Ovaj ilustrovani vodič pokazuje neke uobičajene probleme koji se mogu pojaviti kod polimernih i elastomernih materijala koji se razlikuju od onih koji se javljaju s metalnim brtvama i komponentama.
Otkazivanje polimernih (plastičnih i elastomernih) komponenti i njegove posljedice mogu biti jednako ozbiljne kao i kvar metalne opreme.Prikazane informacije opisuju neka svojstva koja utiču na polimerne komponente opreme koja se koristi u industrijskim objektima.Ove informacije se odnose na neke naslijeđeO-prstenovi, obložena cijev, plastika ojačana vlaknima (FRP) i obložena cijev.Razmatrani su primjeri svojstava kao što su penetracija, temperatura stakla i viskoelastičnost i njihove implikacije.
Dana 28. januara 1986. godine, katastrofa spejs šatla Challenger šokirala je svijet.Do eksplozije je došlo jer O-prsten nije pravilno zabrtvio.
Greške opisane u ovom članku uvode neke od karakteristika nemetalnih kvarova koji utiču na opremu koja se koristi u industrijskim aplikacijama.Za svaki slučaj razmatraju se važna svojstva polimera.
Elastomeri imaju temperaturu staklastog prijelaza, koja se definira kao “temperatura na kojoj amorfni materijal, poput stakla ili polimera, prelazi iz krtog staklastog stanja u duktilno stanje” [1].
Elastomeri imaju skup kompresije – „definiran kao postotak naprezanja koji se elastomer ne može oporaviti nakon određenog vremenskog perioda pri datoj ekstruziji i temperaturi“ [2].Prema autoru, kompresija se odnosi na sposobnost gume da se vrati u prvobitni oblik.U mnogim slučajevima, pojačanje kompresije je nadoknađeno nekim proširenjem koje se dešava tokom upotrebe.Međutim, kao što pokazuje primjer u nastavku, to nije uvijek slučaj.
Greška 1: Niska temperatura okoline (36°F) prije lansiranja rezultirala je nedovoljnim Viton O-prstenovima na Space Shuttle Challengeru.Kao što je navedeno u različitim istragama nesreća: „Na temperaturama ispod 50°F, Viton V747-75 O-prsten nije dovoljno fleksibilan da prati otvaranje ispitnog zazora” [3].Temperatura staklastog prijelaza uzrokuje da Challenger O-prsten ne zaptiva pravilno.
Problem 2: Zaptivke prikazane na slikama 1 i 2 prvenstveno su izložene vodi i pari.Zaptivke su montirane na licu mesta korišćenjem etilen propilen dien monomera (EPDM).Međutim, oni testiraju fluoroelastomere (FKM) kao što je Viton) i perfluoroelastomer (FFKM) kao što su Kalrez O-prstenovi.Iako se veličine razlikuju, svi O-prstenovi prikazani na slici 2 počinju iste veličine:
Šta se desilo?Upotreba pare može biti problem za elastomere.Za primjene pare iznad 250°F, deformacije širenja i skupljanja FKM i FFKM moraju se uzeti u obzir u proračunima dizajna pakovanja.Različiti elastomeri imaju određene prednosti i nedostatke, čak i oni koji imaju visoku hemijsku otpornost.Svaka promjena zahtijeva pažljivo održavanje.
Opće napomene o elastomerima.Općenito, upotreba elastomera na temperaturama iznad 250°F i ispod 35°F je specijalizovana i može zahtijevati doprinos dizajnera.
Važno je odrediti elastomerni sastav koji se koristi.Fourier transformacijska infracrvena spektroskopija (FTIR) može razlikovati značajno različite tipove elastomera, kao što su EPDM, FKM i FFKM gore spomenuti.Međutim, testiranje za razlikovanje jednog FKM spoja od drugog može biti izazovno.O-prstenovi različitih proizvođača mogu imati različita punila, vulkanizacije i tretmane.Sve ovo ima značajan uticaj na kompresiju, hemijsku otpornost i niskotemperaturne karakteristike.
Polimeri imaju duge, ponavljajuće molekularne lance koji omogućavaju određenim tečnostima da prodru u njih.Za razliku od metala, koji imaju kristalnu strukturu, duge molekule se međusobno prepliću poput niti kuhanih špageta.Fizički, vrlo mali molekuli kao što su voda/para i plinovi mogu prodrijeti.Neki molekuli su dovoljno mali da prođu kroz praznine između pojedinačnih lanaca.
