Цей ілюстрований посібник показує деякі загальні проблеми, які можуть виникнути з полімерними та еластомерними матеріалами, які відрізняються від тих, що виникають з металевими ущільненнями та компонентами.
Вихід з ладу полімерних (пластикових і еластомерних) компонентів і його наслідки можуть бути такими ж серйозними, як і поломка металевого обладнання.Представлена інформація описує деякі властивості, які впливають на полімерні компоненти обладнання, що використовується на промислових підприємствах.Ця інформація стосується певної спадщиниущільнювальні кільця, футерована труба, армований волокном пластик (FRP) і футерована труба.Обговорюються приклади таких властивостей, як проникнення, температура скла та в’язкопружність, а також їхні наслідки.
28 січня 1986 року світ шокувала катастрофа космічного човника «Челленджер».Вибух стався через те, що ущільнювальне кільце не ущільнилося належним чином.
Несправності, описані в цій статті, вводять деякі характеристики неметалевих дефектів, що впливають на обладнання, що використовується в промислових цілях.Для кожного випадку обговорюються важливі властивості полімеру.
Еластомери мають температуру склування, яка визначається як «температура, при якій аморфний матеріал, такий як скло або полімер, переходить із крихкого склоподібного стану в пластичний стан» [1].
Еластомери мають остаточну температуру при стиску – «визначається як відсоток деформації, яку еластомер не може відновити після фіксованого періоду часу при заданій екструзії та температурі» [2].На думку автора, під компресією розуміють здатність гуми повертатися до початкової форми.У багатьох випадках посилення стиснення компенсується деяким розширенням, яке відбувається під час використання.Однак, як показує приклад нижче, це не завжди так.
Помилка 1: низька температура навколишнього середовища (36°F) перед запуском призвела до недостатньої кількості ущільнювальних кілець Viton на космічному кораблі «Челленджер».Як зазначено в різних розслідуваннях аварій: «При температурах нижче 50°F ущільнювальне кільце Viton V747-75 недостатньо гнучке, щоб відстежувати відкриття тестового зазору» [3].Температура склування призводить до того, що ущільнювальне кільце Challenger не ущільнюється належним чином.
Проблема 2: Ущільнення, показані на малюнках 1 і 2, переважно піддаються впливу води та пари.Ущільнення були зібрані на місці з використанням етиленпропілендієнового мономеру (EPDM).Однак вони випробовують фторэластомери (FKM), такі як Viton) і перфторэластомери (FFKM), такі як ущільнювальні кільця Kalrez.Хоча розміри відрізняються, усі ущільнювальні кільця, показані на малюнку 2, спочатку мають однаковий розмір:
Що сталось?Використання пари може бути проблемою для еластомерів.Для парових застосувань при температурі вище 250°F деформації розширення та звуження FKM і FFKM повинні бути враховані в розрахунках конструкції упаковки.Різні еластомери мають певні переваги та недоліки, навіть ті, які мають високу хімічну стійкість.Будь-які зміни вимагають ретельного догляду.
Загальні зауваження щодо еластомерів.Загалом, використання еластомерів при температурах вище 250°F і нижче 35°F є спеціалізованим і може вимагати участі дизайнера.
Важливо визначити використовуваний еластомерний склад.Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є (FTIR) може розрізняти суттєво різні типи еластомерів, таких як EPDM, FKM і FFKM, згадані вище.Однак тестування на відмінність однієї сполуки FKM від іншої може бути складним завданням.Ущільнювальні кільця різних виробників можуть мати різні наповнювачі, вулканізацію та обробку.Все це суттєво впливає на міцність при стиску, хімічну стійкість і низькотемпературні характеристики.
Полімери мають довгі повторювані молекулярні ланцюги, які дозволяють певним рідинам проникати в них.На відміну від металів, які мають кристалічну структуру, довгі молекули переплітаються одна з одною, як нитки варених спагетті.Фізично можуть проникати дуже малі молекули, такі як вода/пара та гази.Деякі молекули досить малі, щоб пройти крізь проміжки між окремими ланцюгами.
