Ez az illusztrált útmutató néhány gyakori problémát mutat be, amelyek olyan polimer és elasztomer anyagok esetén fordulhatnak elő, amelyek eltérnek a fém tömítéseknél és alkatrészeknél előfordulóaktól.
A polimer (műanyag és elasztomer) alkatrészek meghibásodása és következményei ugyanolyan súlyosak lehetnek, mint a fémberendezések meghibásodása.A bemutatott információk leírnak néhány olyan tulajdonságot, amelyek befolyásolják az ipari létesítményekben használt berendezések polimer alkatrészeit.Ez az információ bizonyos örökségre vonatkozikO-gyűrűk, bélelt cső, szálerősítésű műanyag (FRP) és bélelt cső.Példák az olyan tulajdonságokra, mint az áthatolás, az üveghőmérséklet és a viszkoelaszticitás, valamint ezek következményei.
1986. január 28-án a Challenger űrsikló katasztrófája sokkolta a világot.A robbanás azért történt, mert az O-gyűrű nem tömített megfelelően.
Az ebben a cikkben leírt hibák bemutatják az ipari alkalmazásokban használt berendezéseket érintő nem fémes hibák néhány jellemzőjét.Minden esetben a fontos polimer tulajdonságokat tárgyaljuk.
Az elasztomereknek van üvegesedési hőmérséklete, amelyet úgy határoznak meg, mint „az a hőmérséklet, amelyen egy amorf anyag, például üveg vagy polimer rideg üveges állapotból képlékeny állapotba változik” [1].
Az elasztomerek kompressziós készlettel rendelkeznek – „az a százalékos alakváltozás, amelyet az elasztomer nem képes helyreállítani egy meghatározott idő elteltével egy adott extrudálás és hőmérséklet mellett” [2].A szerző szerint a tömörítés arra utal, hogy a gumi képes visszanyerni eredeti alakját.Sok esetben a kompressziós erősítést a használat során fellépő tágulás ellensúlyozza.Azonban, amint az alábbi példa mutatja, ez nem mindig van így.
1. hiba: Az indulás előtti alacsony környezeti hőmérséklet (36°F) nem elegendő Viton O-gyűrűt eredményezett az űrrepülőgépen.Amint azt a különböző baleseti vizsgálatok megállapították: „50 °F alatti hőmérsékleten a Viton V747-75 O-gyűrű nem elég rugalmas ahhoz, hogy nyomon kövesse a tesztrés nyílását” [3].Az üvegesedési hőmérséklet miatt a Challenger O-gyűrű nem tömít megfelelően.
2. probléma: Az 1. és 2. ábrán látható tömítések elsősorban víznek és gőznek vannak kitéve.A tömítéseket a helyszínen szerelték össze etilén-propilén-dién monomer (EPDM) felhasználásával.Azonban tesztelik a fluoroelasztomereket (FKM), például a Vitont, és a perfluorelasztomereket (FFKM), például a Kalrez O-gyűrűket.Bár a méretek eltérőek, a 2. ábrán látható összes O-gyűrű azonos méretű:
Mi történt?A gőz használata problémát jelenthet az elasztomereknél.250°F feletti gőzalkalmazások esetén az FKM és FFKM tágulási és összehúzódási alakváltozásokat figyelembe kell venni a tömítés tervezési számításainál.A különböző elasztomereknek vannak bizonyos előnyei és hátrányai, még azok is, amelyek vegyszerállósága magas.Minden változtatás gondos karbantartást igényel.
Általános megjegyzések az elasztomerekhez.Általánosságban elmondható, hogy az elasztomerek 250 °F feletti és 35 °F alatti hőmérsékleten történő használata speciális, és tervezői hozzájárulást igényelhet.
Fontos meghatározni az alkalmazott elasztomer összetételt.A Fourier transzformációs infravörös spektroszkópia (FTIR) jelentősen eltérő típusú elasztomereket tud megkülönböztetni, mint például a fent említett EPDM, FKM és FFKM.Az egyik FKM-vegyület másiktól való megkülönböztetésének tesztelése azonban kihívást jelenthet.A különböző gyártók által gyártott O-gyűrűk eltérő töltőanyaggal, vulkanizálással és kezeléssel rendelkezhetnek.Mindez jelentős hatással van a kompressziós készletre, a vegyszerállóságra és az alacsony hőmérsékleti jellemzőkre.
