Táto ilustrovaná príručka ukazuje niektoré bežné problémy, ktoré sa môžu vyskytnúť pri polymérnych a elastomérnych materiáloch, ktoré sa líšia od tých, ktoré sa vyskytujú pri kovových tesneniach a komponentoch.
Porucha polymérnych (plastových a elastomérnych) komponentov a jej dôsledky môžu byť rovnako závažné ako zlyhanie kovových zariadení.Uvedené informácie popisujú niektoré vlastnosti, ktoré ovplyvňujú polymérne komponenty zariadení používaných v priemyselných zariadeniach.Tieto informácie sa vzťahujú na niektoré dedičstvoO-krúžky, vložkované rúry, vláknami vystužené plasty (FRP) a vložkované rúry.Diskutuje sa o príkladoch vlastností, ako je penetrácia, teplota skla a viskoelasticita a ich dôsledky.
Katastrofa raketoplánu Challenger 28. januára 1986 šokovala svet.K výbuchu došlo, pretože O-krúžok správne netesnil.
Poruchy opísané v tomto článku predstavujú niektoré charakteristiky nekovových porúch ovplyvňujúcich zariadenia používané v priemyselných aplikáciách.Pre každý prípad sú diskutované dôležité vlastnosti polyméru.
Elastoméry majú teplotu skleného prechodu, ktorá je definovaná ako „teplota, pri ktorej amorfný materiál, ako je sklo alebo polymér, prechádza z krehkého sklovitého stavu do ťažného stavu“ [1].
Elastoméry majú kompresnú deformáciu – „definovanú ako percento napätia, ktoré elastomér nemôže obnoviť po určitom čase pri danej extrúzii a teplote“ [2].Kompresia podľa autora označuje schopnosť gumy vrátiť sa do pôvodného tvaru.V mnohých prípadoch je zosilnenie kompresie kompenzované určitou expanziou, ku ktorej dochádza počas používania.Ako však ukazuje príklad nižšie, nie je to vždy tak.
Chyba 1: Nízka okolitá teplota (36 °F) pred štartom viedla k nedostatočným Vitonovým O-krúžkom na raketopláne Challenger.Ako sa uvádza pri rôznych vyšetrovaniach nehôd: „Pri teplotách pod 50 °F nie je O-krúžok Viton V747-75 dostatočne flexibilný na to, aby sledoval otvorenie testovacej medzery“ [3].Teplota skleného prechodu spôsobuje, že O-krúžok Challenger netesní správne.
Problém 2: Tesnenia zobrazené na obrázkoch 1 a 2 sú primárne vystavené vode a pare.Tesnenia boli zostavené na mieste s použitím etylénpropyléndiénového monoméru (EPDM).Testujú však fluoroelastoméry (FKM), ako napríklad Viton) a perfluoroelastoméry (FFKM), ako napríklad O-krúžky Kalrez.Aj keď sa veľkosti líšia, všetky O-krúžky zobrazené na obrázku 2 majú rovnakú veľkosť:
Čo sa stalo?Použitie pary môže byť problémom pre elastoméry.Pri aplikáciách s parou nad 250 °F sa pri výpočtoch návrhu obalu musia brať do úvahy deformácie roztiahnutia a kontrakcie FKM a FFKM.Rôzne elastoméry majú určité výhody a nevýhody, dokonca aj tie, ktoré majú vysokú chemickú odolnosť.Akékoľvek zmeny vyžadujú starostlivú údržbu.
Všeobecné poznámky o elastoméroch.Vo všeobecnosti je použitie elastomérov pri teplotách nad 250 °F a pod 35 °F špecializované a môže vyžadovať vstup dizajnéra.
Je dôležité určiť použité elastomérne zloženie.Infračervená spektroskopia s Fourierovou transformáciou (FTIR) dokáže rozlíšiť medzi výrazne odlišnými typmi elastomérov, ako sú EPDM, FKM a FFKM uvedené vyššie.Avšak testovanie na rozlíšenie jednej FKM zlúčeniny od druhej môže byť náročné.O-krúžky od rôznych výrobcov môžu mať rôzne plnivá, vulkanizácie a úpravy.To všetko má významný vplyv na kompresné nastavenie, chemickú odolnosť a nízkoteplotné vlastnosti.
Polyméry majú dlhé, opakujúce sa molekulové reťazce, ktoré umožňujú určitým kvapalinám preniknúť nimi.Na rozdiel od kovov, ktoré majú kryštalickú štruktúru, sa dlhé molekuly navzájom prepletajú ako prameň uvarených špagiet.Fyzicky môžu preniknúť veľmi malé molekuly, ako je voda/para a plyny.Niektoré molekuly sú dostatočne malé na to, aby sa zmestili cez medzery medzi jednotlivými reťazcami.
