Šajā ilustrētajā rokasgrāmatā ir parādītas dažas izplatītas problēmas, kas var rasties ar polimēru un elastomēru materiāliem, kas atšķiras no tām, kas rodas ar metāla blīvēm un komponentiem.
Polimēru (plastmasas un elastomēru) detaļu bojājums un tās sekas var būt tikpat nopietnas kā metāla iekārtu bojājums.Sniegtā informācija apraksta dažas īpašības, kas ietekmē rūpnieciskajās iekārtās izmantoto iekārtu polimēru sastāvdaļas.Šī informācija attiecas uz noteiktu mantojumuO-gredzeni, oderētas caurules, šķiedru pastiprinātas plastmasas (FRP) un oderētas caurules.Tiek apspriesti tādu īpašību piemēri kā iespiešanās, stikla temperatūra un viskoelastība, kā arī to ietekme.
1986. gada 28. janvārī kosmosa kuģa Challenger katastrofa šokēja pasauli.Sprādziens notika, jo O veida gredzens nebija pareizi noblīvēts.
Šajā rakstā aprakstītie defekti iepazīstina ar dažām nemetālisku defektu īpašībām, kas ietekmē rūpnieciskos lietojumos izmantotās iekārtas.Katrā gadījumā tiek apspriestas svarīgas polimēra īpašības.
Elastomēriem ir stiklošanās temperatūra, kas tiek definēta kā "temperatūra, kurā amorfs materiāls, piemēram, stikls vai polimērs, mainās no trausla stiklveida stāvokļa uz elastīgu stāvokli" [1].
Elastomēriem ir saspiešanas komplekts - "definēts kā deformācijas procentuālais daudzums, ko elastomērs nevar atjaunoties pēc noteikta laika noteiktā ekstrūzijas un temperatūras apstākļos" [2].Pēc autora domām, kompresija attiecas uz gumijas spēju atgriezties sākotnējā formā.Daudzos gadījumos kompresijas pastiprinājumu kompensē izplešanās, kas rodas lietošanas laikā.Tomēr, kā parādīts zemāk esošajā piemērā, tas ne vienmēr tā ir.
1. kļūda: zemā apkārtējās vides temperatūra (36 °F) pirms palaišanas izraisīja nepietiekamu Viton O veida gredzenu daudzumu Space Shuttle Challenger.Kā teikts dažādās negadījumu izmeklēšanās: “Temperatūrā, kas zemāka par 50°F, Viton V747-75 O veida gredzens nav pietiekami elastīgs, lai izsekotu testa spraugas atvēršanai” [3].Stiklošanās temperatūras dēļ Challenger O veida gredzens nespēj pareizi noslēgties.
2. problēma: 1. un 2. attēlā redzamie blīvējumi galvenokārt ir pakļauti ūdens un tvaika iedarbībai.Blīves tika saliktas uz vietas, izmantojot etilēnpropilēna diēna monomēru (EPDM).Tomēr viņi pārbauda fluoroelastomērus (FKM), piemēram, Viton) un perfluorelastomērus (FFKM), piemēram, Kalrez O veida gredzenus.Lai gan izmēri atšķiras, visi O-gredzeni, kas parādīti 2. attēlā, ir vienāda izmēra:
Kas notika?Tvaika izmantošana var būt problēma elastomēriem.Tvaika lietojumiem virs 250°F, blīvējuma konstrukcijas aprēķinos ir jāņem vērā izplešanās un saraušanās deformācijas FKM un FFKM.Dažādiem elastomēriem ir noteiktas priekšrocības un trūkumi, pat tiem, kuriem ir augsta ķīmiskā izturība.Jebkuras izmaiņas prasa rūpīgu apkopi.
Vispārīgas piezīmes par elastomēriem.Kopumā elastomēru izmantošana temperatūrā virs 250 °F un zem 35 °F ir specializēta, un var būt nepieciešama dizainera ievade.
