у багатьох розчинниках, добре валифатических і ароматичних вуглеводнях та йогогалогенопроизводних. Ступінь набрякання і розчинність збільшується із зменшенням щільності та молекулярної масиПЭ.

На повітрі під впливом ЗІ, ЗІ2, вологи і Про2 в виробах зіПЭ, які піддаються тривалого розтяганню що за різних напругах можуть з'являтися дрібні тріщини. Процес надається протягом кілька років і навіть десятиліть. Але вона значно пришвидшується за хорошого контакту з активними середовищами. Стійкість дорастрескиванию під напругою в поверхнево-активних середовищах зростає зі збільшенням молекулярної масиПЭ і розширеннімолекулярно-массового розподілу, зниження щільності досягається шляхомсополимеризации етилену зпропиленом,бутиленом та іншімономерами, або додаванні доПЭполиизобутилена чибутилкаучука, і навіть під час хлорування,бромировании чисульфохлорированииПЭ.

При енергетичному і механічних впливах вПЭ можуть відбуватися окислювання, деструкція і зшивання. При умовах переробки ці реакції практично незначні.ПЭ стійкий при нагріванні в вакуумі їм атмосфері інертного газу. Лише за температурі трохи вища 290С відбувається термічна деструкція, а при475°С - піроліз із заснуваннямвоскообразного речовини і газоподібних продуктівнестабилизированнийПЭ при нагріванні надворі піддаєтьсятермоокислительной деструкції, а під впливом сонячної радіації - фото старіння. Обидва процеси зовсім протікають по ланцюговому радикальному механізму.Термостарение супроводжується виділенням альдегідів,кетонов, перекису водню та інших продуктів, внаслідок погіршуються діелектричні властивостіПЭ, знижується міцність при розтягненні і відносне подовження.

Прифотостарении відбуваються деструктивні, і що структурують процеси. Відносна швидкість структурування (зшивання) під впливом світла значно вища, ніж під впливом тепла. Особливо чутливий поліетилен до впливу СФ - променів із довжиною хвилі280-330ммк. [5]

Для виготовлення труб, які у газопостачанні, застосовуєтьсяПЭНД, що характеризується високим рівнемкристалличности, механічної міцністю,теплостойкостью, меншоюдеформируемостью ігазопроницаемостью. (табл.1).

Таблиця 1.

Порівняльні властивостіПЭ.

Показники >ПЭВД >ПЭСД >ПЭНД
1 2 4 5
1. Молекулярна маса, тис 30-400 80-500 80-800

2. Щільність,кг/м3

910-930 960-970 950-960
3. Ступінькристалличности, % 60-65 90 75-85
4. Температура плавлення,С 105-108 127-130 120-128
5.Теплостойкость,С (методНИИПП) 100 128 120

6.Разветвленность, (число атомів СП3 на 100 атомів вуглецю)

15-25 1,5 5,0
7.Морозостойкость,С -60 -60 -60
8. Міцність при розриві,МПа 7,5-13,5 8,5-24,5 18-29
9. Відносне подовження при розриві, % 500-600 200-800 300-800
10.Разрушающее напруга при розтягненні,МПа 9,8-16,7 25-40 21,6-32,4
11.Твердость поБринеллю,МПа 0,14-0,25 0,55-0,65 0,45-0,58
12. Модуль пружності при розтягненні,МПа 145-245 540-950 540-980
>13.Водопоглощение за 30сут.,% 0,04 0,01 0,01
14. Питома об'ємне електричне опір,Омм

1015

1015

1015

15. Електрична міцність,МВт/м 45-60 45 60

Для виготовлення напірних труб рекомендуютьсяекструзионние маркиПЭВП, відмінні високої в'язкістю (>ПТР=0,3-0,6г/10мин), наявністю тепло- ісветостабилизаторов. Досить ефективна добавка канальної сажі (1,5-2,5%) підвищення стійкостіПЭ до окислювання і деструкції під впливом світла, і тепла. Проте, при змісті сажі більше трьох%ПЭ стає тендітним. На ТОВ «>Ставролен» налагоджено виробництвоПЭ-80 для труб систем газопостачання із вмістом сажі 2,1% від безлічі зі стандартним відхиленням 0,007%. Фізико-хімічні характеристики отриманого сировини відповідають технічним вимогам, певним у регламенті отримання «знакаNF поліетиленовими трубами для газу» (>NF – французький норматив).Механические випробування отриманих труб показують, щоекструдированние з цьогоПЭ труби мають хорошою стійкістю до повільному й швидкогорастрескиванию.[7]

>Механические властивості труб залежить від властивостей вихідного сировини, умов і режимів переробки [6], то з збільшенням молекулярної маси простежується зростання міцності при розтягненні; модуль пружності, твердість, межа плинності зростає зі збільшенням ступенякристалличности. Важливою механічної характеристикоюПЭ труб є ударна в'язкість, що зберігається практично в температурному інтервалі від +20 до - 20С.

До вадПЭ труб слід віднести: горючість, значну повзучість, високий коефіцієнт лінійного розширення, низьку тепло- ітермостойкость.

Міжнародний стандартJSO 4437 у принципі передбачає застосуванняПЭ-63 для газових труб. Фірма «>Cabot Corp.Boston»[7] запропоновано ще 60-ті роки застосування труб газорозподільних комунікацій зшитогоПЭ із вмістом сажі близько 50%. Для зшивання ланцюжків поліетиленових молекул застосовують органічні перекису і високочастотний нагрівання в електричному полі. Високий вміст сажі і високочастотний нагрівання забезпечують надійний захист труб від дії ультрафіолетового проміння, зменшенняелектризуемости, коефіцієнта лінійного розширення, поліпшення опоруистиранию, високу хімічну стійкість до маслам, бензину, ароматичним вуглеводням, температуру експлуатації до 100С.

У запатентовано спосіб отримання тонкостінних труб зультрависокомолекулярногоПЭ, маєхарактеристическую в'язкість 5дл/г [8].

Для транспортування газу Німеччини розроблена трубна маркаПЭ збимодальнимММР (співвідношеннянизкомолекулярногоПЭ до частцівисокомолекулярногоПЭ – 0,5 : 2), знана підвищеної стійкістю дотрещинообразованию (>1400 годину), ударної в'язкістю (>7МДж/мм2), жорсткістю (Єзв 1100н/мм2).[9]

Удосконалення процесугазофазнойсополимеризации етилену збутеном накатализатореS-2 (>хроморганическое з'єднання) для підприємства «>Казаньоргсинтез» дозволило створити трубну маркуПЭ-80, що забезпечує якість газових труб відповідно до світовими стандартами [10]. Нині 6 марок газовогоПЭ-80 (>сополимеровПЭ згексеном ібутеном) випускає ТОВ «>Ставролен» чорного і жовтого квітів, які мають хорошою стійкістю до повільномурастрескиванию. Але його застосування проблематично длявисоконапорних газових мереж (Р=6атм.) з погляду швидкого поширення тріщин.

У 1980-х роках Бельгійський концерн «>Сольвей» розробив процес полімеризаціїПЭВП третього покоління, які забезпечують убудовуваннясомономера в аморфну фазу, що зумовлює збільшення частки полімерних прохідних ланцюгів. Нова маркаПЭ-100 збимодельниммолекулярно-массовим розподілом має

Страница 1 из 7 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація