Tämä kuvitettu opas näyttää joitain yleisiä ongelmia, joita voi esiintyä polymeeri- ja elastomeeristen materiaalien kanssa, jotka eroavat metallitiivisteiden ja -komponenttien aiheuttamista.
Polymeerikomponenttien (muovi- ja elastomeerikomponenttien) vika ja sen seuraukset voivat olla yhtä vakavia kuin metallilaitteiden vika.Esitetyt tiedot kuvaavat joitain ominaisuuksia, jotka vaikuttavat teollisuuslaitoksissa käytettävien laitteiden polymeerikomponentteihin.Nämä tiedot koskevat tiettyä perintöäO-renkaat, vuorattu putki, kuituvahvisteinen muovi (FRP) ja vuorattu putki.Esimerkkejä ominaisuuksista, kuten tunkeutumisesta, lasin lämpötilasta ja viskoelastisuudesta ja niiden vaikutuksista käsitellään.
28. tammikuuta 1986 Challenger-avaruussukkulan katastrofi järkytti maailmaa.Räjähdys tapahtui, koska O-rengas ei tiivistynyt kunnolla.
Tässä artikkelissa kuvatut viat esittelevät joitain ei-metallisten vikojen ominaisuuksia, jotka vaikuttavat teollisissa sovelluksissa käytettäviin laitteisiin.Jokaisessa tapauksessa käsitellään tärkeitä polymeerin ominaisuuksia.
Elastomeereilla on lasittumislämpötila, joka määritellään "lämpötilaksi, jossa amorfinen materiaali, kuten lasi tai polymeeri, muuttuu hauraasta lasimaisesta tilasta sitkeäksi" [1].
Elastomeereilla on puristusasetus - "määritelty prosentteina jännityksestä, jota elastomeeri ei voi palautua tietyn ajan kuluttua tietyssä ekstruusiossa ja lämpötilassa" [2].Kirjoittajan mukaan puristus viittaa kumin kykyyn palata alkuperäiseen muotoonsa.Monissa tapauksissa pakkausvahvistusta kompensoi käytön aikana tapahtuva laajeneminen.Kuten alla oleva esimerkki osoittaa, näin ei kuitenkaan aina ole.
Vika 1: Matala ympäristön lämpötila (36 °F) ennen laukaisua johti riittämättömiin Viton O-renkaisiin avaruussukkula Challengerissa.Kuten useissa onnettomuustutkinnoissa on todettu: "Alle 50 °F:n lämpötiloissa Viton V747-75 O-rengas ei ole tarpeeksi joustava seuratakseen testiraon avautumista" [3].Lasittumislämpötila aiheuttaa Challengerin O-renkaan tiivistymisen epäonnistumisen.
Ongelma 2: Kuvissa 1 ja 2 esitetyt tiivisteet ovat pääasiassa alttiina vedelle ja höyrylle.Tiivisteet koottiin paikan päällä käyttämällä etyleenipropyleenidieenimonomeeriä (EPDM).He kuitenkin testaavat fluorielastomeerejä (FKM), kuten Viton) ja perfluoroelastomeeriä (FFKM), kuten Kalrezin O-renkaita.Vaikka koot vaihtelevat, kaikki kuvassa 2 näkyvät O-renkaat alkavat samankokoisina:
Mitä on tapahtunut?Höyryn käyttö voi olla ongelma elastomeereille.Yli 250°F:n höyrysovelluksissa paisunta- ja supistumismuodonmuutokset FKM ja FFKM on otettava huomioon tiivisteen suunnittelulaskelmissa.Eri elastomeereillä on tiettyjä etuja ja haittoja, jopa niillä, joilla on korkea kemiallinen kestävyys.Kaikki muutokset vaativat huolellista huoltoa.
Yleisiä huomautuksia elastomeereistä.Yleensä elastomeerien käyttö lämpötiloissa yli 250 °F ja alle 35 °F on erikoistunutta ja saattaa vaatia suunnittelijan panosta.
