Denne illustrerede vejledning viser nogle almindelige problemer, der kan opstå med polymer- og elastomere materialer, der er forskellige fra dem, der opstår med metaltætninger og -komponenter.
Svigt af polymerkomponenter (plastik og elastomer) og dets konsekvenser kan være lige så alvorligt som svigt af metaludstyr.De præsenterede oplysninger beskriver nogle af de egenskaber, der påvirker polymerkomponenter i udstyr, der anvendes i industrielle faciliteter.Disse oplysninger gælder for nogle arvO-ringe, foret rør, fiberforstærket plast (FRP) og foret rør.Eksempler på egenskaber som penetration, glastemperatur og viskoelasticitet og deres implikationer diskuteres.
Den 28. januar 1986 chokerede Challenger-rumfærgen-katastrofen verden.Eksplosionen opstod, fordi O-ringen ikke forseglede ordentligt.
De fejl, der er beskrevet i denne artikel, introducerer nogle af egenskaberne ved ikke-metalliske fejl, der påvirker udstyr, der bruges i industrielle applikationer.For hvert tilfælde diskuteres vigtige polymeregenskaber.
Elastomerer har en glasovergangstemperatur, der defineres som "den temperatur, ved hvilken et amorft materiale, såsom glas eller polymer, skifter fra en skør glasagtig tilstand til en duktil tilstand" [1].
Elastomerer har kompressionssæt - "defineret som den procentdel af belastning, som en elastomer ikke kan genvinde efter en bestemt tidsperiode ved en given ekstrudering og temperatur" [2].Ifølge forfatteren refererer kompression til gummiets evne til at vende tilbage til sin oprindelige form.I mange tilfælde opvejes kompressionsforstærkningen af en vis udvidelse, der opstår under brug.Men som eksemplet nedenfor viser, er dette ikke altid tilfældet.
Fejl 1: Lav omgivelsestemperatur (36°F) før opsendelse resulterede i utilstrækkelige Viton O-ringe på rumfærgen Challenger.Som anført i forskellige ulykkesundersøgelser: "Ved temperaturer under 50°F er Viton V747-75 O-ringen ikke fleksibel nok til at spore åbningen af testgabet" [3].Glasovergangstemperaturen får Challenger O-ringen til ikke at forsegle ordentligt.
Opgave 2: Forseglingerne vist i figur 1 og 2 er primært udsat for vand og damp.Forseglingerne blev samlet på stedet under anvendelse af ethylenpropylendienmonomer (EPDM).Men de tester fluorelastomerer (FKM) såsom Viton) og perfluoroelastomerer (FFKM) såsom Kalrez O-ringe.Selvom størrelserne varierer, starter alle O-ringe vist i figur 2 i samme størrelse:
Hvad er der sket?Brugen af damp kan være et problem for elastomerer.For dampanvendelser over 250°F skal ekspansions- og kontraktionsdeformationer FKM og FFKM tages i betragtning i pakningsdesignberegninger.Forskellige elastomerer har visse fordele og ulemper, selv dem, der har høj kemisk resistens.Alle ændringer kræver omhyggelig vedligeholdelse.
Generelle bemærkninger om elastomerer.Generelt er brugen af elastomerer ved temperaturer over 250°F og under 35°F specialiseret og kan kræve designerinput.
Det er vigtigt at bestemme den anvendte elastomere sammensætning.Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR) kan skelne mellem væsentligt forskellige typer elastomerer, såsom EPDM, FKM og FFKM nævnt ovenfor.Det kan dog være udfordrende at teste for at skelne en FKM-forbindelse fra en anden.O-ringe fremstillet af forskellige producenter kan have forskellige fyldstoffer, vulkaniseringer og behandlinger.Alt dette har en betydelig indvirkning på kompressionssæt, kemikalieresistens og lavtemperaturegenskaber.