Porucha 3: Dokumentácia vyšetrovania analýzy poruchy zvyčajne začína získaním obrázkov dielov.Plochý, pružný a benzínom zapáchajúci kus plastu, ktorý sme dostali v piatok, sa však do pondelka (v čase, keď bola fotografia urobená) zmenil na tvrdú okrúhlu rúrku.Komponentom je údajne polyetylénový (PE) plášť potrubia používaný na ochranu elektrických komponentov pod úrovňou zeme na čerpacej stanici.Plochý pružný plastový kus, ktorý ste dostali, nechránil kábel.Prienik benzínu spôsobil fyzikálne, nie chemické zmeny – polyetylénová rúra sa nerozložila.Je však potrebné preniknúť do menej zmäkčených rúr.
Porucha 4. Mnoho priemyselných zariadení používa oceľové rúry potiahnuté teflónom na úpravu vody, úpravu kyselinou a tam, kde je vylúčená prítomnosť kovových nečistôt (napríklad v potravinárskom priemysle).Rúry potiahnuté teflónom majú prieduchy, ktoré umožňujú odtekanie vody presakujúcej do prstencového priestoru medzi oceľou a výstelkou.Vložkované fajky však majú trvanlivosť po dlhšom používaní.
Obrázok 4 ukazuje potrubie s teflónovou vložkou, ktoré sa používa na zásobovanie HCl už viac ako desať rokov.V prstencovom priestore medzi vložkou a oceľovou rúrou sa hromadí veľké množstvo produktov korózie ocele.Produkt zatlačil výstelku dovnútra, čo spôsobilo poškodenie, ako je znázornené na obrázku 5. Korózia ocele pokračuje, kým rúrka nezačne presakovať.
Okrem toho na povrchu teflónovej príruby dochádza k tečeniu.Dotvarovanie je definované ako deformácia (deformácia) pri konštantnom zaťažení.Rovnako ako u kovov, tečenie polymérov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.Na rozdiel od ocele však dochádza k tečeniu pri izbovej teplote.S najväčšou pravdepodobnosťou, keď sa prierez povrchu príruby zmenšuje, skrutky oceľovej rúry sú príliš utiahnuté, kým sa neobjaví prstencová trhlina, ako je znázornené na fotografii.Kruhové trhliny ďalej vystavujú oceľové potrubie pôsobeniu HCl.
Porucha 5: Vložky z polyetylénu s vysokou hustotou (HDPE) sa bežne používajú v ropnom a plynárenskom priemysle na opravu skorodovaných oceľových potrubí na vstrekovanie vody.Existujú však špecifické regulačné požiadavky na uvoľnenie tlaku vložky.Obrázky 6 a 7 zobrazujú chybnú vložku.Poškodenie jedinej vložky ventilu nastane, keď tlak medzikružia prekročí vnútorný prevádzkový tlak – vložka zlyhá v dôsledku prieniku.Pri HDPE vložkách je najlepším spôsobom, ako zabrániť tejto poruche, vyhnúť sa rýchlemu odtlakovaniu potrubia.
Pevnosť sklolaminátových dielov sa opakovaným používaním znižuje.Niekoľko vrstiev sa môže časom oddeliť a prasknúť.API 15 HR „Vysokotlakové lineárne potrubie zo sklenených vlákien“ obsahuje vyhlásenie, že 20 % zmena tlaku je limitom testu a opravy.Časť 13.1.2.8 kanadskej normy CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, špecifikuje, že kolísanie tlaku sa musí udržiavať pod 20 % menovitého tlaku výrobcu potrubia.V opačnom prípade sa môže návrhový tlak znížiť až o 50 %.Pri navrhovaní FRP a FRP s obkladom treba brať do úvahy cyklické zaťaženie.
Porucha 6: Spodná (6 hodín) strana sklolaminátového (FRP) potrubia používaného na zásobovanie slanou vodou je pokrytá polyetylénom s vysokou hustotou.Testovala sa zlyhaná časť, dobrá časť po zlyhaní a tretia zložka (predstavujúca súčasť po výrobe).Predovšetkým sa porovnával prierez poškodeného úseku s prierezom prefabrikovanej rúry rovnakej veľkosti (pozri obrázky 8 a 9).Všimnite si, že neúspešný prierez má rozsiahle intralaminárne trhliny, ktoré nie sú prítomné vo vyrobenom potrubí.Delaminácia sa vyskytla v nových aj zlyhaných potrubiach.Delaminácia je bežná v sklolamináte s vysokým obsahom skla;Vysoký obsah skla dáva väčšiu pevnosť.Potrubie bolo vystavené silným výkyvom tlaku (viac ako 20 %) a zlyhalo v dôsledku cyklického zaťaženia.
