Ta ilustrirani vodnik prikazuje nekaj pogostih težav, ki se lahko pojavijo pri polimernih in elastomernih materialih, ki se razlikujejo od tistih, ki se pojavljajo pri kovinskih tesnilih in komponentah.
Okvara polimernih (plastičnih in elastomernih) komponent in njene posledice so lahko enako resne kot okvara kovinske opreme.Predstavljene informacije opisujejo nekatere lastnosti, ki vplivajo na polimerne komponente opreme, ki se uporablja v industrijskih objektih.Te informacije veljajo za nekatere dediščineO-obročki, obložene cevi, plastika, ojačana z vlakni (FRP) in obložene cevi.Obravnavani so primeri lastnosti, kot so penetracija, temperatura stekla in viskoelastičnost ter njihove posledice.
28. januarja 1986 je katastrofa raketoplana Challenger pretresla svet.Do eksplozije je prišlo, ker O-tesnilo ni pravilno tesnilo.
Napake, opisane v tem članku, predstavljajo nekatere značilnosti nekovinskih napak, ki vplivajo na opremo, ki se uporablja v industrijskih aplikacijah.Za vsak primer so obravnavane pomembne lastnosti polimera.
Elastomeri imajo temperaturo posteklenitve, ki je definirana kot "temperatura, pri kateri amorfni material, kot je steklo ali polimer, preide iz krhkega steklastega stanja v duktilno stanje" [1].
Elastomeri imajo kompresijsko nastavitev – »definirano kot odstotek deformacije, ki je elastomer ne more obnoviti po določenem časovnem obdobju pri danem iztiskanju in temperaturi« [2].Po mnenju avtorja se kompresija nanaša na sposobnost gume, da se vrne v prvotno obliko.V mnogih primerih se povečanje kompresije izravna z nekaj razširitve, ki se pojavi med uporabo.Vendar, kot kaže spodnji primer, ni vedno tako.
Napaka 1: Nizka temperatura okolja (36 °F) pred izstrelitvijo je povzročila nezadostne O-tesnila iz vitona na raketoplanu Space Shuttle Challenger.Kot je navedeno v različnih preiskavah nesreč: "Pri temperaturah pod 50 °F O-tesnilo Viton V747-75 ni dovolj prožno, da bi sledilo odprtju preskusne reže" [3].Temperatura posteklenitve povzroči, da O-tesnilo Challenger ne tesni pravilno.
Težava 2: Tesnila, prikazana na slikah 1 in 2, so predvsem izpostavljena vodi in pari.Tesnila so bila sestavljena na kraju samem z uporabo etilen propilen dien monomera (EPDM).Vendar preizkušajo fluoroelastomere (FKM), kot je Viton) in perfluoroelastomer (FFKM), kot so O-obročki Kalrez.Čeprav se velikosti razlikujejo, so vsi O-obročki, prikazani na sliki 2, na začetku enake velikosti:
Kaj se je zgodilo?Uporaba pare je lahko problem za elastomere.Za uporabo s paro nad 250 °F je treba pri izračunih zasnove embalaže upoštevati deformacije raztezanja in krčenja FKM in FFKM.Različni elastomeri imajo določene prednosti in slabosti, tudi tisti, ki imajo visoko kemično odpornost.Vse spremembe zahtevajo skrbno vzdrževanje.
Splošne opombe o elastomerih.Na splošno je uporaba elastomerov pri temperaturah nad 250 °F in pod 35 °F specializirana in lahko zahteva prispevek oblikovalca.
Pomembno je določiti uporabljeno elastomerno sestavo.Infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo (FTIR) lahko razlikuje med bistveno različnimi vrstami elastomerov, kot so zgoraj omenjeni EPDM, FKM in FFKM.Vendar pa je testiranje za razlikovanje ene spojine FKM od druge lahko zahtevno.O-obročki različnih proizvajalcev imajo lahko različna polnila, vulkanizacije in obdelave.Vse to pomembno vpliva na kompresijo, kemično odpornost in nizkotemperaturne lastnosti.
Polimeri imajo dolge, ponavljajoče se molekularne verige, ki omogočajo, da nekatere tekočine prodrejo vanje.Za razliko od kovin, ki imajo kristalno strukturo, se dolge molekule med seboj prepletajo kot pramen kuhanih špagetov.Fizično lahko prodrejo zelo majhne molekule, kot so voda/para in plini.Nekatere molekule so dovolj majhne, da se prilegajo skozi vrzeli med posameznimi verigami.
