Това илюстрирано ръководство показва някои често срещани проблеми, които могат да възникнат с полимерни и еластомерни материали, които са различни от тези, които възникват с метални уплътнения и компоненти.
Повредата на полимерни (пластмасови и еластомерни) компоненти и последствията от нея могат да бъдат толкова сериозни, колкото повредата на метално оборудване.Представената информация описва някои от свойствата, които засягат полимерните компоненти на оборудването, използвано в промишлени съоръжения.Тази информация се отнася за някои наследстваО-пръстени, облицована тръба, подсилена с влакна пластмаса (FRP) и облицована тръба.Обсъждат се примери за свойства като проникване, температура на стъклото и вискоеластичност и техните последици.
На 28 януари 1986 г. катастрофата на космическата совалка Challenger шокира света.Експлозията е възникнала, защото О-пръстенът не е уплътнен правилно.
Неизправностите, описани в тази статия, въвеждат някои от характеристиките на неметалните повреди, засягащи оборудването, използвано в индустриални приложения.За всеки случай се обсъждат важни свойства на полимера.
Еластомерите имат температура на встъкляване, която се определя като „температурата, при която аморфен материал, като стъкло или полимер, преминава от крехко стъкловидно състояние в пластично състояние“ [1].
Еластомерите имат настройка на компресия – „дефинирана като процент на деформация, който еластомерът не може да възстанови след фиксиран период от време при дадена екструзия и температура“ [2].Според автора компресията се отнася до способността на гумата да се върне в първоначалната си форма.В много случаи усилването на компресията се компенсира от известно разширение, което възниква по време на употреба.Въпреки това, както показва примерът по-долу, това не винаги е така.
Неизправност 1: Ниската околна температура (36°F) преди изстрелването доведе до недостатъчни Viton O-пръстени на космическата совалка Challenger.Както е посочено в различни разследвания на произшествия: „При температури под 50°F, O-пръстенът Viton V747-75 не е достатъчно гъвкав, за да проследи отварянето на тестовата междина“ [3].Температурата на встъкляване причинява неуплътняване на О-пръстена на Challenger.
Проблем 2: Уплътненията, показани на фигури 1 и 2, са изложени предимно на вода и пара.Уплътненията бяха сглобени на място с помощта на етилен пропилей диен мономер (EPDM).Те обаче тестват флуороеластомери (FKM) като Viton) и перфлуороеластомери (FFKM) като O-пръстени Kalrez.Въпреки че размерите варират, всички О-пръстени, показани на фигура 2, започват с един и същи размер:
Какво стана?Използването на пара може да бъде проблем за еластомерите.За приложения с пара над 250°F, деформациите на разширение и свиване FKM и FFKM трябва да се вземат предвид при изчисленията на дизайна на опаковката.Различните еластомери имат определени предимства и недостатъци, дори тези, които имат висока химическа устойчивост.Всички промени изискват внимателна поддръжка.
Общи бележки за еластомерите.По принцип използването на еластомери при температури над 250°F и под 35°F е специализирано и може да изисква участие на дизайнера.
Важно е да се определи използвания еластомерен състав.Инфрачервената спектроскопия с трансформация на Фурие (FTIR) може да прави разлика между значително различни видове еластомери, като EPDM, FKM и FFKM, споменати по-горе.Въпреки това, тестването за разграничаване на едно FKM съединение от друго може да бъде предизвикателство.О-пръстените, произведени от различни производители, могат да имат различни пълнители, вулканизации и обработки.Всичко това има значително влияние върху компресията, химическата устойчивост и нискотемпературните характеристики.
Полимерите имат дълги, повтарящи се молекулни вериги, които позволяват на определени течности да проникнат в тях.За разлика от металите, които имат кристална структура, дългите молекули се преплитат една в друга като нишка от варени спагети.Физически много малки молекули като вода/пара и газове могат да проникнат.Някои молекули са достатъчно малки, за да се поберат през пролуките между отделните вериги.
