Acest ghid ilustrat prezintă câteva probleme comune care pot apărea cu materialele polimerice și elastomerice care sunt diferite de cele care apar cu etanșările și componentele metalice.
Defectarea componentelor polimerice (plastice și elastomerice) și consecințele acesteia pot fi la fel de grave ca defecțiunea echipamentelor metalice.Informațiile prezentate descriu unele dintre proprietățile care afectează componentele polimerice ale echipamentelor utilizate în instalațiile industriale.Aceste informații se aplică unor moșteniriInele O, țeavă căptușită, plastic armat cu fibre (FRP) și țeavă căptușită.Sunt discutate exemple de proprietăți precum penetrarea, temperatura sticlei și vâscoelasticitatea și implicațiile acestora.
Pe 28 ianuarie 1986, dezastrul navetei spațiale Challenger a șocat lumea.Explozia a avut loc deoarece inelul O nu s-a etanșat corespunzător.
Defecțiunile descrise în acest articol introduc unele dintre caracteristicile defecțiunilor nemetalice care afectează echipamentele utilizate în aplicații industriale.Pentru fiecare caz, sunt discutate proprietăți importante ale polimerului.
Elastomerii au o temperatură de tranziție sticloasă, care este definită ca „temperatura la care un material amorf, cum ar fi sticla sau polimerul, trece de la o stare sticloasă fragilă la o stare ductilă” [1].
Elastomerii au compresie stabilită – „definită ca procentul de deformare pe care un elastomer nu îl poate recupera după o perioadă fixă de timp la o anumită extrudare și temperatură” [2].Potrivit autorului, compresia se referă la capacitatea cauciucului de a reveni la forma inițială.În multe cazuri, câștigul de compresie este compensat de o anumită expansiune care apare în timpul utilizării.Cu toate acestea, după cum arată exemplul de mai jos, acest lucru nu este întotdeauna cazul.
Defecțiunea 1: Temperatura ambientală scăzută (36°F) înainte de lansare a dus la inele O-ring Viton insuficiente pe Shuttle Challenger.După cum s-a afirmat în diverse investigații despre accidente: „La temperaturi sub 50°F, inelul O Viton V747-75 nu este suficient de flexibil pentru a urmări deschiderea golului de testare” [3].Temperatura de tranziție sticloasă face ca inelul O Challenger să nu se etanșeze corespunzător.
Problema 2: Sigiliile prezentate în figurile 1 și 2 sunt expuse în principal la apă și abur.Garniturile au fost asamblate la fața locului folosind monomer de etilen propilen dienă (EPDM).Cu toate acestea, ei testează fluoroelastomeri (FKM) cum ar fi Viton) și perfluoroelastomeri (FFKM), cum ar fi inelele O Kalrez.Deși dimensiunile variază, toate inelele O prezentate în Figura 2 încep de aceeași dimensiune:
Ce s-a întâmplat?Utilizarea aburului poate fi o problemă pentru elastomeri.Pentru aplicații cu abur peste 250°F, deformațiile de dilatare și contracție FKM și FFKM trebuie luate în considerare în calculele de proiectare a ambalajului.Diferiții elastomeri au anumite avantaje și dezavantaje, chiar și cei care au rezistență chimică ridicată.Orice modificare necesită o întreținere atentă.
Note generale despre elastomeri.În general, utilizarea elastomerilor la temperaturi peste 250°F și sub 35°F este specializată și poate necesita contribuția designerului.
Este important să se determine compoziția elastomerică utilizată.Spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR) poate face distincția între tipuri semnificativ diferite de elastomeri, cum ar fi EPDM, FKM și FFKM menționate mai sus.Cu toate acestea, testarea pentru a distinge un compus FKM de altul poate fi o provocare.Inelele O fabricate de diferiți producători pot avea umpluturi, vulcanizări și tratamente diferite.Toate acestea au un impact semnificativ asupra setului de compresie, rezistenței chimice și caracteristicilor de temperatură scăzută.
Polimerii au lanțuri moleculare lungi, care se repetă, care permit anumitor lichide să pătrundă în ei.Spre deosebire de metale, care au o structură cristalină, moleculele lungi se împletesc între ele ca un fir de spaghete gătite.Din punct de vedere fizic, pot pătrunde molecule foarte mici, cum ar fi apa/aburul și gazele.Unele molecule sunt suficient de mici pentru a se potrivi prin golurile dintre lanțurile individuale.
