Denna illustrerade guide visar några vanliga problem som kan uppstå med polymera och elastomera material som skiljer sig från de som uppstår med metalltätningar och komponenter.
Fel på polymerkomponenter (plast och elastomer) och dess konsekvenser kan vara lika allvarliga som fel på metallutrustning.Den information som presenteras beskriver några av de egenskaper som påverkar polymerkomponenter i utrustning som används i industrianläggningar.Denna information gäller visst arvO-ringar, fodrat rör, fiberarmerad plast (FRP) och fodrat rör.Exempel på egenskaper som penetration, glastemperatur och viskoelasticitet och deras implikationer diskuteras.
Den 28 januari 1986 chockade rymdfärjans katastrof i Challenger världen.Explosionen inträffade på grund av att O-ringen inte tätade ordentligt.
Felen som beskrivs i denna artikel introducerar några av egenskaperna hos icke-metalliska fel som påverkar utrustning som används i industriella applikationer.För varje fall diskuteras viktiga polymeregenskaper.
Elastomerer har en glasövergångstemperatur, som definieras som "temperaturen vid vilken ett amorft material, såsom glas eller polymer, ändras från ett sprött glasartat tillstånd till ett segt tillstånd" [1].
Elastomerer har kompressionsinställning - "definieras som procentandelen av töjning som en elastomer inte kan återhämta sig efter en bestämd tidsperiod vid en given extrudering och temperatur" [2].Enligt författaren avser kompression gummits förmåga att återgå till sin ursprungliga form.I många fall kompenseras kompressionsförstärkningen av en viss expansion som sker under användning.Men som exemplet nedan visar är detta inte alltid fallet.
Fel 1: Låg omgivningstemperatur (36°F) före uppskjutning resulterade i otillräckliga Viton O-ringar på rymdfärjan Challenger.Som framgår av olika olycksundersökningar: "Vid temperaturer under 50°F är Viton V747-75 O-ringen inte tillräckligt flexibel för att spåra öppningen av testgapet" [3].Glasövergångstemperaturen gör att Challenger O-ring misslyckas med att täta ordentligt.
Problem 2: Tätningarna som visas i figur 1 och 2 är i första hand utsatta för vatten och ånga.Tätningarna monterades på plats med användning av etylenpropylendienmonomer (EPDM).Däremot testar de fluorelastomerer (FKM) som Viton) och perfluoroelastomerer (FFKM) som Kalrez O-ringar.Även om storlekarna varierar, börjar alla O-ringar som visas i figur 2 samma storlek:
Vad har hänt?Användningen av ånga kan vara ett problem för elastomerer.För ångapplikationer över 250°F måste expansions- och kontraktionsdeformationer FKM och FFKM beaktas vid beräkningar av packningsdesign.Olika elastomerer har vissa fördelar och nackdelar, även de som har hög kemisk resistens.Alla ändringar kräver noggrant underhåll.
Allmänna anmärkningar om elastomerer.Generellt sett är användningen av elastomerer vid temperaturer över 250°F och under 35°F specialiserad och kan kräva designers input.
Det är viktigt att bestämma den använda elastomersammansättningen.Fourier transform infraröd spektroskopi (FTIR) kan skilja mellan signifikant olika typer av elastomerer, såsom EPDM, FKM och FFKM som nämnts ovan.Men att testa för att skilja en FKM-förening från en annan kan vara utmanande.O-ringar tillverkade av olika tillverkare kan ha olika fyllmedel, vulkaniseringar och behandlingar.Allt detta har en betydande inverkan på kompressionssättning, kemikaliebeständighet och lågtemperaturegenskaper.
Polymerer har långa, upprepande molekylkedjor som gör att vissa vätskor kan penetrera dem.Till skillnad från metaller, som har en kristallin struktur, flätas långa molekyler samman med varandra som en sträng av kokt spagetti.Fysiskt kan mycket små molekyler som vatten/ånga och gaser tränga in.Vissa molekyler är tillräckligt små för att passa genom mellanrummen mellan enskilda kedjor.
Fel 3: Vanligtvis börjar dokumentation av en felanalysutredning med att få bilder av delarna.Den platta, flexibla, bensinluktande plastbiten som mottogs i fredags hade dock förvandlats till ett hårt runt rör i måndags (den tidpunkt då bilden togs).Komponenten är enligt uppgift en rörmantel av polyeten (PE) som används för att skydda elektriska komponenter under marknivå på en bensinstation.Den platta flexibla plastbiten du fick skyddade inte kabeln.Penetrationen av bensin orsakade fysiska, inte kemiska förändringar - polyetenröret bröts inte ned.Det är dock nödvändigt att penetrera mindre uppmjukade rör.
Fel 4. Många industrianläggningar använder teflonbelagda stålrör för vattenbehandling, syrabehandling och där förekomst av metallföroreningar är uteslutna (till exempel inom livsmedelsindustrin).Teflonbelagda rör har ventiler som gör att vatten sipprar in i det ringformiga utrymmet mellan stålet och fodret att rinna bort.Fodrade rör har dock en hållbarhet efter långvarig användning.