On tärkeää määrittää käytetty elastomeerikoostumus.Fourier-muunnos infrapunaspektroskopia (FTIR) voi erottaa toisistaan merkittävästi erilaisia elastomeerityyppejä, kuten edellä mainitut EPDM, FKM ja FFKM.Kuitenkin testaus yhden FKM-yhdisteen erottamiseksi toisesta voi olla haastavaa.Eri valmistajien valmistamissa O-renkaissa voi olla erilaisia täyteaineita, vulkanointeja ja käsittelyjä.Kaikki tämä vaikuttaa merkittävästi puristussarjaan, kemikaalien kestävyyteen ja alhaisen lämpötilan ominaisuuksiin.
Polymeereillä on pitkiä, toistuvia molekyyliketjuja, jotka mahdollistavat tiettyjen nesteiden tunkeutumisen niihin.Toisin kuin metallit, joilla on kiteinen rakenne, pitkät molekyylit kietoutuvat toisiinsa kuin keitetty spagetti.Fyysisesti hyvin pienet molekyylit, kuten vesi/höyry ja kaasut, voivat tunkeutua.Jotkut molekyylit ovat tarpeeksi pieniä mahtuakseen yksittäisten ketjujen välisten rakojen läpi.
Vika 3: Vika-analyysin dokumentointi alkaa tyypillisesti kuvien hankkimisella osista.Perjantaina vastaanotettu litteä, taipuisa, bensalle haiseva muovipala oli kuitenkin maanantaina (kuvan ottoajankohtana) muuttunut kovaksi pyöreäksi putkeksi.Komponentin kerrotaan olevan polyeteenistä (PE) valmistettu putkivaippa, jota käytetään suojaamaan sähkökomponentteja maanpinnan alapuolella huoltoasemalla.Saamasi litteä joustava muovikappale ei suojannut kaapelia.Bensiinin tunkeutuminen aiheutti fyysisiä, ei kemiallisia muutoksia – polyeteeniputki ei hajonnut.Vähemmän pehmennettyjen putkien läpi on kuitenkin tunkeuduttava.
Vika 4. Monet teollisuuslaitokset käyttävät teflonpinnoitettuja teräsputkia vedenkäsittelyyn, happokäsittelyyn ja sellaisiin kohteisiin, joissa metalliepäpuhtaudet ovat poissuljettuja (esimerkiksi elintarviketeollisuudessa).Teflonpinnoitetuissa putkissa on tuuletusaukot, joiden avulla vesi pääsee valumaan teräksen ja vuorauksen väliseen rengasmaiseen tilaan.Vuorattujen putkien käyttöikä on kuitenkin pitkäaikaisen käytön jälkeen.
Kuvassa 4 on teflonvuorattu putki, jota on käytetty HCl:n toimittamiseen yli kymmenen vuoden ajan.Suuri määrä teräksen korroosiotuotteita kerääntyy vuorauksen ja teräsputken väliseen rengasmaiseen tilaan.Tuote työnsi vuorausta sisäänpäin aiheuttaen kuvan 5 mukaisia vaurioita. Teräksen korroosio jatkuu, kunnes putki alkaa vuotaa.
Lisäksi teflonlaipan pinnalla esiintyy virumista.Viruminen määritellään muodonmuutokseksi (muodonmuutokseksi) vakiokuormituksessa.Kuten metallien kohdalla, polymeerien viruminen lisääntyy lämpötilan noustessa.Kuitenkin toisin kuin teräs, viruminen tapahtuu huoneenlämpötilassa.Todennäköisesti, kun laippapinnan poikkileikkaus pienenee, teräsputken pultit kiristetään liikaa, kunnes rengashalkeama ilmestyy, kuten kuvassa.Pyöreät halkeamat altistavat teräsputken edelleen HCl:lle.
