Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 249

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

за 24 час. пребывания в

разных

средах при

150°С было

следующим:

Вода Трансформаторное

Нефть

 

РМПЭ (высокого давления)

0.76

масло

57,7

73,2

Резина ТСШ-50 №10У

0,96

268,5

110,7

Фторлон-40Ш

4,3

17,2

27,3

Резина НШ-40

10,6

53,2

33,4

Набухание облученных и необлученных ПЭВД и ПЭНД в воде и нефти существенно не отличаются друг от друга. Малое набухание РМПЭ в воде и значительное в транс­ форматорном масле и нефти, видимо, объясняется тем, что сорбционная способность полимера определяется соотноше­ нием его полярности и среды. Известно, что полярные по­ лимеры хорошо сорбируют полярные, а неполярные — не­ полярные жидкости. Этим же можно объяснить набухание остальных рассмотренных материалов.

Таким образом,

РМПЭ обладает

значительно

меньшим

набуханием в воде, чем резины ТСШ-50 и НШ-40,

а также

фторлон-40Ш, но

большим, чем у

фторлона-40Ш

и рези­

ны НШ-40 набуханием в трансформаторном масле и нефти. Последний факт имеет наряду с отрицательной и положи­ тельную сторону, поскольку препятствует быстрой потере эластичности изоляции из РМПЭ при термическом старении в условиях эксплуатации каротажных кабелей. Нефть ока­ зывает на РМПЭ пластифицирующее действие.

Физические характеристики РМПЭ в основном опреде­ ляются поглощенной дозой излучения. В некоторых слу­ чаях, например, при длительном облучении в окислительной среде, не вся поглощенная энергия затрачивается на полез­ ный эффект—сшивание макромолекул, вследствие чего реаль­ ные характеристики РМПЭ могут отличаться от ожидае­ мых, соответствующих поглощенной дозе. Материал оказы­ вается как бы „недосшитым“. При облучении пленок ПЭ на воздухе и в вакууме 7 -излучением Со-60 процесс обра­ зования полярных групп в первом случае протекает интен­ сивно, во втором—практически отсутствует [185]. Скорость деструкции полимера под влиянием кислорода увеличивает­ ся, а скорость сшивания-уменьшается.

Степень влияния кислорода уменьшается с увеличением толщины образца и мощности дозы [203, 267]. Следователь­ но, полярные группы сосредоточены в основном на поверх­ ности образцов, что экспериментально подтверждено Сажиным и др. [159], Чарльзби [214]. Однако при низкой интен­ сивности излучения и, соответственно, большой экспозиции облучения окислительные процессы возможны не только на поверхности, но также и с участием растворенного при

207

обычных условиях в полиэтилене кислорода. При очень высоких интенсивностях излучения, очевидно, происходит значительное окисление объема облучаемого полиэтилена не

только за счет растворенного кислорода,

но

 

и

вследствие

 

 

 

 

 

 

 

образования

озона. Соглас­

 

 

 

 

 

 

 

но некоторым

данным, уве­

 

 

 

 

 

 

 

личение мощности

дозы

в

 

 

 

 

 

 

 

4 [233] и 300 раз [100]

 

 

 

 

 

 

 

существенно сказывается на

 

 

 

 

 

 

 

степени окисления

матери­

 

 

 

 

 

 

 

ала. Диэлектрические

поте­

 

 

 

 

 

 

 

ри в облучаемом на воздухе

 

 

 

 

 

 

 

ПЭВД

линейно

возрастают

 

 

 

 

 

 

 

с увеличением поглощенной

 

 

 

 

 

 

 

дозы,

а

при

облучении

в

 

 

 

 

 

 

 

азоте

увеличиваются незна­

 

 

 

 

 

 

 

чительно

[159,

244] —оче­

 

 

 

 

 

 

 

видно,

только

за счет

рас­

 

 

 

 

 

 

 

творенного кислорода. Доз

 

 

 

 

 

 

 

ная

зависимость

сопротив­

 

 

 

 

 

 

 

ления

изоляции

 

из

ПЭВД

 

 

 

 

 

 

 

при

 

облучении

у-излуче-

 

 

 

 

 

 

 

нием Со-60 и ограниченном

 

 

 

 

 

 

 

доступе воздуха

с

увели­

 

 

 

 

 

 

 

чением поглощенной

дозы

 

 

 

 

 

 

 