Obrázok 9. Tu sú ďalšie dva prierezy hotového sklolaminátu v rúrke zo sklenených vlákien s vysokou hustotou vystlanou polyetylénom.
Počas inštalácie na mieste sa pripájajú menšie časti potrubia – tieto spojenia sú kritické.Zvyčajne sú dva kusy potrubia spojené dohromady a medzera medzi rúrkami je vyplnená „tmelom“.Spoje sa potom obalia niekoľkými vrstvami širokorozmernej sklolaminátovej výstuže a napustia živicou.Vonkajší povrch spoja musí mať dostatočný oceľový povlak.
Nekovové materiály, ako sú vložky a sklolaminát, sú viskoelastické.Aj keď je táto charakteristika ťažko vysvetliteľná, jej prejavy sú bežné: k poškodeniu zvyčajne dochádza počas inštalácie, ale netesnosť sa nevyskytuje okamžite.„Viskoelasticita je vlastnosť materiálu, ktorý pri deformácii vykazuje viskózne aj elastické vlastnosti.Viskózne materiály (ako je med) odolávajú šmykovému toku a časom sa lineárne deformujú, keď pôsobí napätie.Elastické materiály (napríklad oceľ) sa okamžite zdeformujú, ale po odstránení napätia sa rýchlo vrátia do pôvodného stavu.Viskoelastické materiály majú obe vlastnosti, a preto vykazujú časovo premenlivú deformáciu.Elasticita je zvyčajne výsledkom napínania väzieb pozdĺž kryštalických rovín v usporiadaných tuhých látkach, zatiaľ čo viskozita je výsledkom difúzie atómov alebo molekúl v amorfnom materiáli “[4].
Sklolaminátové a plastové komponenty vyžadujú osobitnú starostlivosť pri inštalácii a manipulácii.V opačnom prípade môžu prasknúť a poškodenie sa môže prejaviť až dlho po hydrostatickom testovaní.
Väčšina porúch sklolaminátových obkladov vzniká v dôsledku poškodenia pri montáži [5].Hydrostatické testovanie je potrebné, ale nezistí menšie poškodenie, ktoré môže nastať počas používania.
Obrázok 10. Tu sú znázornené vnútorné (vľavo) a vonkajšie (vpravo) rozhrania medzi segmentmi zo sklenených vlákien.
Porucha 7. Obrázok 10 znázorňuje spojenie dvoch častí rúr zo sklenených vlákien.Obrázok 11 ukazuje prierez spoja.Vonkajší povrch rúry nebol dostatočne vystužený a utesnený a rúra sa počas prepravy zlomila.Odporúčania na vystuženie spojov sú uvedené v DIN 16966, CSA Z662 a ASME NM.2.
Rúry z polyetylénu s vysokou hustotou sú ľahké, odolné voči korózii a bežne sa používajú pre plynové a vodovodné potrubia, vrátane požiarnych hadíc v závodoch.Väčšina porúch na týchto tratiach je spojená s poškodením počas výkopových prác [6].Porušenie pomalého rastu trhlín (SCG) sa však môže vyskytnúť aj pri relatívne nízkych napätiach a minimálnom namáhaní.Podľa správ „SCG je bežným poruchovým režimom v podzemných polyetylénových (PE) potrubiach s projektovou životnosťou 50 rokov“ [7].
Porucha 8: V požiarnej hadici sa po viac ako 20 rokoch používania vytvoril SCG.Jeho zlomenina má nasledujúce vlastnosti:
Zlyhanie SCG je charakterizované vzorom zlomeniny: má minimálnu deformáciu a vyskytuje sa v dôsledku viacerých sústredných krúžkov.Akonáhle sa plocha SCG zväčší na približne 2 x 1,5 palca, trhlina sa rýchlo šíri a makroskopické znaky sa stanú menej zreteľnými (obrázky 12-14).Linka môže každý týždeň zaznamenať zmeny zaťaženia o viac ako 10 %.Uvádza sa, že staré spoje z HDPE sú odolnejšie voči poruchám v dôsledku kolísania zaťaženia ako staré spoje z HDPE [8].Existujúce zariadenia by však mali zvážiť vývoj SCG, keď HDPE požiarne hadice starnú.
Obrázok 12. Táto fotografia ukazuje, kde sa T-vetva pretína s hlavným potrubím, čím vzniká trhlina označená červenou šípkou.
Ryža.14. Tu môžete zblízka vidieť lomovú plochu odbočky v tvare T k hlavnej rúre v tvare T.Na vnútornom povrchu sú zjavné praskliny.