Eșecul 3: De obicei, documentarea unei investigații de analiză a defecțiunii începe cu obținerea de imagini ale pieselor.Cu toate acestea, bucata de plastic plată, flexibilă, cu miros de benzină, primită vineri s-a transformat luni într-o țeavă rotundă tare (momentul în care a fost făcută fotografia).Se pare că componenta este o manta de țeavă din polietilenă (PE) folosită pentru a proteja componentele electrice sub nivelul solului la o benzinărie.Piesa plată de plastic flexibil pe care ați primit-o nu a protejat cablul.Pătrunderea benzinei a provocat modificări fizice, nu chimice – țeava de polietilenă nu s-a descompus.Cu toate acestea, este necesar să se pătrundă în țevi mai puțin înmuiate.
Defecțiunea 4. Multe unități industriale folosesc țevi de oțel acoperite cu teflon pentru tratarea apei, tratarea acidului și acolo unde prezența contaminanților metalici este exclusă (de exemplu, în industria alimentară).Țevile acoperite cu teflon au orificii de aerisire care permit scurgerea apei în spațiul inelar dintre oțel și căptușeală.Cu toate acestea, țevile căptușite au o perioadă de valabilitate după utilizare prelungită.
Figura 4 prezintă o țeavă căptușită cu teflon care a fost folosită pentru a furniza HCl de peste zece ani.O cantitate mare de produse de coroziune din oțel se acumulează în spațiul inelar dintre căptușeală și conducta de oțel.Produsul a împins căptușeala spre interior, provocând daune așa cum se arată în Figura 5. Coroziunea oțelului continuă până când țeava începe să curgă.
În plus, curgerea apare pe suprafața flanșei de teflon.Fluaj este definit ca deformare (deformare) sub sarcină constantă.Ca și în cazul metalelor, curajul polimerilor crește odată cu creșterea temperaturii.Cu toate acestea, spre deosebire de oțel, curajul are loc la temperatura camerei.Cel mai probabil, pe măsură ce secțiunea transversală a suprafeței flanșei scade, șuruburile țevii de oțel sunt strânse excesiv până când apare fisura inelului, prezentată în fotografie.Fisurile circulare expun și mai mult țeava de oțel la HCl.
Eșecul 5: căptușelile din polietilenă de înaltă densitate (HDPE) sunt utilizate în mod obișnuit în industria petrolului și gazelor pentru a repara liniile de injecție a apei din oțel corodat.Cu toate acestea, există cerințe de reglementare specifice pentru reducerea presiunii de căptușeală.Figurile 6 și 7 arată o căptușeală defectată.Deteriorarea unei singure căptușeli de supapă are loc atunci când presiunea inelară depășește presiunea internă de funcționare - căptușeala se defectează din cauza penetrării.Pentru căptușelile HDPE, cea mai bună modalitate de a preveni această defecțiune este evitarea depresurizării rapide a conductei.
Rezistența pieselor din fibră de sticlă scade cu utilizarea repetată.Mai multe straturi se pot delamina și crăpa în timp.API 15 HR „Teava lineară din fibră de sticlă de înaltă presiune” conține o declarație conform căreia o modificare de 20% a presiunii este limita de testare și reparare.Secțiunea 13.1.2.8 din standardul canadian CSA Z662, Sisteme de conducte de petrol și gaze, specifică că fluctuațiile de presiune trebuie menținute sub 20% din presiunea nominală a producătorului de conducte.În caz contrar, presiunea de proiectare poate fi redusă cu până la 50%.La proiectarea FRP și FRP cu placare, trebuie luate în considerare sarcinile ciclice.
Defecțiunea 6: Partea inferioară (ora 6) a țevii din fibră de sticlă (FRP) utilizată pentru alimentarea cu apă sărată este acoperită cu polietilenă de înaltă densitate.Au fost testate piesa defectată, partea bună după defecțiune și a treia componentă (reprezentând componenta post-fabricație).În special, secțiunea transversală a secțiunii defectate a fost comparată cu secțiunea transversală a unei țevi prefabricate de aceeași dimensiune (a se vedea figurile 8 și 9).Rețineți că secțiunea transversală defectată are fisuri intralaminare extinse care nu sunt prezente în conducta fabricată.Delaminarea a avut loc atât în țevi noi, cât și în țevi dăruite.Delaminarea este comună în fibra de sticlă cu un conținut ridicat de sticlă;Conținutul ridicat de sticlă oferă o rezistență mai mare.Conducta a fost supusă unor fluctuații severe de presiune (mai mult de 20%) și s-a defectat din cauza încărcării ciclice.
