Ovaj ilustrirani vodič pokazuje neke uobičajene probleme koji se mogu pojaviti s polimernim i elastomernim materijalima koji se razlikuju od onih koji se javljaju s metalnim brtvama i komponentama.
Kvar polimernih (plastičnih i elastomernih) komponenti i njegove posljedice mogu biti ozbiljne kao i kvar metalne opreme.Predstavljene informacije opisuju neka od svojstava koja utječu na polimerne komponente opreme koja se koristi u industrijskim postrojenjima.Ove informacije se odnose na neke ostavštineO-prstenovi, obložene cijevi, plastika ojačana vlaknima (FRP) i obložene cijevi.Raspravljaju se primjeri svojstava kao što su penetracija, temperatura stakla i viskoelastičnost i njihove implikacije.
28. siječnja 1986. katastrofa svemirskog šatla Challenger šokirala je svijet.Do eksplozije je došlo jer O-prsten nije dobro brtvio.
Greške opisane u ovom članku uvode neke od karakteristika nemetalnih grešaka koje utječu na opremu koja se koristi u industrijskim aplikacijama.Za svaki slučaj raspravlja se o važnim svojstvima polimera.
Elastomeri imaju temperaturu staklastog prijelaza, koja se definira kao "temperatura pri kojoj amorfni materijal, poput stakla ili polimera, prelazi iz krhkog staklastog stanja u duktilno stanje" [1].
Elastomeri imaju kompresijski set – “definiran kao postotak naprezanja koji elastomer ne može oporaviti nakon fiksnog vremenskog razdoblja pri danoj ekstruziji i temperaturi” [2].Prema autoru, kompresija se odnosi na sposobnost gume da se vrati u prvobitni oblik.U mnogim slučajevima pojačanje kompresije nadoknađuje se nekim širenjem koje se događa tijekom uporabe.Međutim, kao što pokazuje primjer u nastavku, to nije uvijek slučaj.
Greška 1: Niska temperatura okoline (36°F) prije lansiranja rezultirala je nedovoljnim O-prstenovima od vitona na Space Shuttle Challengeru.Kao što je navedeno u raznim istragama nesreća: "Na temperaturama ispod 50°F, O-prsten Viton V747-75 nije dovoljno fleksibilan da prati otvaranje ispitnog otvora" [3].Temperatura staklenog prijelaza uzrokuje da O-prsten Challenger ne brtvi ispravno.
Problem 2: Brtve prikazane na slikama 1 i 2 prvenstveno su izložene vodi i pari.Brtve su sastavljene na licu mjesta pomoću etilen propilen dien monomera (EPDM).Međutim, oni testiraju fluoroelastomere (FKM) kao što je Viton) i perfluoroelastomere (FFKM) kao što su Kalrez O-prstenovi.Iako se veličine razlikuju, svi O-prstenovi prikazani na slici 2 počinju iste veličine:
Što se dogodilo?Upotreba pare može biti problem za elastomere.Za primjene pare iznad 250°F, deformacije ekspanzije i skupljanja FKM i FFKM moraju se uzeti u obzir u izračunima dizajna pakiranja.Različiti elastomeri imaju određene prednosti i nedostatke, čak i oni koji imaju visoku kemijsku otpornost.Sve promjene zahtijevaju pažljivo održavanje.
Opće napomene o elastomerima.Općenito, uporaba elastomera na temperaturama iznad 250°F i ispod 35°F je specijalizirana i može zahtijevati pomoć dizajnera.
Važno je odrediti sastav elastomera koji se koristi.Infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom (FTIR) može razlikovati značajno različite vrste elastomera, kao što su gore spomenuti EPDM, FKM i FFKM.Međutim, testiranje razlikovanja jednog FKM spoja od drugog može biti izazovno.O-prstenovi različitih proizvođača mogu imati različita punila, vulkanizacije i tretmane.Sve to ima značajan utjecaj na kompresiju, otpornost na kemikalije i niskotemperaturne karakteristike.
Polimeri imaju duge, ponavljajuće molekularne lance koji dopuštaju određenim tekućinama da prodru u njih.Za razliku od metala, koji imaju kristalnu strukturu, dugačke molekule međusobno se isprepliću poput niti kuhanih špageta.Fizički, vrlo male molekule kao što su voda/para i plinovi mogu prodrijeti.Neke su molekule dovoljno male da prođu kroz praznine između pojedinačnih lanaca.