Kvar 3: Tipično, dokumentovanje istrage analize kvara počinje dobijanjem slika delova.Međutim, ravan, fleksibilan komad plastike koji je mirisao na benzin, primljen u petak, pretvorio se u tvrdu okruglu cijev do ponedjeljka (u vrijeme kada je fotografija snimljena).Komponenta je navodno cijev od polietilena (PE) koja se koristi za zaštitu električnih komponenti ispod nivoa zemlje na benzinskoj stanici.Plosnati fleksibilni plastični komad koji ste dobili nije zaštitio kabel.Prodor benzina izazvao je fizičke, a ne hemijske promjene – polietilenska cijev se nije raspala.Međutim, potrebno je probiti manje omekšane cijevi.
Greška 4. Mnoga industrijska postrojenja koriste čelične cijevi obložene teflonom za tretman vode, kiselinu i gdje je isključeno prisustvo metalnih zagađivača (na primjer, u prehrambenoj industriji).Cijevi obložene teflonom imaju ventilacijske otvore koji omogućavaju da voda prodre u prstenasti prostor između čelika i obloge da se odlije.Međutim, obložene cijevi imaju rok trajanja nakon duže upotrebe.
Slika 4 prikazuje cijev obloženu teflonom koja se koristi za dovod HCl više od deset godina.Velika količina produkata korozije čelika nakuplja se u prstenastom prostoru između košuljice i čelične cijevi.Proizvod je gurnuo oblogu prema unutra, uzrokujući oštećenje kao što je prikazano na slici 5. Korozija čelika se nastavlja sve dok cijev ne počne da curi.
Osim toga, na površini teflonske prirubnice dolazi do puzanja.Puzanje se definira kao deformacija (deformacija) pod stalnim opterećenjem.Kao i kod metala, puzanje polimera se povećava s povećanjem temperature.Međutim, za razliku od čelika, puzanje se događa na sobnoj temperaturi.Najvjerojatnije, kako se poprečni presjek površine prirubnice smanjuje, vijci čelične cijevi su previše zategnuti dok se ne pojavi prstenasta pukotina, prikazana na fotografiji.Kružne pukotine dodatno izlažu čeličnu cijev HCl.
Greška 5: Obloge od polietilena visoke gustine (HDPE) se obično koriste u industriji nafte i gasa za popravku korodiranih čeličnih vodova za ubrizgavanje vode.Međutim, postoje specifični regulatorni zahtjevi za rasterećenje tlaka u cijevi.Slike 6 i 7 prikazuju neispravnu oblogu.Oštećenje jedne obloge ventila nastaje kada pritisak u prstenu pređe unutrašnji radni pritisak – obloga pokvari zbog prodiranja.Za HDPE obloge, najbolji način da se spriječi ovaj kvar je izbjegavanje brzog smanjenja tlaka cijevi.
Čvrstoća dijelova od fiberglasa opada s višekratnom upotrebom.Nekoliko slojeva može vremenom da se rasloji i popuca.API 15 HR “Linearna cijev od fiberglasa visokog pritiska” sadrži izjavu da je promjena tlaka od 20% granica testiranja i popravke.Odjeljak 13.1.2.8 kanadskog standarda CSA Z662, Sistemi naftovoda i plinovoda, precizira da se fluktuacije tlaka moraju održavati ispod 20% vrijednosti tlaka proizvođača cijevi.U suprotnom, projektni pritisak se može smanjiti do 50%.Prilikom projektovanja FRP-a i FRP-a sa oblogom, moraju se uzeti u obzir ciklična opterećenja.
Greška 6: Donja (6 sati) strana cijevi od fiberglasa (FRP) koja se koristi za dovod slane vode prekrivena je polietilenom visoke gustine.Testirani su neispravni dio, dobar dio nakon kvara i treća komponenta (koja predstavlja komponentu nakon proizvodnje).Konkretno, uspoređen je poprečni presjek oštećenog presjeka s poprečnim presjekom montažne cijevi iste veličine (vidi slike 8 i 9).Imajte na umu da pokvareni poprečni presjek ima opsežne intralaminarne pukotine koje nisu prisutne u proizvedenoj cijevi.Delaminacija se dogodila i na novim i na pokvarenim cijevima.Delaminacija je uobičajena kod fiberglasa sa visokim sadržajem stakla;Visok sadržaj stakla daje veću čvrstoću.Cjevovod je bio podložan velikim fluktuacijama tlaka (više od 20%) i propao je zbog cikličkog opterećenja.