Polymerer har lange, gentagne molekylære kæder, der tillader visse væsker at trænge ind i dem.I modsætning til metaller, som har en krystallinsk struktur, fletter lange molekyler sig ind i hinanden som en tråd af kogt spaghetti.Fysisk kan meget små molekyler som vand/damp og gasser trænge ind.Nogle molekyler er små nok til at passe gennem hullerne mellem individuelle kæder.
Fejl 3: Typisk begynder dokumentation af en fejlanalyseundersøgelse med at få billeder af delene.Det flade, fleksible, benzinlugtende stykke plastik, der blev modtaget i fredags, var dog blevet til et hårdt rundt rør mandag (det tidspunkt, hvor billedet blev taget).Komponenten er angiveligt en polyethylen (PE) rørkappe, der bruges til at beskytte elektriske komponenter under jordoverfladen på en tankstation.Det flade fleksible plastikstykke, du modtog, beskyttede ikke kablet.Indtrængning af benzin forårsagede fysiske, ikke kemiske ændringer - polyethylenrøret nedbrydes ikke.Det er dog nødvendigt at gennemtrænge mindre blødgjorte rør.
Fejl 4. Mange industrianlæg anvender teflonbelagte stålrør til vandbehandling, syrebehandling og hvor tilstedeværelsen af metalforurenende stoffer er udelukket (f.eks. i fødevareindustrien).Teflonbelagte rør har ventilationsåbninger, der tillader vand, der siver ind i det ringformede mellemrum mellem stålet og foringen, for at løbe væk.Forede rør har dog en holdbarhed efter længere tids brug.
Figur 4 viser et Teflon-foret rør, der har været brugt til at levere HCl i over ti år.En stor mængde stålkorrosionsprodukter akkumuleres i det ringformede mellemrum mellem foringen og stålrøret.Produktet skubbede foringen indad, hvilket forårsagede skade som vist i figur 5. Korrosion af stålet fortsætter, indtil røret begynder at lække.
Derudover forekommer krybning på teflonflangeoverfladen.Krybning er defineret som deformation (deformation) under konstant belastning.Som med metaller stiger krybningen af polymerer med stigende temperatur.Men i modsætning til stål sker krybning ved stuetemperatur.Mest sandsynligt, når tværsnittet af flangeoverfladen falder, bliver stålrørets bolte overspændt, indtil ringrevnen vises, vist på billedet.Cirkulære revner udsætter stålrøret yderligere for HCl.
Fejl 5: High-density polyethylen (HDPE) liners bruges almindeligvis i olie- og gasindustrien til at reparere korroderede stålvandinjektionslinjer.Der er dog specifikke regulatoriske krav til liner trykaflastning.Figur 6 og 7 viser en defekt foring.Beskadigelse af en enkelt ventilforing opstår, når annulustrykket overstiger det interne driftstryk - foringen svigter på grund af gennemtrængning.For HDPE-foringer er den bedste måde at forhindre denne fejl på at undgå hurtig trykaflastning af røret.
Styrken af glasfiberdele falder ved gentagen brug.Flere lag kan delaminere og revne over tid.API 15 HR "High Pressure Fiberglass Linear Pipe" indeholder en erklæring om, at en ændring på 20 % i tryk er test- og reparationsgrænsen.Afsnit 13.1.2.8 i den canadiske standard CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, specificerer, at tryksvingninger skal holdes under 20 % af rørproducentens trykklassificering.Ellers kan designtrykket reduceres med op til 50 %.Ved projektering af FRP og FRP med beklædning skal der tages hensyn til cykliske belastninger.
Fejl 6: Den nederste (kl. 6) side af glasfiberrøret (FRP), der bruges til at levere saltvand, er dækket af polyethylen med høj densitet.Den fejlslagne del, den gode del efter fejl og den tredje komponent (der repræsenterer efterfremstillingskomponenten) blev testet.Især blev tværsnittet af den fejlslagne sektion sammenlignet med tværsnittet af et præfabrikeret rør af samme størrelse (se figur 8 og 9).Bemærk, at det mislykkede tværsnit har omfattende intralaminære revner, der ikke er til stede i det fremstillede rør.Delaminering skete i både nye og defekte rør.Delaminering er almindelig i glasfiber med et højt glasindhold;Højt glasindhold giver større styrke.Rørledningen var udsat for alvorlige tryksvingninger (mere end 20%) og svigtede på grund af cyklisk belastning.