Okvara 3: dokumentiranje preiskave analize napak se običajno začne s pridobivanjem slik delov.Vendar se je ploščat, upogljiv kos plastike, ki diši po bencinu, prejet v petek, do ponedeljka (v času, ko je bila posneta fotografija) spremenil v trdo okroglo cev.Komponenta naj bi bila polietilenska (PE) cevna obloga, ki se uporablja za zaščito električnih komponent pod tlemi na bencinski črpalki.Ploščati upogljivi plastični kos, ki ste ga prejeli, ni zaščitil kabla.Prodor bencina je povzročil fizične, ne kemične spremembe – polietilenska cev se ni razgradila.Vendar pa je treba predreti manj zmehčane cevi.
Napaka 4. Veliko industrijskih objektov uporablja jeklene cevi s teflonsko prevleko za pripravo vode, kislinsko obdelavo in tam, kjer je izključena prisotnost kovinskih onesnaževalcev (na primer v prehrambeni industriji).Cevi s teflonsko prevleko imajo odprtine, ki omogočajo odtekanje vode, ki pronica v obročasti prostor med jeklom in oblogo.Vendar imajo obložene cevi rok trajanja po dolgotrajni uporabi.
Slika 4 prikazuje cev s teflonsko oblogo, ki se že več kot deset let uporablja za dovajanje HCl.V obročastem prostoru med oblogo in jekleno cevjo se nabere velika količina produktov korozije jekla.Izdelek je potisnil oblogo navznoter in povzročil poškodbe, kot je prikazano na sliki 5. Korozija jekla se nadaljuje, dokler cev ne začne puščati.
Poleg tega pride do lezenja na površini teflonske prirobnice.Lezenje je opredeljeno kot deformacija (deformacija) pri stalni obremenitvi.Tako kot pri kovinah se lezenje polimerov poveča z naraščajočo temperaturo.Vendar pa se za razliko od jekla lezenje pojavi pri sobni temperaturi.Najverjetneje, ko se presek površine prirobnice zmanjša, so vijaki jeklene cevi preveč zategnjeni, dokler se ne pojavi obročasta razpoka, prikazana na fotografiji.Krožne razpoke dodatno izpostavijo jekleno cev HCl.
Napaka 5: obloge iz polietilena visoke gostote (HDPE) se običajno uporabljajo v naftni in plinski industriji za popravilo vodnih vbrizgalnih vodov iz korodiranega jekla.Vendar pa obstajajo posebne regulativne zahteve za razbremenitev tlaka v liniji.Sliki 6 in 7 prikazujeta okvarjeno oblogo.Poškodba posameznega ventila se pojavi, ko tlak v obroču preseže notranji delovni tlak – obloga odpove zaradi prediranja.Za obloge iz HDPE je najboljši način za preprečitev te okvare, da se izognete hitremu znižanju tlaka v cevi.
Trdnost delov iz steklenih vlaken se z večkratno uporabo zmanjša.Več plasti se lahko sčasoma razloji in poči.API 15 HR »Visokotlačna linearna cev iz steklenih vlaken« vsebuje izjavo, da je 20-odstotna sprememba tlaka meja preskusa in popravila.Oddelek 13.1.2.8 kanadskega standarda CSA Z662, Naftni in plinovodni sistemi, določa, da je treba nihanje tlaka vzdrževati pod 20 % nazivnega tlaka proizvajalca cevi.V nasprotnem primeru se lahko projektni tlak zmanjša za do 50 %.Pri načrtovanju FRP in FRP z oblogo je treba upoštevati ciklične obremenitve.
Napaka 6: Spodnja stran (6 ure) cevi iz steklenih vlaken (FRP), ki se uporablja za dovod slane vode, je prekrita s polietilenom visoke gostote.Preizkušeni so bili okvarjeni del, dober del po okvari in tretja komponenta (ki predstavlja komponento po izdelavi).Zlasti smo primerjali prerez pokvarjenega odseka s prerezom montažne cevi enake velikosti (glej sliki 8 in 9).Upoštevajte, da ima neuspeli prečni prerez obsežne intralaminarne razpoke, ki jih v izdelani cevi ni.Do razslojevanja je prišlo pri novih in okvarjenih ceveh.Delaminacija je običajna pri steklenih vlaknih z visoko vsebnostjo stekla;Visoka vsebnost stekla daje večjo trdnost.Cevovod je bil podvržen velikim nihanjem tlaka (več kot 20 %) in je zaradi cikličnih obremenitev odpovedal.
