Овој илустриран водич покажува некои вообичаени проблеми што можат да се појават со полимерните и еластомерните материјали кои се различни од оние што се јавуваат кај металните заптивки и компоненти.
Дефектот на полимерните (пластичните и еластомерните) компоненти и неговите последици можат да бидат сериозни како и дефектот на металната опрема.Презентираните информации опишуваат некои од својствата кои влијаат на полимерните компоненти на опремата што се користи во индустриските капацитети.Оваа информација се однесува на некое наследствоО-прстени, обложена цевка, пластика засилена со влакна (FRP) и обложена цевка.Се дискутираат примери на својства како што се пенетрација, температура на стаклото и вискоеластичност и нивните импликации.
На 28 јануари 1986 година, катастрофата на вселенскиот шатл Челинџер го шокираше светот.Експлозијата се случила бидејќи О-прстенот не се запечатил правилно.
Дефектите опишани во овој напис воведуваат некои од карактеристиките на неметалните дефекти кои влијаат на опремата што се користи во индустриски апликации.За секој случај, се дискутираат важни својства на полимерот.
Еластомерите имаат стаклена преодна температура, која се дефинира како „температура при која аморфниот материјал, како што е стаклото или полимерот, се менува од кршлива стаклена состојба во еластична состојба“ [1].
Еластомерите имаат сет на компресија - „дефиниран како процент на напрегање што еластомерот не може да го опорави по фиксен временски период при дадена екструзија и температура“ [2].Според авторот, компресијата се однесува на способноста на гумата да се врати во првобитната форма.Во многу случаи, засилувањето на компресија се компензира со одредено проширување што се случува за време на употребата.Сепак, како што покажува примерот подолу, тоа не е секогаш случај.
Дефект 1: Ниската амбиентална температура (36°F) пред лансирањето резултираше со недоволни О-прстени Viton на спејс шатлот Челинџер.Како што е наведено во различни истраги за несреќи: „На температури под 50°F, О-прстенот Viton V747-75 не е доволно флексибилен за да го следи отворањето на пробната празнина“ [3].Температурата на транзиција на стакло предизвикува О-прстенот на Challenger да не се запечати правилно.
Задача 2: Заптивките прикажани на сликите 1 и 2 се првенствено изложени на вода и пареа.Заптивките беа собрани на лице место со користење на мономер на етилен пропилен диен (EPDM).Сепак, тие ги тестираат флуороеластомерите (FKM) како што е Viton) и перфлуороеластомерите (FFKM) како што се Kalrez O-прстените.Иако големините се различни, сите О-прстени прикажани на Слика 2 започнуваат со иста големина:
Што се случи?Употребата на пареа може да биде проблем за еластомерите.За примена на пареа над 250°F, деформациите на проширување и контракција FKM и FFKM мора да се земат предвид при пресметките на дизајнот на пакувањето.Различни еластомери имаат одредени предности и недостатоци, дури и оние кои имаат висока хемиска отпорност.Секоја промена бара внимателно одржување.
Општи белешки за еластомерите.Општо земено, употребата на еластомери на температури над 250°F и под 35°F е специјализирана и може да бара внесување на дизајнерот.
Важно е да се одреди еластомерниот состав што се користи.Фуриевата трансформација на инфрацрвената спектроскопија (FTIR) може да прави разлика помеѓу значително различни типови на еластомери, како што се EPDM, FKM и FFKM споменати погоре.Сепак, тестирањето за да се разликува едно FKM соединение од друго може да биде предизвик.О-прстените направени од различни производители може да имаат различни полнила, вулканизации и третмани.Сето ова има значително влијание врз сетот за компресија, хемиската отпорност и карактеристиките на ниска температура.
Полимерите имаат долги, повторувачки молекуларни синџири кои дозволуваат одредени течности да навлезат во нив.За разлика од металите, кои имаат кристална структура, долгите молекули се испреплетуваат едни со други како прамен варени шпагети.Физички, многу мали молекули како што се вода/пареа и гасови можат да навлезат.Некои молекули се доволно мали за да се вклопат низ празнините помеѓу поединечните синџири.