Повреда 3: Обикновено документирането на разследване на анализ на повреда започва с получаване на изображения на частите.Обаче плоското, гъвкаво, миришещо на бензин парче пластмаса, получено в петък, се е превърнало в твърда кръгла тръба до понеделник (времето, когато е направена снимката).Съобщава се, че компонентът е полиетиленова (PE) тръбна обвивка, използвана за защита на електрически компоненти под нивото на земята на бензиностанция.Плоската гъвкава пластмасова част, която получихте, не предпазва кабела.Проникването на бензин предизвика физически, а не химични промени – полиетиленовата тръба не се разложи.Въпреки това е необходимо да се проникне в по-малко омекотени тръби.
Неизправност 4. Много промишлени съоръжения използват стоманени тръби с тефлоново покритие за пречистване на вода, киселинна обработка и където е изключено наличието на метални замърсители (например в хранително-вкусовата промишленост).Тръбите с тефлоново покритие имат отвори, които позволяват на водата, проникваща в пръстеновидното пространство между стоманата и облицовката, да се оттича.Облицованите тръби обаче имат срок на годност след продължителна употреба.
Фигура 4 показва облицована с тефлон тръба, която е била използвана за доставяне на HCl повече от десет години.Голямо количество продукти от корозия на стоманата се натрупват в пръстеновидното пространство между обшивката и стоманената тръба.Продуктът избута облицовката навътре, причинявайки повреда, както е показано на Фигура 5. Корозията на стоманата продължава, докато тръбата започне да изтича.
Освен това се получава пълзене по повърхността на тефлоновия фланец.Пълзенето се определя като деформация (деформация) при постоянно натоварване.Както при металите, пълзенето на полимерите се увеличава с повишаване на температурата.Въпреки това, за разлика от стоманата, пълзенето се случва при стайна температура.Най-вероятно, тъй като напречното сечение на повърхността на фланеца намалява, болтовете на стоманената тръба са пренатегнати до появата на пукнатината на пръстена, показана на снимката.Кръглите пукнатини допълнително излагат стоманената тръба на HCl.
Повреда 5: Облицовките от полиетилен с висока плътност (HDPE) обикновено се използват в нефтената и газовата промишленост за ремонт на линии за впръскване на вода от корозирала стомана.Съществуват обаче специфични нормативни изисквания за освобождаване на налягането в облицовката.Фигури 6 и 7 показват повредена обшивка.Повреда на отделна обвивка на клапана възниква, когато налягането в пръстена надвиши вътрешното работно налягане – обшивката се повреди поради проникване.За облицовките от HDPE най-добрият начин за предотвратяване на тази повреда е избягването на бързо намаляване на налягането на тръбата.
Силата на частите от фибростъкло намалява при многократна употреба.Няколко слоя могат да се разслоят и напукат с времето.API 15 HR „Линейна тръба от фибростъкло с високо налягане“ съдържа изявление, че 20% промяна в налягането е границата за изпитване и ремонт.Раздел 13.1.2.8 от канадския стандарт CSA Z662, Нефтопроводни и газопроводни системи, уточнява, че колебанията на налягането трябва да се поддържат под 20% от номиналното налягане на производителя на тръбата.В противен случай проектното налягане може да бъде намалено с до 50%.При проектирането на FRP и FRP с облицовка трябва да се вземат предвид цикличните натоварвания.
Грешка 6: Долната (6 часа) страна на тръбата от фибростъкло (FRP), използвана за подаване на солена вода, е покрита с полиетилен с висока плътност.Неуспешната част, добрата част след повреда и третият компонент (представляващ компонента след производството) бяха тествани.По-специално, напречното сечение на повредената секция беше сравнено с напречното сечение на предварително изработена тръба със същия размер (вижте фигури 8 и 9).Имайте предвид, че неуспешното напречно сечение има обширни интраламинарни пукнатини, които не присъстват в изработената тръба.Деламинация възникна както в нови, така и в повредени тръби.Разслояването е често срещано при фибростъкло с високо съдържание на стъкло;Високото съдържание на стъкло дава по-голяма здравина.Тръбопроводът беше подложен на сериозни колебания в налягането (повече от 20%) и се повреди поради циклично натоварване.
Фигура 9. Ето още две напречни сечения на готов фибростъкло в тръба от фибростъкло с полиетилен с висока плътност.