Ir svarīgi noteikt izmantoto elastomēra sastāvu.Furjē transformācijas infrasarkanā spektroskopija (FTIR) var atšķirt ievērojami dažādus elastomēru veidus, piemēram, iepriekš minētos EPDM, FKM un FFKM.Tomēr testēšana, lai atšķirtu vienu FKM savienojumu no cita, var būt sarežģīta.Dažādu ražotāju O veida gredzeniem var būt dažādas pildvielas, vulkanizācijas un apstrādes veidi.Tas viss būtiski ietekmē kompresijas komplektu, ķīmisko izturību un zemas temperatūras īpašības.
Polimēriem ir garas, atkārtotas molekulārās ķēdes, kas ļauj noteiktos šķidrumos iekļūt tajos.Atšķirībā no metāliem, kuriem ir kristāliska struktūra, garas molekulas savijas viena ar otru kā vārītu spageti šķipsna.Fiziski var iekļūt ļoti mazas molekulas, piemēram, ūdens/tvaiks un gāzes.Dažas molekulas ir pietiekami mazas, lai ietilptu spraugās starp atsevišķām ķēdēm.
3. kļūme: parasti kļūmes analīzes izmeklēšanas dokumentēšana sākas ar detaļu attēlu iegūšanu.Taču piektdien saņemtais plakanais, elastīgais, pēc benzīna smakojošais plastmasas gabals līdz pirmdienai (foto uzņemšanas laikam) bija pārvērties par cietu apaļu cauruli.Tiek ziņots, ka šī sastāvdaļa ir polietilēna (PE) caurules apvalks, ko izmanto, lai aizsargātu elektriskos komponentus zem zemes līmeņa degvielas uzpildes stacijā.Plakanais elastīgais plastmasas gabals, ko jūs saņēmāt, neaizsargāja kabeli.Benzīna iekļūšana izraisīja fiziskas, nevis ķīmiskas izmaiņas – polietilēna caurule nesadalījās.Tomēr ir nepieciešams iekļūt mazāk mīkstinātās caurulēs.
Kļūme 4. Daudzās rūpnieciskās iekārtās tiek izmantotas tērauda caurules ar teflona pārklājumu ūdens attīrīšanai, skābes apstrādei un vietās, kur ir izslēgta metāla piesārņotāju klātbūtne (piemēram, pārtikas rūpniecībā).Ar teflonu pārklātām caurulēm ir ventilācijas atveres, kas ļauj ūdenim izplūst gredzenveida telpā starp tēraudu un oderi.Tomēr caurulēm ar oderējumu ir derīguma termiņš pēc ilgstošas lietošanas.
4. attēlā parādīta caurule ar teflonu, kas ir izmantota HCl piegādei vairāk nekā desmit gadus.Gredzenveida telpā starp starpliku un tērauda cauruli uzkrājas liels daudzums tērauda korozijas produktu.Produkts iespieda oderi uz iekšu, izraisot bojājumus, kā parādīts 5. attēlā. Tērauda korozija turpinās, līdz caurule sāk noplūst.
Turklāt uz teflona atloka virsmas rodas šļūde.Šļūde tiek definēta kā deformācija (deformācija) pie pastāvīgas slodzes.Tāpat kā metālu gadījumā, arī polimēru šļūde palielinās, paaugstinoties temperatūrai.Tomēr atšķirībā no tērauda šļūde notiek istabas temperatūrā.Visticamāk, samazinoties atloka virsmas šķērsgriezumam, tērauda caurules skrūves tiek pārāk pievilktas, līdz parādās gredzena plaisa, kas parādīta fotoattēlā.Apļveida plaisas vēl vairāk pakļauj tērauda cauruli HCl iedarbībai.
5. kļūme: augsta blīvuma polietilēna (ABPE) oderējumus parasti izmanto naftas un gāzes rūpniecībā, lai salabotu korozijas tērauda ūdens iesmidzināšanas līnijas.Tomēr ir īpašas normatīvās prasības attiecībā uz starplikas spiediena samazināšanu.6. un 7. attēlā parādīta neveiksmīga starplika.Viena vārsta čaulas bojājums rodas, kad gredzena spiediens pārsniedz iekšējo darba spiedienu – starplika sabojājas iespiešanās dēļ.HDPE starplikām labākais veids, kā novērst šo kļūmi, ir izvairīties no straujas spiediena samazināšanas caurulē.