Slika 9. Tu sta še dva prečna prereza končnega steklenega vlakna v cevi iz steklenih vlaken, prevlečeni s polietilenom visoke gostote.
Med namestitvijo na kraju samem se povežejo manjši odseki cevi – ti priključki so kritični.Običajno sta dva kosa cevi stisnjena skupaj in vrzel med cevma je napolnjena s "kitom".Spoje nato ovijemo z več plastmi široke armature iz steklenih vlaken in impregniramo s smolo.Zunanja površina spoja mora imeti zadostno jekleno prevleko.
Nekovinski materiali, kot so obloge in steklena vlakna, so viskoelastični.Čeprav je to značilnost težko razložiti, so njene manifestacije pogoste: poškodbe običajno nastanejo med namestitvijo, vendar do puščanja ne pride takoj.»Viskoelastičnost je lastnost materiala, ki ob deformaciji kaže tako viskozne kot elastične lastnosti.Viskozni materiali (kot je med) se upirajo strižnemu toku in se ob uporabi napetosti sčasoma linearno deformirajo.Elastični materiali (kot je jeklo) se bodo takoj deformirali, vendar se tudi hitro vrnejo v prvotno stanje, ko je napetost odpravljena.Viskoelastični materiali imajo obe lastnosti in zato kažejo časovno spremenljivo deformacijo.Elastičnost je običajno posledica raztezanja vezi vzdolž kristalnih ravnin v urejenih trdnih snoveh, medtem ko je viskoznost posledica difuzije atomov ali molekul znotraj amorfnega materiala” [4].
Komponente iz steklenih vlaken in plastike zahtevajo posebno skrb med namestitvijo in rokovanjem.V nasprotnem primeru lahko počijo in poškodbe bodo vidne šele dolgo po hidrostatičnem testiranju.
Večina okvar oblog iz steklenih vlaken nastane zaradi poškodbe med montažo [5].Hidrostatično testiranje je potrebno, vendar ne zazna manjših poškodb, ki lahko nastanejo med uporabo.
Slika 10. Tukaj sta prikazana notranji (levo) in zunanji (desno) vmesnik med segmenti cevi iz steklenih vlaken.
Napaka 7. Slika 10 prikazuje povezavo dveh odsekov cevi iz steklenih vlaken.Slika 11 prikazuje presek povezave.Zunanja površina cevi ni bila dovolj ojačana in zatesnjena, cev pa je med transportom počila.Priporočila za ojačitev spojev so podana v DIN 16966, CSA Z662 in ASME NM.2.
Cevi iz polietilena visoke gostote so lahke, odporne proti koroziji in se običajno uporabljajo za cevi za plin in vodo, vključno s požarnimi cevmi v tovarnah.Večina okvar na teh progah je povezana s poškodbami, nastalimi med izkopnimi deli [6].Vendar pa se lahko odpoved počasne rasti razpok (SCG) pojavi tudi pri relativno nizkih napetostih in minimalnih deformacijah.Glede na poročila je "SCG pogost način okvare v podzemnih polietilenskih (PE) cevovodih z načrtovano življenjsko dobo 50 let" [7].
Napaka 8: SCG je nastal v gasilski cevi po več kot 20 letih uporabe.Njegov zlom ima naslednje značilnosti:
Za okvaro SCG je značilen vzorec zloma: ima minimalno deformacijo in nastane zaradi več koncentričnih obročev.Ko se območje SCG poveča na približno 2 x 1,5 palca, se razpoka hitro razširi in makroskopske značilnosti postanejo manj očitne (sliki 12-14).Na liniji se lahko vsak teden spremeni obremenitev za več kot 10 %.Poročali so, da so stari spoji iz HDPE bolj odporni na okvare zaradi nihanj obremenitve kot stari spoji iz HDPE [8].Vendar bi obstoječe naprave morale razmisliti o razvoju SCG, ko se požarne cevi HDPE starajo.
Slika 12. Na tej fotografiji je prikazano, kje T-veja seka z glavno cevjo, kar ustvarja razpoko, ki jo označuje rdeča puščica.
riž.14. Tukaj si lahko od blizu ogledate prelomno površino odcepa v obliki črke T do glavne cevi v obliki črke T.Na notranji površini so očitne razpoke.