По време на монтажа на място се свързват по-малки участъци от тръбата – тези връзки са критични.Обикновено две парчета тръба се съединяват и празнината между тръбите се запълва с „кит“.След това фугите се обвиват в няколко слоя армировка от фибростъкло с широка ширина и се импрегнират със смола.Външната повърхност на фугата трябва да има достатъчно стоманено покритие.
Неметалните материали като облицовки и фибростъкло са вискоеластични.Въпреки че тази характеристика е трудна за обяснение, нейните прояви са често срещани: повреда обикновено възниква по време на монтажа, но изтичането не се появява веднага.„Вискоеластичността е свойство на материал, който проявява както вискозни, така и еластични свойства, когато се деформира.Вискозните материали (като мед) се съпротивляват на срязващия поток и се деформират линейно с течение на времето, когато се прилага напрежение.Еластични материали (като стомана) ще се деформират незабавно, но също така бързо ще се върнат в първоначалното си състояние след отстраняване на напрежението.Вискоеластични материали имат и двете свойства и следователно проявяват променяща се във времето деформация.Еластичността обикновено е резултат от разтягане на връзки по кристални равнини в подредени твърди тела, докато вискозитетът е резултат от дифузия на атоми или молекули в аморфен материал ” [4].
Компонентите от фибростъкло и пластмаса изискват специални грижи по време на монтажа и манипулирането.В противен случай те могат да се спукат и повредата може да не стане видима дълго след хидростатичното изпитване.
Повечето повреди на облицовките от фибростъкло възникват поради повреда по време на монтаж [5].Хидростатичното изпитване е необходимо, но не открива малки повреди, които могат да възникнат по време на употреба.
Фигура 10. Тук са показани вътрешната (вляво) и външната (вдясно) граници между сегментите от фибростъкло.
Дефект 7. Фигура 10 показва свързването на две секции от тръби от фибростъкло.Фигура 11 показва напречното сечение на връзката.Външната повърхност на тръбата не беше достатъчно подсилена и уплътнена и тръбата се счупи по време на транспортиране.Препоръките за подсилване на фуги са дадени в DIN 16966, CSA Z662 и ASME NM.2.
Полиетиленовите тръби с висока плътност са леки, устойчиви на корозия и обикновено се използват за газови и водопроводни тръби, включително противопожарни маркучи във фабричните обекти.Повечето повреди на тези линии са свързани с щети, получени по време на изкопни работи [6].Въпреки това, повреда при бавно нарастване на пукнатини (SCG) може да възникне и при относително ниски напрежения и минимални деформации.Според докладите „SCG е често срещан режим на повреда в подземни полиетиленови (PE) тръбопроводи с проектен живот от 50 години“ [7].
Грешка 8: SCG се е образувал в пожарния маркуч след повече от 20 години употреба.Неговата фрактура има следните характеристики:
Отказът на SCG се характеризира с модел на счупване: има минимална деформация и възниква поради множество концентрични пръстени.След като площта на SCG се увеличи до приблизително 2 x 1,5 инча, пукнатината се разпространява бързо и макроскопичните характеристики стават по-малко очевидни (Фигури 12-14).Линията може да има промени в натоварването с повече от 10% всяка седмица.Съобщава се, че старите HDPE съединения са по-устойчиви на повреда поради колебания на натоварването, отколкото старите HDPE съединения [8].Съществуващите съоръжения обаче трябва да обмислят развитието на SCG с остаряването на пожарните маркучи от HDPE.
Фигура 12. Тази снимка показва къде Т-образният клон се пресича с главната тръба, създавайки пукнатината, посочена с червената стрелка.
Ориз.14. Тук можете да видите отблизо повърхността на счупване на Т-образния клон към основната Т-образна тръба.Има очевидни пукнатини по вътрешната повърхност.
Междинните контейнери за насипни товари (IBC) са подходящи за съхранение и транспортиране на малки количества химикали (Фигура 15).Те са толкова надеждни, че е лесно да се забрави, че повредата им може да представлява значителна опасност.Неуспехите на MDS обаче могат да доведат до значителни финансови загуби, някои от които са разгледани от авторите.Повечето повреди са причинени от неправилно боравене [9-11].Въпреки че IBC изглежда лесен за проверка, пукнатините в HDPE, причинени от неправилно боравене, са трудни за откриване.За мениджърите на активи в компании, които често боравят с контейнери за насипни товари, съдържащи опасни продукти, редовните и задълбочени външни и вътрешни проверки са задължителни.в САЩ.