Figura 9. Iată încă două secțiuni transversale de fibră de sticlă finisată într-o țeavă din fibră de sticlă căptușită cu polietilenă de înaltă densitate.
În timpul instalării la fața locului, sunt conectate secțiuni mai mici de țeavă - aceste conexiuni sunt critice.De obicei, două bucăți de țeavă sunt unite împreună, iar spațiul dintre țevi este umplut cu „chit”.Îmbinările sunt apoi înfășurate în mai multe straturi de armătură cu fibră de sticlă de lățime largă și impregnate cu rășină.Suprafața exterioară a îmbinării trebuie să aibă o acoperire suficientă de oțel.
Materialele nemetalice precum căptușelile și fibra de sticlă sunt vâscoelastice.Deși această caracteristică este greu de explicat, manifestările ei sunt comune: deteriorarea apare de obicei în timpul instalării, dar scurgerea nu are loc imediat.„Vâscoelasticitatea este o proprietate a unui material care prezintă atât proprietăți vâscoase, cât și elastice atunci când este deformat.Materialele vâscoase (cum ar fi mierea) rezistă curgerii de forfecare și se deformează liniar în timp atunci când se aplică stres.Materialele elastice (cum ar fi oțelul) se vor deforma imediat, dar, de asemenea, vor reveni rapid la starea inițială după ce stresul este îndepărtat.Materialele vâscoelastice au ambele proprietăți și, prin urmare, prezintă o deformare care variază în timp.Elasticitatea rezultă de obicei din întinderea legăturilor de-a lungul planurilor cristaline în solide ordonate, în timp ce vâscozitatea rezultă din difuzia atomilor sau moleculelor într-un material amorf” [4].
Componentele din fibră de sticlă și plastic necesită o îngrijire specială în timpul instalării și manipulării.În caz contrar, se pot crăpa și deteriorarea poate să nu devină evidente decât după mult timp după testarea hidrostatică.
Cele mai multe defecțiuni ale căptușelilor din fibră de sticlă apar din cauza deteriorării în timpul instalării [5].Testarea hidrostatică este necesară, dar nu detectează daune minore care pot apărea în timpul utilizării.
Figura 10. Aici sunt prezentate interfețele interioare (stânga) și exterioare (dreapta) dintre segmentele de țeavă din fibră de sticlă.
Defectul 7. Figura 10 prezintă racordarea a două secțiuni de țevi din fibră de sticlă.Figura 11 prezintă secțiunea transversală a conexiunii.Suprafața exterioară a țevii nu a fost suficient de întărită și etanșată, iar țeava s-a rupt în timpul transportului.Recomandările pentru armarea îmbinărilor sunt date în DIN 16966, CSA Z662 și ASME NM.2.
Țevile din polietilenă de înaltă densitate sunt ușoare, rezistente la coroziune și sunt utilizate în mod obișnuit pentru țevile de gaz și apă, inclusiv furtunurile de incendiu pe șantierele fabricii.Majoritatea defecțiunilor pe aceste linii sunt asociate cu daunele primite în timpul lucrărilor de excavare [6].Cu toate acestea, eșecul de creștere lentă a fisurilor (SCG) poate apărea și la solicitări relativ scăzute și deformari minime.Potrivit rapoartelor, „SCG este un mod obișnuit de defecțiune în conductele subterane din polietilenă (PE) cu o durată de viață de 50 de ani” [7].
Defecțiunea 8: SCG s-a format în furtunul de incendiu după mai mult de 20 de ani de utilizare.Fractura sa are următoarele caracteristici:
Eșecul SCG se caracterizează printr-un model de fractură: are o deformare minimă și apare datorită mai multor inele concentrice.Odată ce aria SCG crește la aproximativ 2 x 1,5 inci, fisura se propagă rapid și caracteristicile macroscopice devin mai puțin evidente (Figurile 12-14).Linia poate suferi modificări de încărcare de peste 10% în fiecare săptămână.S-a raportat că îmbinările vechi din HDPE sunt mai rezistente la defecțiuni din cauza fluctuațiilor de sarcină decât îmbinările vechi din HDPE [8].Cu toate acestea, instalațiile existente ar trebui să ia în considerare dezvoltarea SCG pe măsură ce furtunurile de incendiu din HDPE îmbătrânesc.
Figura 12. Această fotografie arată unde ramificația în T se intersectează cu țeava principală, creând fisura indicată de săgeata roșie.
Orez.14. Aici puteți vedea de aproape suprafața de fractură a ramificației în formă de T la conducta principală în formă de T.Există fisuri evidente pe suprafața interioară.