Неуспех 3: Вообичаено, документирањето на истрагата за анализа на дефект започнува со добивање слики од деловите.Сепак, рамното, флексибилно парче пластика со мирис на бензин, добиено во петокот, се претвори во тврда тркалезна цевка до понеделник (времето кога беше направена фотографијата).Компонентата, наводно, е обвивка од полиетиленски (PE) цевки што се користи за заштита на електричните компоненти под нивото на земјата на бензинска пумпа.Рамното флексибилно пластично парче што го добивте не го заштити кабелот.Пенетрацијата на бензинот предизвика физички, а не хемиски промени - полиетиленската цевка не се распадна.Сепак, неопходно е да се навлезе во помалку омекнати цевки.
Дефект 4. Многу индустриски капацитети користат челични цевки обложени со тефлон за третман на вода, третман со киселина и каде што е исклучено присуството на метални загадувачи (на пример, во прехранбената индустрија).Цевките обложени со тефлон имаат отвори што овозможуваат водата да навлезе во прстенестиот простор помеѓу челикот и облогата да се исцеди.Сепак, обложените цевки имаат рок на траење по долготрајна употреба.
Слика 4 покажува цевка обложена со тефлон која се користи за снабдување со HCl повеќе од десет години.Голема количина челични производи од корозија се акумулира во прстенестиот простор помеѓу поставата и челичната цевка.Производот ја турна облогата навнатре, предизвикувајќи оштетување како што е прикажано на слика 5. Корозијата на челикот продолжува додека цевката не почне да протекува.
Покрај тоа, лази се случува на површината на тефлонската прирабница.Лазењето се дефинира како деформација (деформација) при постојано оптоварување.Како и кај металите, лазењето на полимерите се зголемува со зголемување на температурата.Сепак, за разлика од челикот, лази се случува на собна температура.Најверојатно, како што се намалува пресекот на површината на прирабницата, завртките на челичната цевка се премногу затегнати додека не се појави пукнатината на прстенот, прикажана на фотографијата.Кружните пукнатини дополнително ја изложуваат челичната цевка на HCl.
Неуспех 5: Облоги од полиетилен со висока густина (HDPE) најчесто се користат во индустријата за нафта и гас за поправка на линии за вбризгување вода од кородиран челик.Сепак, постојат специфични регулаторни барања за олеснување на притисокот на лагер.Сликите 6 и 7 покажуваат неуспешна постава.Оштетувањето на облогата на еден вентил се јавува кога притисокот на анулусот го надминува внатрешниот работен притисок - облогата откажува поради пенетрација.За HDPE облоги, најдобар начин да се спречи овој дефект е да се избегне брзо депресурирање на цевката.
Јачината на деловите од фиберглас се намалува со повторна употреба.Неколку слоеви може да се раслопат и да пукнат со текот на времето.API 15 HR „Линеарна цевка од фиберглас со висок притисок“ содржи изјава дека промената на притисокот од 20% е граница за тестирање и поправка.Делот 13.1.2.8 од канадскиот стандард CSA Z662, системи за нафтоводи и гасоводи, наведува дека флуктуациите на притисокот мора да се одржуваат под 20% од рејтингот на притисокот на производителот на цевките.Во спротивно, дизајнерскиот притисок може да се намали до 50%.При дизајнирање на FRP и FRP со обложување, мора да се земат предвид цикличните оптоварувања.
Грешка 6: Долната (6 часот) страна на цевката од фиберглас (FRP) што се користи за снабдување со солена вода е покриена со полиетилен со висока густина.Неуспешниот дел, добриот дел по неуспехот и третата компонента (што ја претставува компонентата по производството) беа тестирани.Особено, пресекот на неуспешниот пресек беше спореден со пресекот на префабрикувана цевка со иста големина (види слики 8 и 9).Забележете дека неуспешниот пресек има екстензивни интраламинарни пукнатини кои не се присутни во фабрикуваната цевка.Деламинација се случи и во новите и во неуспешните цевки.Деламинацијата е вообичаена кај фиберглас со висока содржина на стакло;Високата содржина на стакло дава поголема цврстина.Гасоводот беше подложен на сериозни флуктуации на притисокот (повеќе од 20%) и не успеа поради циклично оптоварување.
Слика 9. Еве уште два пресеци на готов фиберглас во цевка од фиберглас обложена со полиетилен со висока густина.
