CN110842403A - 一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊及其制备方法。所述的封堵复合气囊由多层可溶解于水的纸塑复合膜组成。多层纸塑复合膜由水溶性聚合物气体阻隔层/水溶纸/水溶性聚合物气体阻隔层或者上述结构单元的重复叠加而成。在水溶纸两侧均涂覆了水溶性聚合物，增强了可溶纸的强度。从而赋予了复合气囊良好的挺括度和耐折性以及气体阻隔性。复合气囊通过耐高温胶粘剂与管道粘合在一起成为一种高气体阻隔性、热稳定性高、可完全溶解于水的焊接充氩封堵材料。可在空间有限的管线内部形成高效、可靠的氩气保护氛围，有效地提高焊接质量、缩短工期、提高安装工效。可应用于海上油气管道与设备的黄金焊口以及超长距离管道碰口焊接施工中。

Description

一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊及其制备 方法

技术领域

本发明涉及海洋石油工程领域，具体地说涉及一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊及其制备方法。

背景技术

近年来，随着陆上和近海油气资源的日益枯竭，油气田开发逐步从近海走向深水领域。受陆上石油勘探程度高、开发难度越来越大。国际政治、经济、外交和军事等风险的影响，国际大型石油公司已经将开采海洋油气资源作为重要战略举措之一。海洋石油产量过去20年间在全球石油总产量中的比重已从20％上升到30％。全球重大油气发现的70％来自水深超过1000m的水域。深水油气勘探和生产活动大大增加，是世界海洋石油天然气工业发展的总趋势。使用水下生产***开发深水油气田，可以避免建造昂贵的海上采油平台，节省大量建设投资；而且水下生产***受天气影响较小，可靠性强，因此成为深水油气田的关键技术。

水下生产***所用的输油(气)管道往往需要在现场进行焊接。而在焊接时周围环境气氛对焊接质量会产生很大的影响。因此，海洋深水输油(气)管道在焊接时需要有完善的气体保护措施，否则会影响焊接质量；在焊接过程中，需要对整条管线充氩气进行保护将会造成保护Ar气的大量浪费，同时达到管道焊接要求所需要的充气时间过长，有可能造成工期延误的风险，提高焊接成本，不利于企业的节能减排和降本增效。特别是对于焊接管道设备之间的黄金焊口或长距离管道碰口焊接来说，如何实现有效的氩气保护则更为重要。

目前对于焊接过程中充氩气保护措施主要有如下几种常用的方法：

(1)封堵盘组法：采用海绵(木板、塑料泡沫板)制做成圆形封堵盘组加氩气管组成装置，这样进行气体保护的管道焊缝往往需要从一端往另一端一个接一个焊过去，通过拖动圆形封堵盘组达到对管道充氩保护的效果。再进行焊口打底焊接。这种气体保护方法的缺点是效率低下，而且对于施工人员有一定的安全风险。特别是当两个长距离管道进行碰口或者部分管道焊缝不合格需要切割重新焊接、异型管道等特殊场合应用还存在着很大的难度。

(2)橡胶球封堵法：该方法是在需要维修的管道两端各放置一个可充气的橡胶隔离球，起到临时封堵隔离的作用，操作完成后需要将隔离球取出。这种气体保护方法的缺点在于：焊接结束后必须能够取出橡胶隔离球。在取出的过程中，需要破坏掉橡胶隔离球。损坏脱落的橡胶残渣会对管道造成污染；同时还会对管道上的仪表造成堵塞，造成安装及清理上的极大不便。

(3)耐高温水溶纸法：CN201710192990介绍了一种水溶纸在长距离工业管道中间接头碰口氩弧焊中的应用。水溶纸是一种可快速溶解的用于封堵管道内保护气体的材料。目前市场上进口(美国立可溶公司生产)及国产水溶纸均有销售。在管道对口之前，使用胶水在管道内部焊口两侧距离所焊管口200～300mm处的管壁上各粘上一张水溶纸将管道密封，其中一端留一个进气孔，另一端为全封闭端。用铝胶带绕管道焊缝处外圆周将组对固定好的焊缝密封，焊缝密封处上端留少许间隙便于空气溢出。使用仪器检测到管内Ar气浓度达到99.9％即可进行焊接。采用流量20～30L/min纯氩，保证焊缝背面得到氩气可靠的保护。焊接结束后用水或者蒸汽冲洗焊接后的管道就能使管道里水溶纸溶解，不留下残渣。