Vika 5: HDPE-vuorauksia käytetään yleisesti öljy- ja kaasuteollisuudessa syöpyneiden teräsvesiruiskutuslinjojen korjaamiseen.Vuorauksen paineen alentamiseen on kuitenkin olemassa erityisiä säännöksiä.Kuviot 6 ja 7 esittävät rikkinäisen vuorauksen.Yksittäisen venttiilin vuorauksen vaurioituminen tapahtuu, kun renkaan paine ylittää sisäisen käyttöpaineen – vuoraus rikkoutuu tunkeutumisen vuoksi.HDPE-vuorauksissa paras tapa estää tämä vika on välttää putken nopea paineen aleneminen.
Lasikuituosien lujuus heikkenee toistuvassa käytössä.Useat kerrokset voivat delaminoitua ja halkeilla ajan myötä.API 15 HR "High Pressure Berglass Linear Pipe" sisältää lausunnon, että 20 % paineen muutos on testaus- ja korjausraja.Kanadalaisen standardin CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, kohdassa 13.1.2.8 määrätään, että paineenvaihtelut on pidettävä alle 20 %:ssa putken valmistajan paineesta.Muuten suunnittelupainetta voidaan alentaa jopa 50 %.Verhoiltuja FRP- ja FRP-rakenteita suunniteltaessa on otettava huomioon sykliset kuormat.
Vika 6: Suolaisen veden syöttämiseen käytettävän lasikuituputken (FRP) pohja (kello 6) on peitetty tiheäpolyeteenillä.Viallinen osa, hyvä osa vian jälkeen ja kolmas komponentti (jotka edustaa valmistuksen jälkeistä komponenttia) testattiin.Erityisesti vaurioituneen osan poikkileikkausta verrattiin samankokoisen esivalmistetun putken poikkileikkaukseen (katso kuvat 8 ja 9).Huomaa, että epäonnistuneessa poikkileikkauksessa on laajoja laminaarisia halkeamia, joita ei ole valmistetussa putkessa.Delaminaatiota tapahtui sekä uusissa että viallisissa putkissa.Delaminoituminen on yleistä lasikuidussa, jonka lasipitoisuus on korkea;Korkea lasipitoisuus lisää vahvuutta.Putkilinjaan kohdistui vakavia paineenvaihteluita (yli 20 %) ja se epäonnistui syklisen kuormituksen vuoksi.
Kuva 9. Tässä on vielä kaksi poikkileikkausta valmiista lasikuidusta korkeatiheyksisessä polyeteenillä vuoratussa lasikuituputkessa.
Paikan päällä tapahtuvan asennuksen aikana yhdistetään pienempiä putkiosia – nämä liitännät ovat kriittisiä.Tyypillisesti kaksi putkenpalaa puristetaan yhteen ja putkien välinen rako täytetään "kitillä".Saumat kääritään sitten useisiin kerroksiin leveää lasikuituvahviketta ja kyllästetään hartsilla.Sauman ulkopinnassa tulee olla riittävä teräspinnoite.
Ei-metalliset materiaalit, kuten vuoraukset ja lasikuitu, ovat viskoelastisia.Vaikka tätä ominaisuutta on vaikea selittää, sen ilmenemismuodot ovat yleisiä: vaurioita tapahtuu yleensä asennuksen aikana, mutta vuotoa ei tapahdu heti."Viskoelastisuus on materiaalin ominaisuus, jolla on sekä viskoosisia että elastisia ominaisuuksia, kun se muotoutuu.Viskoosit materiaalit (kuten hunaja) vastustavat leikkausvirtausta ja muotoutuvat lineaarisesti ajan myötä, kun rasitusta kohdistetaan.Elastiset materiaalit (kuten teräs) deformoituvat välittömästi, mutta palaavat myös nopeasti alkuperäiseen tilaansa jännityksen poistamisen jälkeen.Viskoelastisilla materiaaleilla on molemmat ominaisuudet ja siksi niillä on ajallisesti vaihtelevia muodonmuutoksia.Elastisuus johtuu tyypillisesti sidosten venymisestä kidetasoja pitkin järjestetyissä kiinteissä aineissa, kun taas viskositeetti johtuu atomien tai molekyylien diffuusiosta amorfisessa materiaalissa” [4].