Intermediate Bulk Containers (IBC) sú vhodné na skladovanie a prepravu malých množstiev chemikálií (obrázok 15).Sú také spoľahlivé, že je ľahké zabudnúť, že ich zlyhanie môže predstavovať značné nebezpečenstvo.Zlyhania MDS však môžu mať za následok značné finančné straty, z ktorých niektoré autori skúmajú.Väčšina porúch je spôsobená nesprávnou manipuláciou [9-11].Hoci sa zdá, že IBC je jednoduchá na kontrolu, je ťažké odhaliť trhliny v HDPE spôsobené nesprávnou manipuláciou.Pre správcov aktív v spoločnostiach, ktoré často manipulujú s veľkoobjemovými kontajnermi obsahujúcimi nebezpečné produkty, sú povinné pravidelné a dôkladné externé a interné kontroly.v Spojených štátoch.
V polyméroch prevláda ultrafialové (UV) poškodenie a starnutie.To znamená, že musíme starostlivo dodržiavať pokyny na skladovanie O-krúžkov a zvážiť vplyv na životnosť externých komponentov, ako sú nádrže s otvoreným vrchom a výstelky jazierok.Aj keď potrebujeme optimalizovať (minimalizovať) rozpočet na údržbu, je potrebná určitá kontrola externých komponentov, najmä tých, ktoré sú vystavené slnečnému žiareniu (obrázok 16).
Charakteristiky ako teplota skleného prechodu, deformácia v tlaku, penetrácia, tečenie pri izbovej teplote, viskoelasticita, pomalé šírenie trhlín atď. určujú výkonnostné charakteristiky plastových a elastomérnych dielov.Aby sa zabezpečila efektívna a efektívna údržba kritických komponentov, musia sa tieto vlastnosti brať do úvahy a polyméry si musia byť vedomé týchto vlastností.
Autori by sa chceli poďakovať skúseným klientom a kolegom za zdieľanie svojich zistení s priemyslom.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. vydanie, Thomas Press International, Londýn, Spojené kráľovstvo, 1992.
2. Internetový zdroj: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Vplyv teploty a povrchovej úpravy O-krúžku na tesniacu schopnosť Vitonu V747-75.Technický dokument NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Najlepšie postupy pre kanadských producentov ropy a zemného plynu (CAPP), „Používanie vystuženého kompozitného (nekovového) potrubia“, apríl 2017.
6. Maupin J. a Mamun M. Zlyhanie, analýza rizík a nebezpečenstva plastovej rúry, projekt DOT č. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi a 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. a Bryce, W., Únava plastového vodného potrubia: Technické preskúmanie a odporúčania pre návrh únavy potrubia PE4710, Technická správa v mene Asociácie plastových potrubí, máj 2012.
9. Usmernenia CBA/SIA pre skladovanie kvapalín v stredne veľkých kontajneroch, ICB vydanie 2, október 2018 Online: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charta, Príčiny únikov IBC v chemických závodoch – Analýza prevádzkových skúseností, Séria seminárov č. 154, IChemE, Rugby, Spojené kráľovstvo, 2008, online: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Starostlivosť o IBC Totes: Päť tipov, aby vydržali, uverejnené v Hromadné kontajnery, IBC Totes, Udržateľnosť, uverejnené na blog.containerexchanger.com, 15. septembra 2018.
Ana Benz je hlavná inžinierka v IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telefón: 780-577-4481; E-mail: [chránený e-mailom]).Ako špecialista na koróziu, poruchy a kontroly pracovala 24 rokov.Medzi jej skúsenosti patrí vykonávanie inšpekcií s použitím pokročilých kontrolných techník a organizovanie programov inšpekcie závodov.Mercedes-Benz slúži pre chemický spracovateľský priemysel, petrochemické závody, závody na výrobu hnojív a niklu na celom svete, ako aj závody na výrobu ropy a plynu.Vyštudovala materiálové inžinierstvo na Universidad Simon Bolivar vo Venezuele a magisterský titul z materiálového inžinierstva získala na University of British Columbia.Je držiteľkou niekoľkých certifikácií nedeštruktívneho testovania Canadian General Standards Board (CGSB), ako aj certifikácie API 510 a certifikácie CWB Group Level 3.Benz bol členom výkonnej pobočky NACE Edmonton 15 rokov a predtým pôsobil na rôznych pozíciách v Kanadskej zváračskej spoločnosti Edmonton Branch.
NINGBO BODI SEALS CO, LTD VYRÁBIL VŠETKY DRUHYFFKM ORING,FKM ORING SÚPRAVY,
VÍTAJTE NÁS KONTAKTOVAŤ TU, ĎAKUJEME!
Čas odoslania: 18. novembra 2023