黄金焊口是指焊接过程中，不需要做试压的一部分焊口(比如说管道和设备直接连接的焊口)。对于黄金焊口来说，氩气的保护效果的好坏直接关系到焊接接头的质量。而且惰性气体保护层是柔性的，极易受外界因素的扰动而遭破坏，氩气保护作用的可靠程度与气体流量、喷嘴直径、喷嘴至焊件距离、焊接速度和外界气流、焊接接头形式、焊枪倾斜角度、焊丝填充的送入等因素的综合影响有关，如何使上述因素合理而达到保护可靠，则应根据现场施工环境综合考虑。但是考虑到海上现场焊接实际工况，目前市场上销售的各种国产及进口焊接水溶纸仍然存在很大的弊端，远远不能满足目前海洋石油工程项目中黄金焊口所需惰性气体保护的实际需求。市场上现有的焊接水溶性纸采用很薄的水溶性薄膜制成(厚度为0.02-0.5毫米)，遇水会很快溶化(15秒)。这给海上焊接作业造成很大的风险；焊接过程中产生的热量以及焊接环境可能存在震动、低温、大风等的影响，有可能使贴在管道管壁的水溶纸脱落；水溶纸容易在焊接过程中被掉落的高温焊渣引燃造成燃烧或者烫穿；对于内壁不够光滑的管件贴合不好；焊接前需要对管道口开坡口时掉落的金属残渣会使可溶纸开裂等。

发明内容

本发明的主要目的在于为了克服目前现有管道焊接Ar气保护方案的缺点及弊端，克服现有管道整体充氩或利用封堵盘以及可溶纸等封堵方式存在的缺点而提供了一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊。其制备方法简单，易操作，成本低。可在管线内部形成可靠、有效的Ar气保护环境，可以有效地提高焊接质量，缩短工期。可满足目前海洋石油工程项目中黄金焊口所需惰性气体保护的实际需求。

本发明是由以下技术方案实现的：

一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，由多层可溶解于水的纸塑复合膜组成。多层纸塑复合膜由水溶性聚合物气体阻隔层/水溶纸/水溶性聚合物气体阻隔层或者上述结构单元的重复叠加而成；水溶性阻隔层是由稠化剂、消泡剂、增塑剂、阻燃剂和水组成；其中稠化剂是聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、改性淀粉、改性纤维素(羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素)或其钠盐中的至少一种；有机硅消泡剂是聚醚改性有机硅或聚硅氧烷中的至少一种；增塑剂是丙三醇、乙二醇、三乙醇胺中的一种或几种混合物；阻燃剂是有机卤系阻燃剂、磷酸酯阻燃剂、卤代磷酸酯阻燃剂中的一种或几种混合物；纸塑复合气囊通过耐高温胶粘剂(包括热熔胶、瞬干胶、压敏胶、单组份或双组分丙烯酸酯结构胶、环氧树脂胶粘剂中的一种或几种混合物)与管道进行粘合，使之成为一种高气体阻隔性、热稳定性高、可完全溶解于水的焊接充氩封堵材料。

一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将稠化剂溶解在含有增塑剂的水中，滴加消泡剂，使其溶解并保温2～2.5小时。再向溶液中加入阻燃剂，充分搅拌至完全溶解并分散均匀。停止搅拌静置2h；

(2)依据管道尺寸将市售的水溶纸剪成相应大小尺寸的圆形。在其表面均匀涂覆一层步骤(1)中配制好的溶液，在95℃下加热使其完全干燥；

(3)重复以上步骤，可分别制备多层可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊。

本发明的优点和积极效果是：

(1)可完全溶解于水。复合气囊由多层可溶解于水的纸塑复合膜组成。多层纸塑复合膜由水溶性聚合物气体阻隔层/水溶纸/水溶性聚合物气体阻隔层或者上述结构单元的重复叠加而成。在水溶纸两侧均涂覆了水溶性聚合物，增强了可溶纸的强度。从而赋予了复合气囊良好的挺括度和耐折性以及气体阻隔性。