Kvar 3: Tipično, dokumentiranje analize kvara počinje dobivanjem slika dijelova.Međutim, plosnati, savitljivi komad plastike s mirisom benzina koji je primljen u petak pretvorio se u tvrdu okruglu cijev do ponedjeljka (u vrijeme kada je fotografija snimljena).Komponenta je navodno polietilenski (PE) omotač cijevi koji se koristi za zaštitu električnih komponenti ispod razine tla na benzinskoj postaji.Plosnati fleksibilni plastični komad koji ste dobili nije zaštitio kabel.Prodiranje benzina izazvalo je fizičke, a ne kemijske promjene – polietilenska cijev se nije raspala.Međutim, potrebno je probiti manje omekšane cijevi.
Kvar 4. Mnogi industrijski objekti koriste čelične cijevi obložene teflonom za obradu vode, kiselinu i tamo gdje je isključena prisutnost metalnih kontaminanata (na primjer, u prehrambenoj industriji).Cijevi presvučene teflonom imaju otvore koji dopuštaju da voda koja curi u prstenasti prostor između čelika i obloge iscuri.Međutim, obložene cijevi imaju rok trajanja nakon dulje uporabe.
Slika 4 prikazuje cijev obloženu teflonom koja se koristi za opskrbu HCl više od deset godina.Velika količina proizvoda 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 nastavlja se sve dok cijev ne počne curiti.
Osim toga, dolazi do puzanja na površini teflonske prirubnice.Puzanje se definira kao deformacija (deformacija) pod stalnim opterećenjem.Kao i kod metala, puzanje polimera raste s porastom temperature.Međutim, za razliku od čelika, puzanje se događa na sobnoj temperaturi.Najvjerojatnije, kako se poprečni presjek površine prirubnice smanjuje, vijci čelične cijevi su prezategnuti sve dok se ne pojavi prstenasta pukotina, prikazana na fotografiji.Kružne pukotine dodatno izlažu čeličnu cijev HCl-u.
Kvar 5: Obloge od polietilena visoke gustoće (HDPE) obično se koriste u industriji nafte i plina za popravak vodova za ubrizgavanje vode od korodiranog čelika.Međutim, postoje posebni regulatorni zahtjevi za rasterećenje tlaka u košuljici.Slike 6 i 7 prikazuju pokvarenu košuljicu.Oštećenje pojedinačne košuljice ventila događa se kada tlak u prstenastom prostoru premaši unutarnji radni tlak – košuljica otkaže zbog prodora.Za HDPE obloge, najbolji način da se spriječi ovaj kvar je izbjegavanje brzog pada tlaka u cijevi.
Čvrstoća dijelova od stakloplastike smanjuje se ponovljenom uporabom.Nekoliko slojeva može se s vremenom raslojiti i popucati.API 15 HR "Visokotlačna linearna cijev od stakloplastike" sadrži izjavu da je promjena tlaka od 20% granica ispitivanja i popravka.Odjeljak 13.1.2.8 kanadskog standarda CSA Z662, Sustavi cjevovoda za naftu i plin, navodi da se fluktuacije tlaka moraju održavati ispod 20% nazivnog tlaka proizvođača cijevi.Inače, projektirani tlak može se smanjiti do 50%.Pri projektiranju FRP-a i FRP-a s oblogom moraju se uzeti u obzir ciklička opterećenja.
Greška 6: Donja (6 sati) strana cijevi od stakloplastike (FRP) koja se koristi za dovod slane vode prekrivena je polietilenom visoke gustoće.Ispitani su pokvareni dio, dobar dio nakon kvara i treća komponenta (koja predstavlja komponentu nakon proizvodnje).Konkretno, poprečni presjek pokvarenog dijela uspoređen je s poprečnim presjekom montažne cijevi iste veličine (vidi slike 8 i 9).Imajte na umu da oštećeni poprečni presjek ima opsežne intralaminarne pukotine koje nisu prisutne u proizvedenoj cijevi.Do raslojavanja je došlo i kod novih i kod pokvarenih cijevi.Delaminacija je uobičajena kod staklenih vlakana s visokim udjelom stakla;Visok sadržaj stakla daje veću čvrstoću.Cjevovod je bio izložen velikim oscilacijama tlaka (više od 20%) i otkazao je zbog cikličkog opterećenja.