Figur 9. Her er yderligere to tværsnit af færdigt glasfiber i et højdensitets polyethylenforet glasfiberrør.
Under installation på stedet forbindes mindre rørsektioner – disse forbindelser er kritiske.Typisk stødes to stykker rør sammen, og mellemrummet mellem rørene er fyldt med "spartelmasse".Fugerne pakkes derefter ind i flere lag bred glasfiberarmering og imprægneres med harpiks.Den ydre overflade af samlingen skal have tilstrækkelig stålbelægning.
Ikke-metalliske materialer som foringer og glasfiber er viskoelastiske.Selvom denne egenskab er svær at forklare, er dens manifestationer almindelige: skade opstår normalt under installationen, men lækage opstår ikke med det samme."Viskoelasticitet er en egenskab ved et materiale, der udviser både viskøse og elastiske egenskaber, når det deformeres.Viskøse materialer (såsom honning) modstår forskydningsflow og deformeres lineært over tid, når der påføres stress.Elastiske materialer (såsom stål) deformeres med det samme, men vender også hurtigt tilbage til deres oprindelige tilstand, efter at spændingen er fjernet.Viskoelastiske materialer har begge egenskaber og udviser derfor tidsvarierende deformation.Elasticitet stammer typisk fra strækningen af bindinger langs krystallinske planer i ordnede faste stoffer, mens viskositet skyldes diffusion af atomer eller molekyler i et amorft materiale ” [4].
Glasfiber- og plastkomponenter kræver særlig omhu under installation og håndtering.Ellers kan de revne, og skader bliver muligvis ikke synlige før længe efter hydrostatisk test.
De fleste fejl i glasfiberforinger opstår på grund af skader under installationen [5].Hydrostatisk test er nødvendig, men detekterer ikke mindre skader, der kan opstå under brug.
Figur 10. Her er vist de indre (venstre) og ydre (højre) grænseflader mellem glasfiberrørsegmenter.
Defekt 7. Figur 10 viser tilslutningen af to sektioner af glasfiberrør.Figur 11 viser tværsnittet af forbindelsen.Den ydre overflade af røret var ikke tilstrækkeligt forstærket og tætnet, og røret knækkede under transporten.Anbefalinger for forstærkning af samlinger er givet i DIN 16966, CSA Z662 og ASME NM.2.
Højdensitets polyethylenrør er lette, korrosionsbestandige og bruges almindeligvis til gas- og vandrør, herunder brandslanger på fabrikker.De fleste fejl på disse strækninger er forbundet med skader modtaget under gravearbejde [6].Langsom revnevækst (SCG) svigt kan dog også forekomme ved relativt lave spændinger og minimale belastninger.Ifølge rapporter er "SCG en almindelig fejltilstand i underjordiske polyethylen (PE) rørledninger med en designlevetid på 50 år" [7].
Fejl 8: Der er dannet SCG i brandslangen efter mere end 20 års brug.Dens brud har følgende egenskaber:
SCG-fejl er karakteriseret ved et brudmønster: det har minimal deformation og opstår på grund af flere koncentriske ringe.Når først SCG-området øges til ca. 2 x 1,5 tommer, forplanter revnen sig hurtigt, og makroskopiske træk bliver mindre tydelige (figur 12-14).Linjen kan opleve belastningsændringer på mere end 10 % hver uge.Gamle HDPE-fuger er blevet rapporteret at være mere modstandsdygtige over for svigt på grund af belastningsudsving end gamle HDPE-fuger [8].Imidlertid bør eksisterende faciliteter overveje at udvikle SCG, efterhånden som HDPE-brandslanger ældes.
Figur 12. Dette foto viser, hvor T-grenen skærer hovedrøret, hvilket skaber den revne, der er angivet med den røde pil.