Figur 4 visar ett teflonfodrat rör som har använts för att tillföra HCl i över tio år.En stor mängd stålkorrosionsprodukter samlas i det ringformade utrymmet mellan fodret och stålröret.Produkten tryckte fodret inåt och orsakade skador som visas i figur 5. Korrosion av stålet fortsätter tills röret börjar läcka.
Dessutom sker krypning på teflonflänsens yta.Krypning definieras som deformation (deformation) under konstant belastning.Som med metaller ökar krypningen av polymerer med ökande temperatur.Men till skillnad från stål sker krypning vid rumstemperatur.Mest troligt, när tvärsnittet av flänsytan minskar, dras stålrörets bultar för hårt tills ringsprickan uppträder, som visas på bilden.Cirkulära sprickor utsätter stålröret ytterligare för HCl.
Fel 5: Foder av polyeten med hög densitet (HDPE) används ofta inom olje- och gasindustrin för att reparera korroderade vatteninsprutningsledningar av stål.Det finns dock specifika myndighetskrav för liner tryckavlastning.Figurerna 6 och 7 visar ett trasigt foder.Skador på en enskild ventilfoder uppstår när ringtrycket överstiger det interna arbetstrycket - fodret går sönder på grund av penetration.För HDPE-foder är det bästa sättet att förhindra detta fel att undvika snabb tryckavlastning av röret.
Styrkan hos glasfiberdelar minskar vid upprepad användning.Flera lager kan delaminera och spricka med tiden.API 15 HR "High Pressure Fiberglass Linear Pipe" innehåller ett uttalande om att en 20% förändring i trycket är test- och reparationsgränsen.Avsnitt 13.1.2.8 i den kanadensiska standarden CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, specificerar att tryckfluktuationer måste hållas under 20 % av rörtillverkarens tryckklassificering.I annat fall kan konstruktionstrycket minskas med upp till 50 %.Vid utformning av FRP och FRP med beklädnad ska hänsyn tas till cykliska belastningar.
Fel 6: Bottensidan (klockan 18) av glasfiberröret (FRP) som används för att leverera saltvatten är täckt med högdensitetspolyeten.Den misslyckade delen, den bra delen efter fel och den tredje komponenten (som representerar komponenten efter tillverkning) testades.I synnerhet jämfördes tvärsnittet av den trasiga sektionen med tvärsnittet av ett prefabricerat rör av samma storlek (se figurerna 8 och 9).Observera att det misslyckade tvärsnittet har omfattande intralaminära sprickor som inte finns i det tillverkade röret.Delaminering inträffade i både nya och trasiga rör.Delaminering är vanligt i glasfiber med högt glasinnehåll;Högt glasinnehåll ger större styrka.Rörledningen var utsatt för kraftiga tryckfluktuationer (mer än 20 %) och misslyckades på grund av cyklisk belastning.
Figur 9. Här är ytterligare två tvärsnitt av färdig glasfiber i ett högdensitetspolyetenfodrat glasfiberrör.
Vid installation på plats ansluts mindre rörsektioner – dessa anslutningar är kritiska.Normalt sätts två rörstycken ihop och gapet mellan rören fylls med "spackel".Fogarna lindas sedan in i flera lager bred glasfiberarmering och impregneras med harts.Fogens yttre yta måste ha tillräcklig stålbeläggning.
Icke-metalliska material som foder och glasfiber är viskoelastiska.Även om denna egenskap är svår att förklara, är dess manifestationer vanliga: skador uppstår vanligtvis under installationen, men läckage uppstår inte omedelbart."Viskoelasticitet är en egenskap hos ett material som uppvisar både viskösa och elastiska egenskaper när de deformeras.Viskösa material (som honung) motstår skjuvflöde och deformeras linjärt över tiden när stress appliceras.Elastiska material (som stål) deformeras omedelbart, men återgår också snabbt till sitt ursprungliga tillstånd efter att spänningen har avlägsnats.Viskoelastiska material har båda egenskaperna och uppvisar därför tidsvarierande deformation.Elasticitet är vanligtvis ett resultat av sträckning av bindningar längs kristallina plan i ordnade fasta ämnen, medan viskositet är ett resultat av diffusion av atomer eller molekyler i ett amorft material ” [4].
Glasfiber och plastkomponenter kräver särskild försiktighet vid installation och hantering.Annars kan de spricka och skador kanske inte blir uppenbara förrän långt efter hydrostatisk testning.
De flesta fel på glasfiberfoder uppstår på grund av skador under installationen [5].Hydrostatisk testning är nödvändig men upptäcker inte mindre skador som kan uppstå under användning.
Figur 10. Här visas de inre (vänster) och yttre (höger) gränssnitten mellan glasfiberrörsegment.
Defekt 7. Figur 10 visar anslutningen av två sektioner av glasfiberrör.Figur 11 visar anslutningens tvärsnitt.Rörets yttre yta var inte tillräckligt förstärkt och tätad, och röret gick sönder under transporten.Rekommendationer för förstärkning av fogar finns i DIN 16966, CSA Z662 och ASME NM.2.