Ултравиолетовото (UV) увреждане и стареене са преобладаващи в полимерите.Това означава, че трябва внимателно да следваме инструкциите за съхранение на О-пръстени и да вземем предвид въздействието върху живота на външните компоненти, като отворени горни резервоари и облицовки на езера.Докато трябва да оптимизираме (минимизираме) бюджета за поддръжка, е необходима известна проверка на външните компоненти, особено тези, изложени на слънчева светлина (Фигура 16).
Характеристики като температура на встъкляване, настройка на компресия, проникване, пълзене при стайна температура, вискоеластичност, бавно разпространение на пукнатини и др. определят работните характеристики на пластмасовите и еластомерните части.За да се осигури ефективна и ефикасна поддръжка на критичните компоненти, тези свойства трябва да се вземат предвид и полимерите трябва да са наясно с тези свойства.
Авторите биха искали да благодарят на проницателни клиенти и колеги, че споделиха своите открития с индустрията.
1. Люис старши, Ричард Дж., Краткият химичен речник на Хоули, 12-то издание, Thomas Press International, Лондон, Обединеното кралство, 1992 г.
2. Интернет източник: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Ефект от температурата и повърхностната обработка на О-пръстена върху способността за запечатване на Viton V747-75.Технически документ на НАСА 3391, 1993 г., https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Най-добри практики за канадските производители на нефт и газ (CAPP), „Използване на армиран композитен (неметален) тръбопровод,“ април 2017 г.
6. Maupin J. и Mamun M. Анализ на повреда, риск и опасност от пластмасови тръби, DOT проект № 194, 2009 г.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi и Jingyan Zheng, Механизми на бавно нарастване на пукнатини в полиетилен: Методи на крайните елементи, 2015 г. Конференция за съдове под налягане и тръбопроводи на ASME, Бостън, Масачузетс, 2015 г.
8. Олифант, К., Конрад, М. и Брайс, У., Умора на пластмасови водопроводни тръби: Технически преглед и препоръки за проектиране на умора на тръба PE4710, Технически доклад от името на Асоциацията за пластмасови тръби, май 2012 г.
9. Насоки на CBA/SIA за съхранение на течности в междинни контейнери за насипни товари, ICB брой 2, октомври 2018 г. Онлайн: 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, онлайн: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Грижа за IBC Totes: Пет съвета как да ги издържите, публикувано в Контейнери за насипни товари, IBC Totes, Sustainability, публикувано на blog.containerexchanger.com, 15 септември 2018 г.
Ана Бенц е главен инженер в IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Телефон: 780-577-4481; Имейл: [имейл защитен]).Работила е като специалист по корозия, повреди и инспекции в продължение на 24 години.Нейният опит включва провеждане на инспекции с използване на усъвършенствани техники за инспекция и организиране на програми за инспекция на растенията.Mercedes-Benz обслужва химическата промишленост, нефтохимическите заводи, заводите за торове и заводите за никел по целия свят, както и заводите за производство на нефт и газ.Тя е получила степен по инженерство на материали от Universidad Simon Bolivar във Венецуела и магистърска степен по инженерство на материали от Университета на Британска Колумбия.Тя притежава няколко сертификата за безразрушителен тест от Канадския съвет по общи стандарти (CGSB), както и сертификат API 510 и сертификат CWB Group Level 3.Бенц беше член на изпълнителния клон на Едмънтън в продължение на 15 години и преди това е заемал различни позиции в канадското дружество по заваряване на клона на Едмънтън.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD ПРОИЗВЕДЕ ВСИЧКИ ВИДОВЕFFKM ORING,FKM ORING КОМПЛЕКТ,
ДОБРЕ ДОШЛИ ДА СЕ СВЪРЖЕТЕ С НАС ТУК, БЛАГОДАРЯ!
Време на публикуване: 18 ноември 2023 г