изменяется

по

 

кривой

с

 

 

 

 

 

 

 

максимумом

при

дозе

90

 

 

 

 

 

 

 

Мрад (рис. 28,

а)1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R„3 , как и в, определяет­

Рис. 28. Дозные зависимости

ПЭВД:

ся соотношением

вкладов

радиационного

 

окисления

а —

пробивного напряжения (тонкие

линии 1,

(уменьшающего RH3

и уве­

2, 3,

4 при 100, 150, 200, 250°С, соответствен­

но!, сопротивления

изоляции

(толстые линии

личивающего

в)

и

степени

U 2, 5, 4 — при 80, 100, і80, 250°С) и диэлек­

сшивания

(пропорциональ­

трической проницаемости

(пунктирные линии

соответственно); толщина изоляции — 0,25 мм,

ной

поглощенной

 

дозе).

U 2, 3, 4, 5 при

50, 120, 160, 200

и 240°С,

Очевидно,

 

второй

фактор

облучение ^-излучением Со00 при ограниченном

 

доступе воздуха (в запаянных ампулах);

приводит

к

 

увеличению

б — удельного

объемного

сопротивления

 

2 -

130, 3 - 160, 4 -

190, 5 —

220; облучение

R„3 , поскольку

электропро­

изоляции (толщина

3,8 мм) при T éC: 1 — 100,

водность

уменьшается

с

^-излучением Со60

в инертной среде.

 

 

 

 

 

 

 

 

увеличением

 

„компактно-

 

1 Максимум RH3

при - 90 Мрад характерен также

для образцов (&из=

3,8 мм), облученных

в

инертной среде

(см. рис.

28,

0) [129].

Анализ

условий облучения образцов

с тонкостенной

 

изоляцией

(5И = 0,25 мм)

при ограниченном доступе воздуха показывает,

что по количеству участ­

вовавшего в реакции окисления воздуха они сравнимы с

условиями

об­

лучения толстостенной (оиз = 3,8 мм) изоляции

в инертной

среде

в во­

дозащищенной изотопной установке ИЯФ АН УзССР. В общем же слу-

208

сти“, плотности упаковки и микровязкости материала,

повышающейся с

увеличением степени сшивания. При пог­

лощенных дозах

менее 90 Мрад влияние процесса сшивки

на R„ 3 превалирует над влиянием процесса

радиационного

окисления. При дозах выше 90 Мрад начинает

превалиро­

вать вклад

радиационного

окисления, так

как

экспозиция

облучения

велика — 100 час. при

мощности дозы 350 р/сек.

С увеличением температуры испытания

уровень R„ 3

оп­

ределяется

в основном поглощенной дозой. При 250°С соп­

ротивление изоляции возрастает с

увеличением

поглощен­

ной дозы до 90 Мрад, а затем

в

интервале 904-150 Мрад

и практически не изменяется.

С увеличением поглощенной

дозы зависимость

Низ от

температуры уменьшается.

Для

поглощенных доз 0,60, 90 и 150 Мрад fKRH3

составляют,

соответственно, (25; 2,28;

1,80 и 1,65)- 10~2 °С-1. При облу­

чении ПЭВД или ПЭНД

как в инертной среде или вакууме,

так и тем более на воздухе, дозная зависимость RH3 в ши­

роком интервале доз в принципе

должна

быть немонотон­

ной вследствие одновременного протекания процессов, про­ тивоположно влияющих на RH3 и приводящих к его увели­ чению (сшивание) и уменьшению (деструкция, окисление и др.). Поэтому R„ 3 должно увеличиваться с ростом погло­ щенной дозы до своего максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении дозы может спадать или прак­

тически не изменяться, но не

существенно

возрастать. Это

связано с тем, что максимум

RH3, очевидно,

при любой тем­

пературе

испытания

должен

соответствовать дозе D', при

которой

содержание

гель-фракции в материале достигает

максимума. При дозах D > D' в зависимости Ri,3 = f(D) в принципе также не исключено появление экстремумов, но максимумы R„ 3 не могут превышать максимум RH3, соответ­ ствующей дозе D'. В процессе облучения в вакууме поли­ этилена 80% - ное содержание гель-фракции достигается уже при дозах —50 Мрад, на воздухе при мощности дозы 200 рісек (глубокое радиационное окисление)—320 Мрад, при применении некоторых добавок — до 10 Мрад.