Помилка 3: як правило, документування розслідування аналізу поломки починається з отримання зображень деталей.Однак плоский, гнучкий шматок пластику з запахом бензину, отриманий у п’ятницю, перетворився на тверду круглу трубу до понеділка (час, коли було зроблено фото).Повідомляється, що компонентом є оболонка з поліетиленової (ПЕ) труби, яка використовується для захисту електричних компонентів під рівнем землі на АЗС.Плоский гнучкий пластиковий шматок, який ви отримали, не захищає кабель.Проникнення бензину викликало фізичні, а не хімічні зміни – поліетиленова труба не розклалася.Однак необхідно пробивати менш розм'якшені труби.
Несправність 4. Багато промислових об'єктів використовують сталеві труби з тефлоновим покриттям для водопідготовки, кислотної обробки і там, де виключена наявність металевих домішок (наприклад, в харчовій промисловості).Труби з тефлоновим покриттям мають вентиляційні отвори, через які вода, що просочується в кільцевий простір між сталлю та футеровкою, стікає.Однак футеровані труби мають термін придатності після тривалого використання.
На рисунку 4 показана труба з тефлоновим покриттям, яка використовувалася для подачі HCl більше десяти років.У кільцевому просторі між вкладишем і сталевою трубою накопичується велика кількість продуктів корозії сталі.Продукт штовхнув футеровку всередину, спричинивши пошкодження, як показано на малюнку 5. Корозія сталі триває, доки труба не почне витікати.
Крім того, на поверхні тефлонового фланця виникає повзучість.Повзучість визначається як деформація (деформація) при постійному навантаженні.Як і у металів, повзучість полімерів зростає з підвищенням температури.Однак, на відміну від сталі, повзучість відбувається при кімнатній температурі.Швидше за все, при зменшенні перетину поверхні фланця відбувається перетягування болтів сталевої труби до появи кільцевої тріщини, зображеної на фото.Кругові тріщини додатково піддають сталеву трубу впливу HCl.
Помилка 5: вкладиші з поліетилену високої щільності (HDPE) зазвичай використовуються в нафтовій і газовій промисловості для ремонту корозійних сталевих ліній впорскування води.Однак існують спеціальні нормативні вимоги до скидання тиску в гільзі.На малюнках 6 і 7 показано несправний вкладиш.Пошкодження окремої гільзи клапана відбувається, коли тиск у затрубному просторі перевищує внутрішній робочий тиск – гільза виходить з ладу через проникнення.Для вкладишів з ПНД найкращий спосіб запобігти цій несправності — уникнути швидкої розгерметизації труби.
Міцність склопластикових деталей знижується при повторному використанні.Кілька шарів можуть з часом розшаровуватися та тріскатися.API 15 HR «Лінійна труба зі скловолокна високого тиску» містить заяву про те, що зміна тиску на 20% є межею випробувань і ремонту.Розділ 13.1.2.8 канадського стандарту CSA Z662 «Нафтові та газопровідні системи» визначає, що коливання тиску повинні підтримуватися на рівні нижче 20% від номінального тиску виробника труб.В іншому випадку розрахунковий тиск може бути знижений до 50%.При проектуванні FRP і FRP з облицюванням необхідно враховувати циклічні навантаження.
Помилка 6: нижня сторона (6 годин) труби зі скловолокна (FRP), яка використовується для подачі солоної води, покрита поліетиленом високої щільності.Було протестовано несправну деталь, справну деталь після відмови та третій компонент (представляє компонент після виробництва).Зокрема, порівняли переріз руйнованої ділянки з перерізом збірної труби такого ж розміру (див. рис. 8 і 9).Зауважте, що пошкоджений поперечний переріз має значні внутрішньошарові тріщини, яких немає у виготовленій трубі.Відшарування сталося як у нових, так і в несправних трубах.Розшарування поширене у скловолокні з високим вмістом скла;Високий вміст скла забезпечує більшу міцність.Трубопровід піддавався сильним коливанням тиску (більше 20%) і вийшов з ладу через циклічні навантаження.
Малюнок 9. Ось ще два перерізи готового скловолокна в трубі зі скловолокна з поліетиленом високої щільності.