Slika 9. Ovdje su još dva presjeka gotovog fiberglasa u cijevi od stakloplastike obložene polietilenom visoke gustoće.
Tijekom postavljanja na licu mjesta spajaju se manji dijelovi cijevi – ti su spojevi kritični.Obično se dva komada cijevi spoje zajedno, a razmak između cijevi ispuni se "kitom".Spojevi se zatim omotaju u nekoliko slojeva armature od stakloplastike široke širine i impregniraju smolom.Vanjska površina spoja mora imati dovoljnu čeličnu prevlaku.
Nemetalni materijali poput obloga i stakloplastike su viskoelastični.Iako je ovu karakteristiku teško objasniti, njezine su manifestacije česte: oštećenje se obično događa tijekom instalacije, ali curenje se ne događa odmah.„Viskoelastičnost je svojstvo materijala koji pokazuje i viskozna i elastična svojstva kada se deformira.Viskozni materijali (kao što je med) otporni su na smično strujanje i deformiraju se linearno tijekom vremena kada se primijeni stres.Elastični materijali (kao što je čelik) će se odmah deformirati, ali i brzo vratiti u prvobitno stanje nakon uklanjanja stresa.Viskoelastični materijali imaju oba svojstva i stoga pokazuju vremenski promjenjivu deformaciju.Elastičnost obično proizlazi iz rastezanja veza duž kristalnih ravnina u uređenim čvrstim tijelima, dok viskoznost nastaje zbog difuzije atoma ili molekula unutar amorfnog materijala” [4].
Komponente od stakloplastike i plastike zahtijevaju posebnu pažnju tijekom postavljanja i rukovanja.U suprotnom, mogu popucati, a oštećenja mogu postati vidljiva tek dugo nakon hidrostatskog ispitivanja.
Većina kvarova obloga od stakloplastike nastaje zbog oštećenja tijekom ugradnje [5].Hidrostatičko ispitivanje je neophodno, ali ne otkriva manja oštećenja koja mogu nastati tijekom uporabe.
Slika 10. Ovdje su prikazana unutarnja (lijevo) i vanjska (desno) sučelja između segmenata cijevi od stakloplastike.
Kvar 7. Na slici 10 prikazan je spoj dviju sekcija cijevi od stakloplastike.Slika 11. prikazuje presjek veze.Vanjska površina cijevi nije bila dovoljno ojačana i zabrtvljena, te je cijev pukla tijekom transporta.Preporuke za pojačanje spojeva dane su u DIN 16966, CSA Z662 i ASME NM.2.
Cijevi od polietilena visoke gustoće su lagane, otporne na koroziju i obično se koriste za cijevi za plin i vodu, uključujući vatrogasna crijeva u tvornicama.Većina kvarova na ovim linijama povezana je s oštećenjima zadobivenim tijekom radova iskopa [6].Međutim, otkazivanje sporog rasta pukotine (SCG) također se može dogoditi pri relativno niskim naprezanjima i minimalnim deformacijama.Prema izvješćima, "SCG je uobičajeni način kvara u podzemnim polietilenskim (PE) cjevovodima s projektiranim vijekom trajanja od 50 godina" [7].
Greška 8: SCG se stvorio u vatrogasnom crijevu nakon više od 20 godina korištenja.Njegov lom ima sljedeće karakteristike:
Kvar SCG karakterizira uzorak prijeloma: ima minimalnu deformaciju i javlja se zbog višestrukih koncentričnih prstenova.Nakon što se SCG područje poveća na otprilike 2 x 1,5 inča, pukotina se brzo širi i makroskopske značajke postaju manje očite (Slike 12-14).Linija može imati promjene opterećenja veće od 10% svaki tjedan.Zabilježeno je da su stari HDPE spojevi otporniji na kvarove zbog fluktuacija opterećenja nego stari HDPE spojevi [8].Međutim, postojeći objekti trebali bi razmotriti razvoj SCG kako HDPE protupožarna crijeva stare.
Slika 12. Ova fotografija pokazuje gdje se T-grana križa s glavnom cijevi, stvarajući pukotinu označenu crvenom strelicom.