Таким образом, максимум RH3, соответствующий дозе D', можно считать главной фазовой характеристикой зависимос­

ти RH3 = \{ü).

Очевидно, величина его и положение должны

зависеть от многих факторов: индивидуальных

особеннос­

чае при резко

различающихся условиях облучения

максимум R из

должен смещаться в область больших доз при увеличении степени окис­ ления. Увеличение Р, видимо, должно смещать максимум pv (RH3) в

сторону меньших доз при Т > Тп — во всем диапазоне давлений, а при

Т < Тп — начиная с давлений 30U —350 кгс/с-и* (Тп — начальная

темпера­

тура плавления кристаллитов).

 

14-3612

209

тей облученного полимера, условий облучения, давления и т. д. Например, при определенном соотношении испытатель­ ных температур и давлений возможно достижение практи­ ческой независимости RH3 от поглощенной дозы, что наб­ людается, например, у изоляции из ПЭВД радиальной тол­

щиной 0,6 мм,

облученной ? - излучением

Со-60

в

гелии,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при гидростатическом дав­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лении

600

кгс/см\

темпе­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ратурах 70,

100

 

и

130°С в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

интервале поглощенных доз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30-І-120 Мрад.

 

При

облу­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чении в инертной

среде

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дозную

зависимость

RH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

влияет

растворенный

в изо­

ЗВ

ВО

 

по

 

wo

 

200

 

ляции

воздух.

 

Так,

при

 

 

 

 

.радиальной толщине изоля­

 

---1---1« , ,1—Л — 1---L.

 

 

 

 

 

 

 

1,2 мм

 

 

 

 

 

 

у Э К Ь

 

 

 

 

 

 

 

т;с

 

ции

температурные

■

 

 

 

 

5

 

 

 

зависимости

lgpv

образцов,

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

облученных

до доз

100 и

■

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150 Мрад,

практически

не

 

Ѵ

\

 

 

 

 

 

 

 

отличаются

(igpv

образцов,

; -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

облученных

до

дозы

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

? .

 

V

 

 

 

 

 

 

 

Мрад,

незначительно

ниже

-

 

 

 

 

 

 

 

 

lgpv

образцов,

облученных

1 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

до дозы 100 Мрад). Увели­

г о

. в о

, / в о

д о

 

 

 

 

 

 

чение радиальной

толщины

 

180

2 2 0

к о т ,° с

 

приблизительно

 

в

3

раза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п о кв ж

500

и д о л е е

500

 

 

 

привело к более существен­

Рис. 29. Температурная зависимость

 

ной разнице в температурной

 

зависимости

lgpv

образцов,

логарифма удельного

сопротивления

 

облученных до тех же доз

изоляции ПЭВД,

облученного 7-из-

 

 

лучением Со60 в среде:

 

 

 

(рис. 29, а ).

 

 

 

 

 

а —

гелия до доз, Мрад: 1 — 100; 2 -

150

 

 

Исследования

изоляции

(для 1 и 2 5

=1,2

мм);

3 -

150;

4 —

200;

 

из ПЭВД и

ПЭНД,

облу­

5 — 100 (для

3, 4 и

5 5

>3,8 мм);

 

 

ченной

в среде

гелия,

по­

б —

до доз, Мрад: 7 — 80

(на

воздухе,

 

казали, что RH3 необлучен-

быстрые электроны, мощность дозы 75

ного ПЭНД при 120°С сни­

Мрад'Мик.); 2 — 140 (в аргоне,

7 -излучение);

 

5 — 100 (на воздухе, быстрые электроны, м о щ ­

жается

до 0, а у облучен­

ность дозы 6 Мрадімин.),

 

 

 

 

 

составляет ~

1,2 • ІО12ом-см.

 

ного (120 Мрад)

 

при

160°С

RH3

у

необлученного

ПЭВД

снижается до 0

при

130°С,

а

у

облученного (120 Мрад)

при этой

же

 

температуре

рѵ

составляет

4,3- \0и ом ■см,

при

160°С — ~

10й,

а

при

210°С----- 1012

ом • см.

Сле­

довательно, у ПЭНД,

как

необлученного, так

 

и

сшито­

го, зависимость сопротивления изоляции от температуры, определяемая температурным коэффициентом сопротивле­

ния изоляции TKRM, заметно больше, чем у ПЭВД.

210

Смотрите также файлы