(2)纸塑复合气囊通过耐高温胶粘剂与管道粘合在一起成为一种高气体阻隔性、热稳定性高的焊接充氩封堵材料。

(3)管件焊接完成后，用水冲洗，复合气囊将完全溶解于水中形成液态混合溶液。无需取出，不会污染和堵塞管道；可生物降解不会污染环境，分解物及排放符合国家和地方环境保护方面的规范标准。

(4)其制备方法简单，易操作，成本低。可在空间有限的管线内部形成高效、可靠的Ar气保护氛围，有效地提高焊接质量、缩短工期、提高安装工效。有效避免出现焊接质量问题及施工人员的操作安全风险；同时节省氩气、人力、物力、时间资源的投入，可以达到节能减排，降本增效的目的。可应用于管道与设备的黄金焊口以及超长距离管道碰口焊接施工中。

附图说明

图1一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，由聚乙烯醇、有机消泡剂、丙三醇、阻燃剂、水等组分配制而成。其制备方法包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将158.4g聚乙烯醇溶解在含有15g丙三醇的1,320ml水中，在1000rpm转速下搅拌10min滴加7.5g有机硅消泡剂，使其溶解并保温2～2.5小时。再向溶液中加入180g阻燃剂，充分搅拌20min至完全溶解并分散均匀。停止搅拌静置2h。

(2)依据管道尺寸将水溶纸剪成10英寸的圆形。在其表面均匀涂覆一层步骤(1)中配制好的溶液，在95℃下加热使其完全干燥。

实施例2：

一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，由聚乙烯醇、有机硅消泡剂、三乙醇胺、阻燃剂、水等组分配制而成。其制备方法包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将162g聚乙烯醇溶解在含有15g丙三醇的1350ml水中，在1000rpm转速下搅拌10min滴加7.5g有机硅消泡剂，使其溶解并保温2～2.5小时。再向溶液中加入7.5g三乙醇胺、150g阻燃剂，充分搅拌20min至完全溶解并分散均匀。停止搅拌静置2h。

(2)依据管道尺寸将水溶纸剪成12英寸的圆形。在其表面均匀涂覆一层步骤(1)中配制好的溶液，在95℃下加热使其完全干燥。

(3)重复步骤(2)，分别制备3层和4层可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊。

本发明具有实质性特点和显著的技术进步，提出的一种可完全溶解于水的管道焊接充氩封堵用复合气囊，解决了在海洋钻井平台现场施工中焊接管道黄金焊口或长距离管道碰口焊接的充氩保护难题，节省成本，方便可靠，确保焊接质量。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (9)

1.一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的复合气囊由多层可溶解于水的纸塑复合膜组成；纸塑复合膜由水溶性聚合物气体阻隔层/水溶纸/水溶性聚合物气体阻隔层或者上述结构单元的重复叠加而成。

2.根据权利要求1所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的水溶纸由羧甲基纤维素钠制备而成；厚度0.02-1毫米。

3.根据权利要求1所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的水溶性聚合物气体阻隔层是由以下组分按重量比配制而成：

4.根据权利要求3所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的稠化剂是聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、改性淀粉、改性纤维素(羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素)或其钠盐中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的有机硅消泡剂是聚醚改性有机硅或聚硅氧烷中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的增塑剂是丙三醇、乙二醇、三乙醇胺中的一种或几种混合物。

7.根据权利要求3所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的阻燃剂是有机卤系阻燃剂、磷酸酯阻燃剂、卤代磷酸酯阻燃剂中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求1所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊，其特征在于所述的复合气囊通过耐高温胶粘剂与管道进行粘合，使之成为一种高气体阻隔性、热稳定性高、可完全溶解于水的焊接充氩封堵材料；所用胶粘剂是热熔胶、瞬干胶、压敏胶、单组份或双组分丙烯酸酯结构胶、环氧树脂胶粘剂中的一种或几种混合物。

9.一种如权利要求1所述的一种可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在常温常压下，将稠化剂溶解在含有增塑剂的水中，滴加消泡剂，在95℃下加热30min，使其溶解并保温2～2.5小时。再向溶液中加入阻燃剂，充分搅拌至完全溶解并分散均匀；

(2)依据管道尺寸将焊接用水溶纸剪成相应大小尺寸的圆形。在其表面均匀涂覆一层步骤(1)中配制好的溶液，在95℃下加热使其完全干燥；

(3)重复以上步骤，可分别制备多层可完全溶解的管道焊接充氩封堵用复合气囊。

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