За време на инсталацијата на лице место, се поврзуваат помали делови од цевката - овие врски се критични.Обично, две парчиња цевка се споени заедно и јазот помеѓу цевките се полни со „кит“.Зглобовите потоа се завиткуваат во неколку слоеви на арматура од фиберглас со широка ширина и се импрегнирани со смола.Надворешната површина на спојницата мора да има доволно челична обвивка.
Неметалните материјали како облоги и фиберглас се вискоеластични.Иако оваа карактеристика е тешко да се објасни, нејзините манифестации се вообичаени: оштетувањето обично се случува за време на инсталацијата, но истекувањето не се јавува веднаш.„Вискоеластичноста е својство на материјал кој покажува и вискозни и еластични својства кога се деформира.Вискозните материјали (како што е медот) се спротивставуваат на протокот на смолкнување и линеарно се деформираат со текот на времето кога се применува напрегање.Еластичните материјали (како челикот) веднаш ќе се деформираат, но и брзо ќе се вратат во првобитната состојба откако ќе се отстрани стресот.Вискоеластичните материјали ги имаат двете својства и затоа покажуваат деформации кои се менуваат во времето.Еластичноста вообичаено произлегува од растегнувањето на врските долж кристалните рамнини во подредени цврсти материи, додека вискозноста произлегува од дифузијата на атоми или молекули во аморфен материјал“ [4].
Фиберглас и пластичните компоненти бараат посебна грижа за време на инсталацијата и ракувањето.Во спротивно, тие може да пукнат и оштетувањето може да стане видливо до долго по хидростатското тестирање.
Повеќето дефекти на облогите од фиберглас се јавуваат поради оштетување за време на инсталацијата [5].Хидростатско тестирање е неопходно, но не открива мали оштетувања што може да се појават при употреба.
Слика 10. Овде се прикажани внатрешните (лево) и надворешните (десни) интерфејси помеѓу сегментите на цевките од фиберглас.
Дефект 7. Слика 10 го прикажува поврзувањето на два дела од цевки од фиберглас.Слика 11 го прикажува пресекот на врската.Надворешната површина на цевката не била доволно зајакната и запечатена, а цевката се скршила при транспортот.Препораките за армирање на споеви се дадени во DIN 16966, CSA Z662 и ASME NM.2.
Полиетиленските цевки со висока густина се лесни, отпорни на корозија и најчесто се користат за цевки за гас и вода, вклучително и противпожарни црева на фабричките локации.Повеќето дефекти на овие линии се поврзани со оштетувања добиени за време на ископување [6].Сепак, неуспехот на бавен раст на пукнатината (SCG) може да се случи и при релативно ниски напони и минимални деформации.Според извештаите, „SCG е вообичаен начин на дефект во подземните полиетиленски цевководи (PE) со проектен век од 50 години“ [7].
Дефект 8: SCG се формира во противпожарното црево по повеќе од 20 години употреба.Неговата фрактура ги има следниве карактеристики:
Неуспехот на SCG се карактеризира со шема на фрактура: има минимална деформација и се јавува поради повеќе концентрични прстени.Штом површината на SCG ќе се зголеми на приближно 2 x 1,5 инчи, пукнатината се шири брзо и макроскопските карактеристики стануваат помалку очигледни (слики 12-14).Линијата може да има промени на оптоварување од повеќе од 10% секоја недела.Пријавено е дека старите HDPE зглобови се поотпорни на дефект поради флуктуации на оптоварувањето отколку старите HDPE спојници [8].Сепак, постоечките капацитети треба да размислат за развој на SCG бидејќи стареат противпожарните црева од HDPE.
Слика 12. Оваа фотографија покажува каде Т-гранката се вкрстува со главната цевка, создавајќи ја пукнатината означена со црвената стрелка.
Ориз.14. Овде можете да ја видите одблиску површината на фрактурата на гранката во форма на Т до главната цевка во форма на Т.На внатрешната површина има очигледни пукнатини.