Stikla šķiedras detaļu stiprība samazinās, atkārtoti lietojot.Vairāki slāņi laika gaitā var atslāņoties un saplaisāt.API 15 HR “High Pressure Fiberglass Linear Pipe” satur paziņojumu, ka 20% spiediena izmaiņas ir pārbaudes un remonta robeža.Kanādas standarta CSA Z662, naftas un gāzes cauruļvadu sistēmas, 13.1.2.8. sadaļā ir norādīts, ka spiediena svārstības jāsaglabā zem 20% no caurules ražotāja spiediena nominālā.Pretējā gadījumā projektēto spiedienu var samazināt līdz pat 50%.Projektējot FRP un FRP ar apšuvumu, jāņem vērā cikliskās slodzes.
6. kļūda: Sālsūdens padevei izmantotās stikla šķiedras (FRP) caurules apakšdaļa (pulksten 6) ir pārklāta ar augsta blīvuma polietilēnu.Tika pārbaudīta neveiksmīgā daļa, labā daļa pēc atteices un trešā sastāvdaļa (kas pārstāv pēcražošanas komponentu).Jo īpaši neveiksmīgās sekcijas šķērsgriezums tika salīdzināts ar tāda paša izmēra saliekamās caurules šķērsgriezumu (sk. 8. un 9. attēlu).Ņemiet vērā, ka neveiksmīgajam šķērsgriezumam ir plašas intralamināras plaisas, kuru izgatavotajā caurulē nav.Atslāņošanās notika gan jaunās, gan bojātās caurulēs.Atslāņošanās ir izplatīta stikla šķiedrai ar augstu stikla saturu;Augsts stikla saturs nodrošina lielāku izturību.Cauruļvads bija pakļauts nopietnām spiediena svārstībām (vairāk nekā 20%) un sabojājās cikliskas slodzes dēļ.
9. attēls. Šeit ir vēl divi gatavās stikla šķiedras šķērsgriezumi augsta blīvuma polietilēna stikla šķiedras caurulē.
Uzstādot uz vietas, tiek savienoti mazāki cauruļu posmi – šie savienojumi ir ļoti svarīgi.Parasti divus caurules gabalus saspiež kopā, un atstarpi starp caurulēm piepilda ar “špakteli”.Pēc tam šuves tiek ietītas vairākos slāņos ar platu stikla šķiedras stiegrojumu un piesūcinātas ar sveķiem.Šuves ārējai virsmai jābūt ar pietiekamu tērauda pārklājumu.
Nemetāliski materiāli, piemēram, starplikas un stikla šķiedra, ir viskoelastīgi.Lai gan šo īpašību ir grūti izskaidrot, tās izpausmes ir izplatītas: bojājumi parasti rodas uzstādīšanas laikā, bet noplūde nenotiek uzreiz.“Viskoelastība ir tāda materiāla īpašība, kas deformējot uzrāda gan viskozas, gan elastīgas īpašības.Viskozie materiāli (piemēram, medus) iztur bīdes plūsmu un laika gaitā deformējas lineāri, kad tiek pielietots spriegums.Elastīgie materiāli (piemēram, tērauds) nekavējoties deformējas, bet arī ātri atgriežas sākotnējā stāvoklī pēc spriedzes noņemšanas.Viskoelastīgajiem materiāliem ir abas īpašības, un tāpēc tiem ir laika gaitā mainīga deformācija.Elastība parasti rodas no saišu stiepšanās gar kristāliskām plaknēm sakārtotās cietās vielās, savukārt viskozitāte rodas no atomu vai molekulu difūzijas amorfā materiālā ”[4].