Lasikuitu- ja muoviosat vaativat erityistä huolellisuutta asennuksen ja käsittelyn aikana.Muuten ne voivat halkeilla ja vauriot saattavat tulla näkyviin vasta pitkään hydrostaattisen testauksen jälkeen.
Suurin osa lasikuitupäällysteiden vioista johtuu asennuksen aikana tapahtuneista vaurioista [5].Hydrostaattinen testaus on välttämätön, mutta se ei havaitse käytön aikana mahdollisesti syntyviä pieniä vaurioita.
Kuva 10. Tässä näkyvät sisä (vasen) ja ulompi (oikea) rajapinnat lasikuituputkisegmenttien välillä.
Vika 7. Kuvassa 10 näkyy kahden lasikuituputken osan liitos.Kuva 11 esittää liitoksen poikkileikkauksen.Putken ulkopintaa ei vahvistettu ja tiivistetty riittävästi ja putki rikkoutui kuljetuksen aikana.Suositukset liitosten vahvistamiseksi on annettu standardeissa DIN 16966, CSA Z662 ja ASME NM.2.
Suuritiheyksiset polyeteeniputket ovat kevyitä, korroosionkestäviä, ja niitä käytetään yleisesti kaasu- ja vesiputkissa, mukaan lukien paloletkut tehdasalueilla.Useimmat näiden linjojen viat liittyvät kaivutyön aikana saatuihin vaurioihin [6].Hitaan halkeaman kasvun (SCG) epäonnistuminen voi kuitenkin tapahtua myös suhteellisen alhaisilla jännityksillä ja minimaalisilla venymillä.Raporttien mukaan "SCG on yleinen vikatila maanalaisissa polyeteeni (PE) putkissa, joiden suunniteltu käyttöikä on 50 vuotta" [7].
Vika 8: SCG:tä on muodostunut paloletkuun yli 20 vuoden käytön jälkeen.Sen murtumalla on seuraavat ominaisuudet:
SCG-vauriolle on ominaista murtumakuvio: siinä on minimaalinen muodonmuutos ja se johtuu useista samankeskisistä renkaista.Kun SCG-alue kasvaa noin 2 x 1,5 tuumaan, halkeama etenee nopeasti ja makroskooppiset piirteet muuttuvat vähemmän ilmeisiksi (kuvat 12-14).Linjalla voi esiintyä yli 10 %:n kuormituksen muutoksia viikoittain.Vanhojen HDPE-liitosten on raportoitu kestävän paremmin kuormituksen vaihteluista johtuvia vaurioita kuin vanhat HDPE-liitokset [8].Olemassa olevien laitosten tulisi kuitenkin harkita SCG:n kehittämistä HDPE-paloletkujen ikääntyessä.
Kuva 12. Tässä kuvassa näkyy T-haara leikkaaminen pääputken kanssa, jolloin muodostuu punaisen nuolen osoittama halkeama.
Riisi.14. Tästä näet läheltä T-muotoisen haaran murtumispinnan T-muotoiseen pääputkeen.Sisäpinnassa on selviä halkeamia.
Intermediate Bulk Containers (IBC) soveltuu pienten kemikaalimäärien varastointiin ja kuljetukseen (Kuva 15).Ne ovat niin luotettavia, että on helppo unohtaa, että niiden epäonnistuminen voi aiheuttaa merkittävän vaaran.MDS-häiriöt voivat kuitenkin johtaa merkittäviin taloudellisiin menetyksiin, joista osan kirjoittajat tarkastelevat.Useimmat viat johtuvat väärästä käsittelystä [9-11].Vaikka IBC näyttää yksinkertaiselta tarkastaa, virheellisen käsittelyn aiheuttamia HDPE-halkeamia on vaikea havaita.Usein vaarallisia tuotteita sisältäviä bulkkikontteja käsittelevien yritysten omaisuudenhoitajille säännölliset ja perusteelliset ulkoiset ja sisäiset tarkastukset ovat pakollisia.Yhdysvalloissa.