Ris.14. Her kan du se tæt på brudfladen af den T-formede gren til det T-formede hovedrør.Der er tydelige revner på den indre overflade.
Intermediate Bulk Containers (IBC'er) er velegnede til opbevaring og transport af små mængder kemikalier (Figur 15).De er så pålidelige, at det er let at glemme, at deres svigt kan udgøre en betydelig fare.MDS-fejl kan dog resultere i betydelige økonomiske tab, hvoraf nogle er undersøgt af forfatterne.De fleste fejl er forårsaget af forkert håndtering [9-11].Selvom IBC ser let ud at inspicere, er revner i HDPE forårsaget af forkert håndtering vanskelige at opdage.For kapitalforvaltere i virksomheder, der ofte håndterer bulkcontainere indeholdende farlige produkter, er regelmæssige og grundige eksterne og interne inspektioner obligatoriske.i USA.
Ultraviolet (UV) skade og aldring er udbredt i polymerer.Det betyder, at vi omhyggeligt skal følge instruktionerne til opbevaring af O-ringe og overveje indvirkningen på levetiden af eksterne komponenter såsom åbne tanke og dambeklædninger.Selvom vi skal optimere (minimere) vedligeholdelsesbudgettet, er det nødvendigt med en vis inspektion af eksterne komponenter, især dem, der udsættes for sollys (Figur 16).
Karakteristika såsom glasovergangstemperatur, kompressionssæt, gennemtrængning, rumtemperaturkrybning, viskoelasticitet, langsom sprækkeudbredelse osv. bestemmer ydeevneegenskaberne for plastik og elastomere dele.For at sikre en effektiv og effektiv vedligeholdelse af kritiske komponenter skal disse egenskaber tages i betragtning, og polymerer skal være opmærksomme på disse egenskaber.
Forfatterne vil gerne takke indsigtsfulde kunder og kolleger for at dele deres resultater med industrien.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. udgave, Thomas Press International, London, Storbritannien, 1992.
2. Internetkilde: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Effekt af temperatur og O-ring overfladebehandling på tætningsevnen af Viton V747-75.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Bedste praksis for canadiske olie- og gasproducenter (CAPP), "Using Reinforced Composite (Non-Metallic) Pipeline", april 2017.
6. Maupin J. og Mamun M. Fejl-, risiko- og fareanalyse af plastrør, DOT-projekt nr. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi og 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., og Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Teknisk rapport på vegne af Plastic Pipe Association, maj 2012.
9. CBA/SIA Guidelines for the Storage of Liquids in Intermediate Bulk Containers, ICB Issue 2, oktober 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 Operation Experience, Seminar Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, online: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, offentliggjort i Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, offentliggjort på blog.containerexchanger.com, 15. september 2018.
Ana Benz er Chief Engineer hos IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; E-mail: [email protected]).Hun arbejdede som korrosions-, svigt- og inspektionsspecialist i 24 år.Hendes erfaring omfatter udførelse af inspektioner ved hjælp af avancerede inspektionsteknikker og organisering af planteinspektionsprogrammer.Mercedes-Benz betjener den kemiske forarbejdningsindustri, petrokemiske anlæg, gødningsanlæg og nikkelanlæg verden over samt olie- og gasproduktionsanlæg.Hun modtog en grad i materialeteknik fra Universidad Simon Bolivar i Venezuela og en kandidatgrad i materialeteknik fra University of British Columbia.Hun har adskillige Canadian General Standards Board (CGSB) ikke-destruktive testcertificeringer samt API 510-certificering og CWB Group Level 3-certificering.Benz var medlem af NACE Edmonton Executive Branch i 15 år og tjente tidligere i forskellige stillinger hos Edmonton Branch Canadian Welding Society.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD PRODUCERET ALLE FORM FORFFKM ORING,FKM ORINGSÆT ,
VELKOMMEN TIL KONTAKT OS HER, TAK!
Indlægstid: 18. nov. 2023