Під час монтажу на місці з’єднуються менші ділянки труб – ці з’єднання є критичними.Як правило, два шматки труби стикуються разом, а щілина між трубами заповнюється «шпаклівкою».Потім з’єднання обмотують декількома шарами скловолоконної арматури широкої ширини і просочують смолою.Зовнішня поверхня з'єднання повинна мати достатнє сталеве покриття.
Неметалеві матеріали, такі як вкладиші та скловолокно, є в’язкопружними.Хоча цю характеристику важко пояснити, її прояви поширені: пошкодження зазвичай виникають під час монтажу, але протікання відбувається не відразу.«В’язкопружність — це властивість матеріалу, який при деформації проявляє як в’язкі, так і пружні властивості.В’язкі матеріали (наприклад, мед) протистоять зсуву та деформуються лінійно з часом під час навантаження.Еластичні матеріали (такі як сталь) відразу деформуються, але також швидко повертаються до свого початкового стану після усунення напруги.В’язкопружні матеріали мають обидві властивості і, отже, демонструють змінну в часі деформацію.Еластичність зазвичай є результатом розтягування зв’язків уздовж кристалічних площин у впорядкованих твердих тілах, тоді як в’язкість є результатом дифузії атомів або молекул всередині аморфного матеріалу» [4].
Деталі зі скловолокна та пластику вимагають особливої обережності під час встановлення та транспортування.Інакше вони можуть тріснути, а пошкодження можуть стати помітними лише через деякий час після гідростатичного випробування.
Більшість поломок склопластикових футеровок відбувається через пошкодження під час монтажу [5].Гідростатичні випробування необхідні, але не виявляють незначних пошкоджень, які можуть виникнути під час використання.
Малюнок 10. Тут показано внутрішню (ліворуч) і зовнішню (праворуч) межі між сегментами скловолоконної труби.
Дефект 7. На малюнку 10 показано з'єднання двох секцій склопластикових труб.На малюнку 11 показано переріз з'єднання.Зовнішня поверхня труби не була достатньо укріплена та герметизована, і труба зламалася під час транспортування.Рекомендації щодо армування з'єднань наведені в DIN 16966, CSA Z662 і ASME NM.2.
Труби з поліетилену високої щільності мають легку вагу, стійкі до корозії та зазвичай використовуються для газових і водопровідних труб, у тому числі пожежних шлангів на заводах.Більшість поломок на цих лініях пов'язані з пошкодженнями, отриманими під час проведення земляних робіт [6].Однак руйнування повільного росту тріщин (SCG) також може відбуватися при відносно низьких напругах і мінімальних деформаціях.Згідно з повідомленнями, «SCG є звичайним режимом відмови в підземних поліетиленових (PE) трубопроводах з розрахунковим терміном служби 50 років» [7].
Несправність 8: SCG утворився в пожежному рукаві після більш ніж 20 років використання.Його перелом має наступні характеристики:
Порушення SCG характеризується закономірністю руйнування: воно має мінімальну деформацію і виникає за рахунок множинних концентричних кілець.Коли площа SCG збільшується приблизно до 2 x 1,5 дюймів, тріщина швидко поширюється, і макроскопічні особливості стають менш очевидними (Рис. 12-14).Щотижня на лінії може спостерігатися зміна навантаження більш ніж на 10%.Повідомлялося, що старі з’єднання ПНД більш стійкі до руйнування через коливання навантаження, ніж старі з’єднання ПНД [8].Однак існуючим підприємствам слід розглянути питання про розвиток SCG, оскільки пожежні шланги HDPE старіють.
Малюнок 12. На цій фотографії показано, де Т-подібна гілка перетинається з основною трубою, утворюючи тріщину, позначену червоною стрілкою.
Рис.14. Тут ви можете побачити зблизька поверхню зламу Т-подібної гілки до основної Т-подібної труби.На внутрішній поверхні є явні тріщини.
Контейнери середньої вантажопідйомності (IBC) підходять для зберігання та транспортування невеликих кількостей хімікатів (рис. 15).Вони настільки надійні, що легко забути про те, що їх поломка може становити серйозну небезпеку.Проте збої MDS можуть призвести до значних фінансових втрат, деякі з яких досліджуються авторами.Більшість поломок викликані неправильним поводженням [9-11].Незважаючи на те, що IBC здається простим для перевірки, тріщини в HDPE, спричинені неправильним поводженням, важко виявити.Для керівників активів у компаніях, які часто працюють з контейнерами для масових вантажів, що містять небезпечні продукти, регулярні та ретельні зовнішні та внутрішні перевірки є обов’язковими.в Сполучених Штатах.