Slika 9. Evo još dva poprečna presjeka gotovog stakloplastike u cijevi od stakloplastike obložene polietilenom visoke gustine.
Prilikom montaže na licu mjesta spajaju se manji dijelovi cijevi – ti priključci su kritični.Obično se dva komada cijevi spoje zajedno, a razmak između cijevi se popuni "kitom".Spojevi se zatim omotavaju u nekoliko slojeva armature od stakloplastike široke širine i impregniraju smolom.Vanjska površina spoja mora imati dovoljnu čeličnu prevlaku.
Nemetalni materijali kao što su obloge i fiberglas su viskoelastični.Iako je ovu karakteristiku teško objasniti, njene manifestacije su uobičajene: oštećenja obično nastaju prilikom instalacije, ali curenje ne dolazi odmah.„Viskoelastičnost je svojstvo materijala koji pokazuje i viskozna i elastična svojstva kada se deformira.Viskozni materijali (kao što je med) odolijevaju strujanju smicanja i linearno se deformiraju tokom vremena kada se primjenjuje naprezanje.Elastični materijali (kao što je čelik) će se odmah deformirati, ali se i brzo vratiti u prvobitno stanje nakon uklanjanja naprezanja.Viskoelastični materijali imaju oba svojstva i stoga pokazuju vremenski promjenjive deformacije.Elastičnost obično proizlazi iz rastezanja veza duž kristalnih ravnina u uređenim čvrstim tvarima, dok je viskoznost rezultat difuzije atoma ili molekula unutar amorfnog materijala” [4].
Komponente od stakloplastike i plastike zahtijevaju posebnu pažnju prilikom ugradnje i rukovanja.U suprotnom, mogu popucati i oštećenja neće postati vidljiva tek dugo nakon hidrostatičkog ispitivanja.
Većina kvarova na oblogama od fiberglasa nastaje zbog oštećenja tijekom ugradnje [5].Hidrostatičko ispitivanje je neophodno, ali ne otkriva manja oštećenja koja mogu nastati tokom upotrebe.
Slika 10. Ovdje su prikazani unutrašnji (lijevo) i vanjski (desni) interfejsi između segmenata cijevi od stakloplastike.
Defekt 7. Na slici 10 prikazan je spoj dva dijela cijevi od fiberglasa.Slika 11 prikazuje poprečni presjek spoja.Vanjska površina cijevi nije bila dovoljno ojačana i zaptivena, a cijev je pukla tokom transporta.Preporuke za armiranje spojeva date su u DIN 16966, CSA Z662 i ASME NM.2.
Polietilenske cijevi visoke gustine su lagane, otporne na koroziju i obično se koriste za cijevi za plin i vodu, uključujući i vatrogasna crijeva na fabričkim lokacijama.Većina kvarova na ovim linijama povezana je s oštećenjima nastalim tijekom iskopa [6].Međutim, do kvara sporog rasta prsline (SCG) može doći i pri relativno niskim naprezanjima i minimalnim naprezanjima.Prema izvještajima, “SCG je uobičajen način kvara u podzemnim polietilenskim (PE) cjevovodima s projektnim vijekom trajanja od 50 godina” [7].
Kvar 8: SCG se stvorio u vatrogasnom crijevu nakon više od 20 godina korištenja.Njegov prijelom ima sljedeće karakteristike:
Otkazivanje SCG karakterizira obrazac loma: ima minimalnu deformaciju i nastaje zbog višestrukih koncentričnih prstenova.Jednom kada se površina SCG poveća na približno 2 x 1,5 inča, pukotina se brzo širi i makroskopske karakteristike postaju manje očigledne (Slike 12-14).Linija može doživjeti promjene opterećenja za više od 10% svake sedmice.Prijavljeno je da su stari HDPE spojevi otporniji na kvar zbog fluktuacija opterećenja od starih HDPE spojeva [8].Međutim, postojeći objekti bi trebalo da razmotre razvoj SCG kako HDPE vatrogasna creva stari.
Slika 12. Ova fotografija pokazuje gdje se T-granak ukršta sa glavnom cijevi, stvarajući pukotinu označenu crvenom strelicom.
Rice.14. Ovdje možete vidjeti izbliza površinu loma od grane u obliku slova T do glavne cijevi u obliku slova T.Očigledne su pukotine na unutrašnjoj površini.