Stikla šķiedras un plastmasas detaļām uzstādīšanas un apstrādes laikā nepieciešama īpaša piesardzība.Pretējā gadījumā tie var saplaisāt un bojājumi var kļūt pamanāmi tikai ilgi pēc hidrostatiskās pārbaudes.
Lielākā daļa stiklšķiedras oderējumu bojājumu rodas uzstādīšanas laikā radušos bojājumu dēļ [5].Hidrostatiskā pārbaude ir nepieciešama, taču tā nenosaka nelielus bojājumus, kas var rasties lietošanas laikā.
10. attēls. Šeit ir parādītas iekšējās (kreisās) un ārējās (labās) saskarnes starp stiklplasta cauruļu segmentiem.
Defekts 7. 10. attēlā redzams divu stiklašķiedras cauruļu sekciju savienojums.11. attēlā parādīts savienojuma šķērsgriezums.Caurules ārējā virsma nebija pietiekami pastiprināta un noblīvēta, un transportēšanas laikā caurule plīsa.Savienojumu pastiprināšanas ieteikumi ir doti DIN 16966, CSA Z662 un ASME NM.2.
Augsta blīvuma polietilēna caurules ir vieglas, izturīgas pret koroziju, un tās parasti izmanto gāzes un ūdens caurulēm, tostarp ugunsdzēsības šļūtenēm rūpnīcās.Lielākā daļa bojājumu šajās līnijās ir saistītas ar bojājumiem, kas gūti rakšanas darbu laikā [6].Tomēr lēnas plaisas augšanas (SCG) atteice var rasties arī pie salīdzinoši zemiem spriegumiem un minimālām deformācijām.Saskaņā ar ziņojumiem "SCG ir izplatīts atteices režīms pazemes polietilēna (PE) cauruļvados ar 50 gadu paredzēto kalpošanas laiku" [7].
8. kļūda: pēc vairāk nekā 20 gadu lietošanas ugunsdzēsības šļūtenē ir izveidojies SCG.Tās lūzumam ir šādas īpašības:
SCG kļūmēm raksturīgs lūzuma modelis: tai ir minimāla deformācija un tas rodas vairāku koncentrisku gredzenu dēļ.Kad SCG laukums palielinās līdz aptuveni 2 x 1,5 collām, plaisa strauji izplatās un makroskopiskās pazīmes kļūst mazāk pamanāmas (12.–14. attēls).Katru nedēļu līnijas slodze var mainīties par vairāk nekā 10%.Ir ziņots, ka vecie HDPE savienojumi ir izturīgāki pret bojājumiem slodzes svārstību dēļ nekā vecie HDPE savienojumi [8].Tomēr esošajām iekārtām būtu jāapsver iespēja izstrādāt SCG, jo HDPE ugunsdzēsības šļūtenes noveco.
12. attēls. Šajā fotoattēlā parādīts, kur T veida atzars krustojas ar galveno cauruli, radot plaisu, ko norāda sarkanā bultiņa.
Rīsi.14. Šeit var redzēt tuvplānā T-veida atzara lūzuma virsmu līdz galvenajai T-veida caurulei.Uz iekšējās virsmas ir acīmredzamas plaisas.
Intermediate Bulk Containers (IBC) ir piemēroti nelielu ķīmisko vielu daudzuma uzglabāšanai un transportēšanai (15. attēls).Tie ir tik uzticami, ka ir viegli aizmirst, ka to neveiksme var radīt ievērojamas briesmas.Tomēr MDS kļūmes var radīt ievērojamus finansiālus zaudējumus, no kuriem daži ir izskatīti autori.Lielāko daļu kļūmju izraisa nepareiza apiešanās [9-11].Lai gan šķiet, ka IBC ir vienkārši pārbaudīt, HDPE plaisas, kas radušās nepareizas apstrādes dēļ, ir grūti atklāt.Līdzekļu pārvaldītājiem uzņēmumos, kuri bieži apstrādā beramkravu konteinerus, kuros ir bīstami produkti, regulāras un rūpīgas ārējās un iekšējās pārbaudes ir obligātas.Amerikas Savienotajās Valstīs.