Средните контејнери за рефус (IBCs) се погодни за складирање и транспорт на мали количини хемикалии (Слика 15).Тие се толку сигурни што е лесно да се заборави дека нивниот неуспех може да претставува значителна опасност.Сепак, неуспесите на MDS може да резултираат со значителни финансиски загуби, од кои некои се испитани од авторите.Повеќето неуспеси се предизвикани од неправилно ракување [9-11].Иако IBC изгледа едноставно за проверка, пукнатините во HDPE предизвикани од неправилно ракување тешко се откриваат.За менаџерите на средства во компаниите кои често ракуваат со големи контејнери што содржат опасни производи, задолжителни се редовни и темелни надворешни и внатрешни инспекции.во Соединетите Американски Држави.
Ултравиолетовото (УВ) оштетување и стареење се распространети кај полимерите.Ова значи дека мора внимателно да ги следиме упатствата за складирање на О-прстените и да го земеме предвид влијанието врз работниот век на надворешните компоненти како што се резервоарите со отворен врв и облогите на езерцето.Иако треба да го оптимизираме (минимизираме) буџетот за одржување, неопходна е одредена проверка на надворешните компоненти, особено оние што се изложени на сончева светлина (Слика 16).
Карактеристиките како што се температура на транзиција на стакло, комплет за компресија, пенетрација, лазење на собна температура, вискоеластичност, бавно ширење на пукнатините итн. ги одредуваат карактеристиките на изведбата на пластичните и еластомерните делови.За да се обезбеди ефективно и ефикасно одржување на критичните компоненти, овие својства мора да се земат предвид, а полимерите мора да бидат свесни за овие својства.
Авторите би сакале да им се заблагодарат на проникливите клиенти и колеги што ги споделија своите наоди со индустријата.
1. Луис Сениор., Ричард Џ., Концизен речник на хемијата на Хели, 12-то издание, Томас Прес Интернационал, Лондон, ОК, 1992 година.
2. Интернет извор: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Ефектот на температурата и површинскиот третман со О-прстен врз способноста за запечатување на Viton V747-75.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Најдобри практики за канадските производители на нафта и гас (CAPP), „Користење на армиран композитен (неметален) гасовод“, април 2017 година.
6. Maupin J. и Mamun M. Неуспех, анализа на ризик и опасност од пластични цевки, DOT проект бр. 194, 2009 година.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi и Jingyan Zheng, Механизми за бавен раст на пукнатини во полиетилен: методи на конечни елементи, 2015 година ASME конференција за садови и цевки под притисок, Бостон, м-р, 2015 година.
8. Oliphant, K., Conrad, M., и Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Технички извештај во име на Здружението за пластични цевки, мај 2012 година.
9. Упатства CBA/SIA за складирање на течности во контејнери со средно големо количество, ICB издание 2, октомври 2018 година Онлајн: 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, онлајн: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Грижа за IBC Totes: Five Tips to Make them Last, објавено во Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, објавено на blog.containerexchanger.com, 15 септември 2018 година.
Ана Бенц е главен инженер во IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Телефон: 780-577-4481; е-пошта: [email protected]).Работела како специјалист за корозија, дефекти и инспекција 24 години.Нејзиното искуство вклучува спроведување на инспекции користејќи напредни техники на инспекција и организирање програми за инспекција на растенијата.Мерцедес-Бенц ја опслужува индустријата за хемиска преработка, петрохемиските погони, фабриките за вештачко ѓубриво и погоните за никел ширум светот, како и погоните за производство на нафта и гас.Дипломирала инженерство за материјали на Универзидад Симон Боливар во Венецуела и магистрирала инженерство за материјали на Универзитетот во Британска Колумбија.Таа поседува неколку сертификати за неуништувачки тестирања на Канадскиот одбор за општи стандарди (CGSB), како и сертификати за API 510 и сертификација од 3-то ниво на групата CWB.Бенц беше член на извршната филијала на NACE Едмонтон 15 години и претходно служеше на различни позиции во Канадското друштво за заварување на филијалата Едмонтон.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD ПРОИЗВЕДУВА СИТЕ ВИДОВИФФКМ ОРИНГ, FKM ORING КОМПЛЕТИ ,
ДОБРЕДОЈДОВТЕ ДА НЕ КОНТАКТИРАТЕ ТУКА, БЛАГОДАРИМЕ!
Време на објавување: 18-11-2023 година