Ultraviolettivauriot ja vanheneminen ovat yleisiä polymeereissä.Tämä tarkoittaa, että meidän on noudatettava tarkasti O-renkaiden säilytysohjeita ja otettava huomioon ulkoisten komponenttien, kuten avoimien säiliöiden ja lampien vuorausten, vaikutus käyttöikään.Vaikka meidän on optimoitava (minimoitava) huoltobudjetti, ulkoisten komponenttien tarkastus on tarpeen, erityisesti niiden, jotka ovat alttiina auringonvalolle (Kuva 16).
Ominaisuudet, kuten lasittumislämpötila, puristuskiinnitys, tunkeutuminen, huoneenlämpötilan viruma, viskoelastisuus, hidas halkeamien eteneminen jne. määräävät muovi- ja elastomeeriosien suorituskykyominaisuudet.Kriittisten komponenttien tehokkaan ja tehokkaan huollon varmistamiseksi nämä ominaisuudet on otettava huomioon ja polymeerien on oltava tietoisia näistä ominaisuuksista.
Kirjoittajat haluavat kiittää oivaltavia asiakkaita ja työtovereita havaintojensa jakamisesta alan kanssa.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. painos, Thomas Press International, Lontoo, UK, 1992.
2. Internet-lähde: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Lämpötilan ja O-renkaan pintakäsittelyn vaikutus Viton V747-75:n tiivistyskykyyn.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Parhaat käytännöt Kanadan öljy- ja kaasuntuottajille (CAPP), "Using Inforced Composite (Ei-metallinen) Pipeline", huhtikuu 2017.
6. Maupin J. ja Mamun M. Vika, muoviputken riski- ja vaaraanalyysi, DOT-projekti nro 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi ja Jingyan Zheng, Mechanisms of Slow Crack Growth in Polyethylene: Finite Element Methods, 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M. ja Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Tekninen raportti Plastic Pipe Associationin puolesta, toukokuu 2012.
9. CBA/SIA Guidelines for the Storage of Liquids in Intermediate Bulk Containers, ICB Issue 2, lokakuu 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, Seminar Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, verkossa: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, julkaistu Bulk Containersissa, IBC Totesissa, Sustainability, julkaistu osoitteessa blog.containerexchanger.com, 15. syyskuuta 2018.
Ana Benz on IRISNDT:n pääinsinööri (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Puhelin: 780-577-4481; Sähköposti: [sähköposti suojattu]).Hän työskenteli korroosio-, vika- ja tarkastusasiantuntijana 24 vuotta.Hänen kokemukseensa kuuluu tarkastusten tekeminen edistyneillä tarkastustekniikoilla ja laitosten tarkastusohjelmien järjestäminen.Mercedes-Benz palvelee kemianteollisuutta, petrokemian tehtaita, lannoitetehtaita ja nikkelitehtaita maailmanlaajuisesti sekä öljyn ja kaasun tuotantolaitoksia.Hän suoritti materiaalitekniikan tutkinnon Universidad Simon Bolivarista Venezuelassa ja maisterin tutkinnon materiaalitekniikassa British Columbian yliopistosta.Hänellä on useita Canadian General Standards Boardin (CGSB) ainetta rikkomattoman testauksen sertifikaatteja sekä API 510 -sertifiointi ja CWB Group Level 3 -sertifikaatti.Benz oli NACE Edmonton Executive Branchin jäsen 15 vuotta ja työskenteli aiemmin useissa tehtävissä Edmonton Branch Canadian Welding Societyssa.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD TUOTTAA KAIKKILAISTAFFKM ORING,FKM ORING KITS,
TERVETULOA OTTAA YHTEYTTÄ TÄSTÄ, KIITOS!
Postitusaika: 18.11.2023