Ultravioletie (UV) bojājumi un novecošanās ir izplatīti polimēros.Tas nozīmē, ka mums rūpīgi jāievēro O-gredzena uzglabāšanas instrukcijas un jāņem vērā ārējo komponentu, piemēram, atvērtu tvertņu un dīķu apšuvuma, ietekme uz kalpošanas laiku.Lai gan mums ir jāoptimizē (minimizē) uzturēšanas budžets, ir nepieciešama ārējo komponentu pārbaude, jo īpaši tiem, kas pakļauti saules gaismai (16. attēls).
Raksturlielumi, piemēram, stiklojuma pārejas temperatūra, kompresijas komplekts, iespiešanās, istabas temperatūras šļūde, viskoelastība, lēna plaisu izplatīšanās utt., nosaka plastmasas un elastomēra detaļu darbības raksturlielumus.Lai nodrošinātu efektīvu un efektīvu kritisko komponentu apkopi, šīs īpašības ir jāņem vērā, un polimēriem šīs īpašības ir jāapzinās.
Autori vēlas pateikties saprātīgiem klientiem un kolēģiem, ka viņi dalījās savos atklājumos ar nozari.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. izdevums, Thomas Press International, Londona, Apvienotā Karaliste, 1992. gads.
2. Interneta avots: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Temperatūras un O-gredzena virsmas apstrādes ietekme uz Viton V747-75 blīvēšanas spēju.NASA tehniskais dokuments 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Kanādas naftas un gāzes ražotāju (CAPP) labākā prakse, “Pastiprināta kompozītmateriāla (nemetāla) cauruļvada izmantošana”, 2017. gada aprīlis.
6. Maupin J. un Mamun M. Failure, Risk and Hazard Analysis of Plastic Pipe, DOT Project Nr. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi un Jingyan Zheng, Polietilēna lēnas plaisas augšanas mehānismi: galīgo elementu metodes, 2015. gada ASME spiediena trauku un cauruļvadu konference, Bostona, MA, 2015. gads.
8. Oliphant, K., Conrad, M. un Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Tehniskais ziņojums Plastic Pipe Association vārdā, 2012. gada maijs.
9. CBA/SIA vadlīnijas šķidrumu uzglabāšanai vidēji lielapjoma konteineros, ICB 2. izdevums, 2018. gada oktobris tiešsaistē: 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, Seminārs Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, tiešsaistē: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, publicēts Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, publicēts blog.containerexchanger.com, 2018. gada 15. septembris.
Ana Benca ir galvenā inženiere uzņēmumā IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Tālrunis: 780-577-4481; E-pasts: [email protected]).Viņa 24 gadus strādāja par korozijas, atteices un apskates speciālisti.Viņas pieredze ietver pārbaužu veikšanu, izmantojot progresīvas pārbaudes metodes, un augu pārbaudes programmu organizēšanu.Mercedes-Benz apkalpo ķīmiskās apstrādes rūpniecību, naftas ķīmijas rūpnīcas, mēslojuma rūpnīcas un niķeļa rūpnīcas visā pasaulē, kā arī naftas un gāzes ražošanas rūpnīcas.Viņa ieguva grādu materiālu inženierijā Universidad Simon Bolivar Venecuēlā un maģistra grādu materiālu inženierijā Britu Kolumbijas Universitātē.Viņai ir vairāki Kanādas Vispārējo standartu padomes (CGSB) nesagraujošās testēšanas sertifikāti, kā arī API 510 sertifikācija un CWB grupas 3. līmeņa sertifikācija.Benss bija NACE Edmontonas izpildvaras biedrs 15 gadus un iepriekš strādāja dažādos amatos Edmontonas filiālē Kanādas metināšanas biedrībā.
NINGBO BODI SEALS CO, LTD RAŽO VISU VEIDUFFKM ORING,FKM ORING KOMPLEKTS,
LAIPNI LŪDZAM SAZINĀTIES AR MUMS ŠEIT, PALDIES!
Izlikšanas laiks: 18. nov. 2023