Vmesni zabojniki za razsuti tovor (IBC) so primerni za shranjevanje in transport majhnih količin kemikalij (slika 15).So tako zanesljivi, da je zlahka pozabiti, da lahko njihova okvara predstavlja veliko nevarnost.Vendar lahko napake MDS povzročijo znatne finančne izgube, od katerih so nekatere preučili avtorji.Večino okvar povzroči nepravilno ravnanje [9-11].Čeprav se zdi, da je IBC enostavno pregledati, je razpoke v HDPE, ki jih povzroči nepravilno ravnanje, težko odkriti.Za upravljavce sredstev v podjetjih, ki pogosto posegajo z razsutimi zabojniki z nevarnimi snovmi, so obvezni redni in temeljiti zunanji in notranji pregledi.v Združenih državah.
Ultravijolične (UV) poškodbe in staranje prevladujejo v polimerih.To pomeni, da moramo natančno upoštevati navodila za shranjevanje O-obročev in upoštevati vpliv na življenjsko dobo zunanjih komponent, kot so odprti rezervoarji in obloge ribnikov.Čeprav moramo optimizirati (minimizirati) proračun za vzdrževanje, je potrebnih nekaj pregledov zunanjih komponent, zlasti tistih, ki so izpostavljene sončni svetlobi (slika 16).
Značilnosti, kot so temperatura posteklenitve, tlačna trdnost, penetracija, lezenje pri sobni temperaturi, viskoelastičnost, počasno širjenje razpok itd., določajo značilnosti delovanja plastičnih in elastomernih delov.Za zagotovitev učinkovitega in učinkovitega vzdrževanja kritičnih komponent je treba te lastnosti upoštevati, polimeri pa se morajo teh lastnosti zavedati.
Avtorji bi se radi zahvalili pronicljivim strankam in kolegom, da so delili svoje ugotovitve z industrijo.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. izdaja, Thomas Press International, London, Združeno kraljestvo, 1992.
2. Internetni vir: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Vpliv temperature in površinske obdelave O-tesnila na sposobnost tesnjenja Vitona V747-75.Tehnični dokument NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Najboljše prakse za kanadske proizvajalce nafte in plina (CAPP), »Uporaba (nekovinskega) cevovoda iz ojačanih kompozitov«, april 2017.
6. Maupin J. in Mamun M. Analiza okvare, tveganja in nevarnosti plastičnih cevi, projekt DOT št. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi in Jingyan Zheng, Mehanizmi počasne rasti razpok v polietilenu: metode končnih elementov, konferenca ASME o tlačnih posodah in cevovodih, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., in Bryce, W., Utrujenost plastičnih vodovodnih cevi: tehnični pregled in priporočila za načrtovanje utrujenosti cevi PE4710, tehnično poročilo v imenu Združenja plastičnih cevi, maj 2012.
9. Smernice CBA/SIA za skladiščenje tekočin v srednje velikih posodah za razsuti tovor, 2. izdaja ICB, oktober 2018 Na spletu: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Listina, Vzroki za puščanje IBC v kemičnih obratih – Analiza operativnih izkušenj, serija seminarjev št. 154, IChemE, Rugby, Združeno kraljestvo, 2008, na spletu: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, objavljeno v Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, objavljeno na blog.containerexchanger.com, 15. september 2018.
Ana Benz je glavna inženirka pri IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; telefon: 780-577-4481; e-pošta: [e-pošta zaščitena]).24 let je delala kot strokovnjakinja za korozijo, okvare in preglede.Njene izkušnje vključujejo izvajanje inšpekcijskih pregledov z uporabo naprednih inšpekcijskih tehnik in organizacijo programov inšpekcijskih pregledov rastlin.Mercedes-Benz oskrbuje kemično predelovalno industrijo, petrokemične tovarne, tovarne gnojil in niklja po vsem svetu, pa tudi tovarne za proizvodnjo nafte in plina.Diplomirala je iz inženirstva materialov na Universidad Simon Bolivar v Venezueli in magistrirala iz inženirstva materialov na Univerzi British Columbia.Ima več certifikatov nedestruktivnega testiranja Kanadskega odbora za splošne standarde (CGSB), kot tudi certifikat API 510 in certifikat CWB Group Level 3.Benz je bil 15 let član izvršne veje NACE Edmonton, pred tem pa je delal na različnih položajih pri kanadskem varilskem društvu podružnice Edmonton.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD PROIZVAJA VSE VRSTEFFKM ORING,KOMPLETI ORINGOV FKM ,
DOBRODOŠLI, DA NAS KONTAKTIRATE TUKAJ, HVALA!
Čas objave: 18. nov. 2023