Högdensitetspolyetenrör är lätta, korrosionsbeständiga och används ofta för gas- och vattenrör, inklusive brandslangar på fabriksplatser.De flesta fel på dessa linjer är förknippade med skador som uppkommit under schaktningsarbeten [6].Men långsam spricktillväxt (SCG) misslyckande kan också inträffa vid relativt låga spänningar och minimala töjningar.Enligt rapporter är "SCG ett vanligt felläge i underjordiska polyetenrörledningar (PE) med en designlivslängd på 50 år" [7].
Fel 8: SCG har bildats i brandslangen efter mer än 20 års användning.Dess fraktur har följande egenskaper:
SCG-fel kännetecknas av ett brottmönster: det har minimal deformation och uppstår på grund av flera koncentriska ringar.När SCG-området ökar till cirka 2 x 1,5 tum, fortplantar sig sprickan snabbt och makroskopiska egenskaper blir mindre uppenbara (figur 12-14).Linjen kan uppleva belastningsförändringar på mer än 10 % varje vecka.Gamla HDPE-fogar har rapporterats vara mer motståndskraftiga mot brott på grund av belastningsfluktuationer än gamla HDPE-fogar [8].Befintliga anläggningar bör dock överväga att utveckla SCG när HDPE-brandslangar åldras.
Bild 12. Det här fotot visar var T-grenen skär huvudröret och skapar sprickan som indikeras av den röda pilen.
Ris.14. Här kan du på nära håll se brottytan på den T-formade grenen till det T-formade huvudröret.Det finns tydliga sprickor på den inre ytan.
Intermediate Bulk Containers (IBC) är lämpliga för lagring och transport av små mängder kemikalier (Figur 15).De är så pålitliga att det är lätt att glömma att deras misslyckande kan utgöra en betydande fara.MDS-misslyckanden kan dock resultera i betydande ekonomiska förluster, av vilka en del undersöks av författarna.De flesta fel orsakas av felaktig hantering [9-11].Även om IBC verkar enkelt att inspektera, är sprickor i HDPE orsakade av felaktig hantering svåra att upptäcka.För kapitalförvaltare i företag som ofta hanterar bulkcontainrar som innehåller farliga produkter är regelbundna och noggranna externa och interna inspektioner obligatoriska.i USA.
Ultraviolett (UV) skada och åldrande är vanliga i polymerer.Det betyder att vi noggrant måste följa instruktionerna för förvaring av O-ringar och överväga inverkan på livslängden för externa komponenter som tankar med öppen topp och dammfoder.Även om vi behöver optimera (minimera) underhållsbudgeten är viss inspektion av externa komponenter nödvändig, särskilt de som utsätts för solljus (Figur 16).
Egenskaper som glasövergångstemperatur, kompressionssättning, penetration, rumstemperaturkrypning, viskoelasticitet, långsam sprickutbredning, etc. bestämmer prestandaegenskaperna hos plast- och elastomerdelar.För att säkerställa ett effektivt och effektivt underhåll av kritiska komponenter måste dessa egenskaper beaktas, och polymerer måste vara medvetna om dessa egenskaper.
Författarna vill tacka insiktsfulla kunder och kollegor för att de delar med sig av sina resultat med branschen.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12:e upplagan, Thomas Press International, London, Storbritannien, 1992.
2. Internetkälla: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Effekt av temperatur och O-rings ytbehandling på tätningsförmågan hos Viton V747-75.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Bästa praxis för kanadensiska olje- och gasproducenter (CAPP), "Using Reinforced Composite (Non-Metallic) Pipeline", april 2017.
6. Maupin J. och Mamun M. Analys av misslyckanden, risker och faror av plaströr, DOT-projekt nr 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi och 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. och Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Technical Report på uppdrag av 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 Operating 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, publicerat i Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, publicerat på blog.containerexchanger.com, 15 september 2018.
Ana Benz är chefsingenjör på IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; E-post: [email protected]).Hon arbetade som korrosions-, haveri- och inspektionsspecialist i 24 år.Hennes erfarenhet inkluderar att utföra inspektioner med hjälp av avancerade inspektionstekniker och att organisera anläggningsinspektionsprogram.Mercedes-Benz betjänar den kemiska bearbetningsindustrin, petrokemiska anläggningar, konstgödselfabriker och nickelfabriker över hela världen, samt olje- och gasproduktionsanläggningar.Hon tog en examen i materialteknik från Universidad Simon Bolivar i Venezuela och en magisterexamen i materialteknik från University of British Columbia.Hon innehar flera icke-förstörande testcertifieringar från Canadian General Standards Board (CGSB), samt API 510-certifiering och CWB Group Level 3-certifiering.Benz var medlem i NACE Edmonton Executive Branch i 15 år och har tidigare haft olika befattningar i Edmonton Branch Canadian Welding Society.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD PRODUCERADE ALLA SLAG AVFFKM ORING,FKM ORINGSATS ,
VÄLKOMMEN ATT KONTAKTA OSS HÄR, TACK!
Posttid: 2023-nov-18