Ультрафіолетове (УФ) пошкодження та старіння поширені в полімерах.Це означає, що ми повинні ретельно дотримуватися інструкцій щодо зберігання ущільнювальних кілець і враховувати вплив на термін служби зовнішніх компонентів, таких як резервуари з відкритим верхом і покриття ставків.Хоча нам потрібно оптимізувати (мінімізувати) бюджет на технічне обслуговування, необхідно перевірити зовнішні компоненти, особливо ті, які піддаються впливу сонячного світла (Малюнок 16).
Такі характеристики, як температура склування, остаточна обробка при стиску, проникнення, повзучість при кімнатній температурі, в’язкопружність, повільне поширення тріщини тощо визначають робочі характеристики пластикових та еластомерних деталей.Щоб забезпечити ефективне та ефективне обслуговування критичних компонентів, ці властивості необхідно враховувати, і полімери повинні знати про ці властивості.
Автори хотіли б подякувати проникливим клієнтам і колегам за те, що вони поділилися своїми висновками з галуззю.
1. Льюїс старший, Річард Дж., Короткий хімічний словник Хоулі, 12-е видання, Thomas Press International, Лондон, Великобританія, 1992.
2. Джерело в Інтернеті: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Лач, Синтія Л., Вплив температури та обробки поверхні ущільнювального кільця на здатність ущільнення Viton V747-75.Технічний документ NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Найкращі практики для канадських виробників нафти та газу (CAPP), «Використання армованого композитного (неметалічного) трубопроводу», квітень 2017 р.
6. Мопін Дж. і Мамун М. Аналіз несправностей, ризиків і небезпек пластикових труб, проект DOT № 194, 2009 р.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi та Jingyan Zheng, Механізми повільного розвитку тріщин у поліетилені: Методи кінцевих елементів, 2015 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Boston, MA, 2015.
8. Оліфант, К., Конрад, М., і Брайс, В., Втома пластикової водопровідної труби: технічний огляд і рекомендації щодо конструкції на втому труби PE4710, Технічний звіт від імені Асоціації пластикових труб, травень 2012 р.
9. Рекомендації CBA/SIA щодо зберігання рідин у контейнерах середньої вантажопідйомності, ICB, випуск 2, жовтень 2018 р. Онлайн: 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, онлайн: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Медден, Д., Догляд за сумками IBC: П’ять порад, як зробити їх довговічними, опубліковано в Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, опубліковано на blog.containerexchanger.com, 15 вересня 2018 р.
Ана Бенц є головним інженером IRISNDT (5311 86th Street, Едмонтон, Альберта, Канада T6E 5T8; телефон: 780-577-4481; електронна пошта: [електронна пошта захищена]).Вона 24 роки працювала фахівцем з корозії, аварій та перевірок.Її досвід включає проведення інспекцій з використанням передових методів інспекції та організацію програм інспекції рослин.Mercedes-Benz обслуговує хімічну промисловість, нафтохімічні заводи, заводи з виробництва добрив та нікелеві заводи по всьому світу, а також заводи з виробництва нафти та газу.Вона отримала ступінь інженера матеріалів в Університеті Симона Болівара у Венесуелі та ступінь магістра в галузі інженерії матеріалів в Університеті Британської Колумбії.Вона має кілька сертифікатів неруйнівного контролю Канадської ради з загальних стандартів (CGSB), а також сертифікат API 510 і сертифікат CWB Group Level 3.Бенц був членом Виконавчого відділу NACE Едмонтон протягом 15 років, а раніше обіймав різні посади в Канадському зварювальному товаристві Едмонтонського відділення.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD ВИРОБЛЯЄ ВСІ ВИДИФФКМ ОРІНГ,FKM ORING KITS ,
ЛАСКАВО ПРОСИМО ЗВ'ЯЗАТИСЯ З НАМИ ТУТ, ДЯКУЮ!
Час публікації: 18 листопада 2023 р