Containerele intermediare pentru vrac (IBC) sunt potrivite pentru depozitarea și transportul unor cantități mici de substanțe chimice (Figura 15).Sunt atât de fiabile încât este ușor de uitat că eșecul lor poate reprezenta un pericol semnificativ.Cu toate acestea, eșecurile MDS pot duce la pierderi financiare semnificative, dintre care unele sunt examinate de autori.Cele mai multe defecțiuni sunt cauzate de manipularea necorespunzătoare [9-11].Deși IBC pare simplu de inspectat, fisurile din HDPE cauzate de manipularea necorespunzătoare sunt dificil de detectat.Pentru administratorii de active din companiile care manipulează frecvent containere în vrac care conțin produse periculoase, sunt obligatorii inspecții externe și interne regulate și amănunțite.in Statele Unite.
Daunele ultraviolete (UV) și îmbătrânirea sunt predominante în polimeri.Aceasta înseamnă că trebuie să respectăm cu atenție instrucțiunile de depozitare a inelelor O și să luăm în considerare impactul asupra duratei de viață a componentelor externe, cum ar fi rezervoarele deschise și căptușelile iazului.Deși trebuie să optimizăm (minimizăm) bugetul de întreținere, este necesară o anumită inspecție a componentelor externe, în special a celor expuse la lumina soarelui (Figura 16).
Caracteristici precum temperatura de tranziție sticloasă, setarea compresiei, penetrarea, fluajul la temperatura camerei, vâscoelasticitatea, propagarea lentă a fisurilor etc. determină caracteristicile de performanță ale pieselor din plastic și elastomerice.Pentru a asigura o întreținere eficientă și eficientă a componentelor critice, aceste proprietăți trebuie luate în considerare, iar polimerii trebuie să fie conștienți de aceste proprietăți.
Autorii ar dori să mulțumească clienților și colegilor perspicace pentru că le-au împărtășit descoperirile cu industria.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, ediția a XII-a, Thomas Press International, Londra, Marea Britanie, 1992.
2. Sursa Internet: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Efectul temperaturii și al tratamentului de suprafață cu inele O asupra capacității de etanșare a Viton V747-75.Documentul tehnic NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Cele mai bune practici pentru producătorii canadieni de petrol și gaze (CAPP), „Using Reinforced Composite (Non-Metallic) Pipeline”, aprilie 2017.
6. Maupin J. și Mamun M. Failure, Risk and Hazard Analysis of Plastic Pipe, Proiect DOT nr. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi și Jingyan Zheng, Mecanisms of Slow Crack Growth in Polyethylene: Finite Element Methods, 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M. și Bryce, W., Oboseala țevii de apă din plastic: revizuire tehnică și recomandări pentru proiectarea oboselii țevii PE4710, Raport tehnic în numele Asociației țevilor din plastic, mai 2012.
9. CBA/SIA Guidelines for the Storage of Liquids in Intermediate Bulk Containers, ICB Issue 2, octombrie 2018 Online: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charter, Causes of IBC Leaks in Chemical Plants – An Analysis of Operating Experience, Seminar Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, online: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, postat în Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, postat pe blog.containerexchanger.com, 15 septembrie 2018.
Ana Benz este inginer șef la IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; E-mail: [email protected]).Ea a lucrat ca specialist în coroziune, defecțiuni și inspecție timp de 24 de ani.Experiența ei include efectuarea de inspecții folosind tehnici avansate de inspecție și organizarea de programe de inspecție a instalațiilor.Mercedes-Benz deservește industria de procesare chimică, fabrici petrochimice, fabrici de îngrășăminte și fabrici de nichel din întreaga lume, precum și fabrici de producție de petrol și gaze.Ea a primit o diplomă în ingineria materialelor de la Universidad Simon Bolivar din Venezuela și un master în ingineria materialelor de la Universitatea din Columbia Britanică.Ea deține mai multe certificări de testare nedistructivă a Canadian General Standards Board (CGSB), precum și certificarea API 510 și certificarea CWB Group Level 3.Benz a fost membru al NACE Edmonton Executive Branch timp de 15 ani și anterior a servit în diferite poziții în cadrul Edmonton Branch Canadian Welding Society.
NINGBO BODI SEALS CO.,LTD A PRODUS TOATE FURILE DEFFKM ORING,KITURI DE ORING FKM ,
BINE AȚI VENIT A NE CONTACTA AICI, MULȚUMESC!
Ora postării: 18-nov-2023