Kontejneri za srednji rasuti teret (IBC) su pogodni za skladištenje i transport malih količina hemikalija (Slika 15).Toliko su pouzdani da je lako zaboraviti da njihov kvar može predstavljati značajnu opasnost.Međutim, kvarovi MDS-a mogu rezultirati značajnim finansijskim gubicima, od kojih neke autori ispituju.Većina kvarova je uzrokovana nepravilnim rukovanjem [9-11].Iako se IBC čini jednostavnim za pregled, teško je otkriti pukotine u HDPE-u uzrokovane nepravilnim rukovanjem.Za menadžere imovine u kompanijama koje često rukuju kontejnerima za rasuti teret koji sadrže opasne proizvode, obavezne su redovne i temeljite eksterne i interne inspekcije.u Sjedinjenim Američkim Državama.
Ultraljubičasto (UV) oštećenje i starenje preovlađuju u polimerima.To znači da moramo pažljivo slijediti upute za skladištenje O-prstenova i razmotriti utjecaj na vijek trajanja vanjskih komponenti kao što su spremnici s otvorenim vrhom i obloge ribnjaka.Iako moramo optimizirati (minimizirati) budžet za održavanje, potrebna je određena inspekcija vanjskih komponenti, posebno onih izloženih sunčevoj svjetlosti (Slika 16).
Karakteristike kao što su temperatura staklastog prijelaza, kompresija, penetracija, puzanje na sobnoj temperaturi, viskoelastičnost, sporo širenje pukotina, itd. određuju karakteristike performansi plastičnih i elastomernih dijelova.Da bi se osiguralo efikasno i efikasno održavanje kritičnih komponenti, ova svojstva se moraju uzeti u obzir, a polimeri moraju biti svjesni ovih svojstava.
Autori se žele zahvaliti pronicljivim klijentima i kolegama što su svoje nalaze podijelili s industrijom.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. izdanje, Thomas Press International, London, UK, 1992.
2. Internet izvor: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Efekat temperature i površinske obrade O-prstena na sposobnost brtvljenja Vitona V747-75.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Najbolje prakse za kanadske proizvođače nafte i gasa (CAPP), „Upotreba ojačanog kompozitnog (nemetalnog) cevovoda“, april 2017.
6. Maupin J. i Mamun M. Failure, Risk and Hazard Analysis of Plastic Pipe, DOT Project No. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi i Jingyan Zheng, Mehanizmi sporog rasta pukotina u polietilenu: metode konačnih elemenata, 2015 ASME Konferencija o posudama pod pritiskom i cijevima, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M. i Bryce, W., Zamor plastičnih vodovodnih cijevi: Tehnički pregled i preporuke za dizajn cijevi PE4710 na zamor, Tehnički izvještaj u ime Udruženja plastičnih cijevi, maj 2012.
9. CBA/SIA Smjernice za skladištenje tekućina u kontejnerima za srednji rasuti teret, ICB izdanje 2, oktobar 2018. Online: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charter, Uzroci curenja IBC u hemijskim postrojenjima – Analiza radnog iskustva, Seminar Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, online: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Briga o IBC torbama: pet savjeta kako bi oni trajali, objavljeno u Kontejneri za rasuti teret, IBC torbe, održivost, objavljeno na blog.containerexchanger.com, 15. septembra 2018.
Ana Benz je glavni inženjer u IRISNDT-u (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; Email: [email protected]).Radila je kao specijalista za koroziju, kvarove i inspekciju 24 godine.Njeno iskustvo uključuje provođenje inspekcija korištenjem naprednih tehnika inspekcije i organiziranje programa inspekcije postrojenja.Mercedes-Benz opslužuje industriju hemijske prerade, petrohemijske fabrike, fabrike đubriva i nikla širom sveta, kao i fabrike za proizvodnju nafte i gasa.Diplomirala je inženjerstvo materijala na Universidad Simon Bolivar u Venecueli i magistrirala inženjerstvo materijala na Univerzitetu Britanske Kolumbije.Posjeduje nekoliko certifikata Canadian General Standards Board (CGSB) za ispitivanje bez razaranja, kao i API 510 certifikat i CWB Group Level 3 certifikat.Benz je bio član izvršnog ogranka NACE Edmonton 15 godina, a prethodno je radio na različitim pozicijama u Kanadskom društvu za zavarivanje ogranka Edmontona.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD PROIZVODIO SVE VRSTEFFKM ORING,FKM ORING SETOVI ,
DOBRO DOŠLI DA NAS KONTAKTIRATE OVDJE, HVALA!
Vrijeme objave: 18.11.2023