Riža.14. Ovdje možete izbliza vidjeti površinu loma ogranka u obliku slova T do glavne cijevi u obliku slova T.Postoje očite pukotine na unutarnjoj površini.
Srednji spremnici za rasuti teret (IBC) prikladni su za skladištenje i prijevoz malih količina kemikalija (Slika 15).Toliko su pouzdani da je lako zaboraviti da njihov kvar može predstavljati značajnu opasnost.Međutim, kvarovi MDS-a mogu rezultirati značajnim financijskim gubicima, od kojih su neke ispitali autori.Većina kvarova uzrokovana je nepravilnim rukovanjem [9-11].Iako se IBC čini jednostavnim za pregled, teško je otkriti pukotine u HDPE-u uzrokovane nepravilnim rukovanjem.Za upravitelje imovine u tvrtkama koje često rukuju kontejnerima za rasuti teret koji sadrže opasne proizvode obvezne su redovite i temeljite vanjske i unutarnje inspekcije.U Sjedinjenim Američkim Državama.
Ultraljubičasto (UV) oštećenje i starenje prevladavaju u polimerima.To znači da moramo pažljivo slijediti upute za skladištenje O-prstena i uzeti u obzir utjecaj na vijek trajanja vanjskih komponenti kao što su spremnici s otvorenim vrhom i obloge ribnjaka.Iako moramo optimizirati (minimizirati) budžet za održavanje, potreban je određeni pregled vanjskih komponenti, posebno onih izloženih sunčevoj svjetlosti (Slika 16).
Karakteristike kao što su temperatura staklastog prijelaza, kompresija, penetracija, puzanje pri sobnoj temperaturi, viskoelastičnost, sporo širenje pukotine, itd. određuju karakteristike rada plastičnih i elastomernih dijelova.Kako bi se osiguralo učinkovito i učinkovito održavanje kritičnih komponenti, ova se svojstva moraju uzeti u obzir, a polimeri moraju biti svjesni tih svojstava.
Autori bi željeli 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. Internetski izvor: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Učinak temperature i površinske obrade O-prstena na sposobnost brtvljenja Vitona V747-75.NASA tehnički dokument 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Najbolje prakse za kanadske proizvođače nafte i plina (CAPP), "Korištenje (nemetalnih) cjevovoda od ojačanih kompozita", travanj 2017.
6. Maupin J. i Mamun M. Analiza kvarova, rizika i opasnosti plastičnih cijevi, DOT projekt br. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi i Jingyan Zheng, Mehanizmi sporog rasta pukotina u polietilenu: Metode konačnih elemenata, 2015. ASME konferencija o tlačnim posudama i cjevovodima, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., i Bryce, W., Zamor plastičnih vodovodnih cijevi: Tehnički pregled i preporuke za projektiranje zamora PE4710 cijevi, Tehničko izvješće u ime Udruge za plastične cijevi, svibanj 2012.
9. CBA/SIA Smjernice za skladištenje tekućina u spremnicima za rasuti teret, ICB izdanje 2, listopad 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, Serija seminara br. 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 da budu dugotrajne, objavljeno u kontejnerima za rasuti teret, IBC torbice, održivost, objavljeno na blog.containerexchanger.com, 15. rujna 2018.
Ana Benz je glavna inženjerka u IRISNDT-u (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; telefon: 780-577-4481; e-pošta: [e-pošta zaštićena]).Radila je kao stručnjak za koroziju, kvarove i inspekciju 24 godine.Njezino iskustvo uključuje provođenje inspekcija korištenjem naprednih tehnika inspekcije i organiziranje programa inspekcije biljaka.Mercedes-Benz opslužuje kemijsku prerađivačku industriju, petrokemijska postrojenja, tvornice gnojiva i tvornice nikla diljem svijeta, kao i pogone za proizvodnju nafte i plina.Diplomirala je inženjerstvo materijala na Sveučilištu Simon Bolivar u Venezueli i magistrirala inženjerstvo materijala na Sveučilištu British Columbia.Ima 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 položajima u Kanadskom društvu zavarivanja ogranka Edmonton.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD PROIZVODI SVE VRSTEFFKM ORING,FKM ORING KOMPLET ,
DOBRO DOŠLI DA NAS KONTAKTIRATE OVDJE, HVALA!
Vrijeme objave: 18. studenoga 2023