A polimerek hosszú, ismétlődő molekulaláncokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik bizonyos folyadékok behatolását.A kristályos szerkezetű fémekkel ellentétben a hosszú molekulák úgy fonódnak össze egymással, mint egy szál főtt spagetti.Fizikailag nagyon kis molekulák, például víz/gőz és gázok képesek behatolni.Egyes molekulák elég kicsik ahhoz, hogy átférjenek az egyes láncok közötti réseken.
3. hiba: A hibaelemzési vizsgálat dokumentálása általában az alkatrészek képeinek beszerzésével kezdődik.A pénteken kapott lapos, rugalmas, benzinszagú műanyagdarab azonban hétfőre (a fénykép készítésének időpontjára) kemény kerek csővé változott.Az alkatrész állítólag egy polietilén (PE) csőköpeny, amelyet egy benzinkút talajszint alatti elektromos alkatrészeinek védelmére használnak.A kapott lapos rugalmas műanyag darab nem védte a kábelt.A benzin behatolása nem kémiai, hanem fizikai változásokat okozott – a polietilén cső nem bomlott le.A kevésbé lágyított csövekbe azonban be kell hatolni.
Hiba 4. Sok ipari létesítmény teflonbevonatú acélcsöveket használ vízkezelésre, savas kezelésre, és ahol a fémszennyeződések jelenléte kizárt (például az élelmiszeriparban).A teflon bevonatú csövek szellőzőnyílásokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a víz beszivárgását az acél és a bélés közötti gyűrű alakú térbe.A bélelt csövek azonban hosszabb használat után is eltarthatók.
A 4. ábra egy teflon bélésű csövet mutat be, amelyet több mint tíz éve használnak HCl ellátására.A bélés és az acélcső közötti gyűrű alakú térben nagy mennyiségű acélkorróziós termék halmozódik fel.A termék befelé nyomta a bélést, ami az 5. ábrán látható károsodást okozta. Az acél korróziója addig tart, amíg a cső el nem kezd szivárogni.
Ezenkívül a teflon karima felületén kúszás lép fel.A kúszást állandó terhelés melletti alakváltozásként (deformációként) határozzuk meg.A fémekhez hasonlóan a polimerek kúszása a hőmérséklet emelkedésével nő.Az acéllal ellentétben azonban a kúszás szobahőmérsékleten történik.Valószínűleg, mivel a karima felületének keresztmetszete csökken, az acélcső csavarjait túlhúzzák, amíg a gyűrűrepedés meg nem jelenik, a képen látható.A kör alakú repedések tovább teszik ki az acélcsövet HCl hatásának.
5. hiba: A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) béléseket általában az olaj- és gáziparban használják korrodált acél vízbefecskendező vezetékek javítására.Vannak azonban speciális szabályozási követelmények a béléscső nyomáscsökkentésére.A 6. és 7. ábrán egy meghibásodott bélés látható.Egyetlen szelepbetét megsérül, ha a gyűrűs nyomás meghaladja a belső üzemi nyomást – a bélés meghibásodik a behatolás miatt.HDPE béléseknél a legjobb módja ennek a meghibásodásnak az, ha elkerüljük a cső gyors nyomáscsökkenését.
Az üvegszálas alkatrészek szilárdsága az ismételt használat során csökken.Idővel több réteg leválhat és megrepedhet.Az API 15 HR „High Pressure Glass Linear Pipe” olyan kijelentést tartalmaz, hogy 20%-os nyomásváltozás a vizsgálati és javítási határ.A CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems kanadai szabvány 13.1.2.8 szakasza előírja, hogy a nyomásingadozásokat a csőgyártó nyomásértékének 20%-a alatt kell tartani.Ellenkező esetben a tervezési nyomás akár 50%-kal is csökkenhet.FRP és FRP burkolattal történő tervezésénél figyelembe kell venni a ciklikus terheléseket.
6. hiba: A sós víz ellátására használt üvegszálas (FRP) cső alsó (6 órás) oldalát nagy sűrűségű polietilén borítja.A meghibásodott alkatrészt, a meghibásodás utáni jó részt és a harmadik alkatrészt (amely a gyártás utáni alkatrészt képviseli) teszteltük.Különösen a meghibásodott szakasz keresztmetszetét hasonlították össze egy azonos méretű előregyártott cső keresztmetszetével (lásd 8. és 9. ábra).Vegye figyelembe, hogy a meghibásodott keresztmetszet kiterjedt intralamináris repedésekkel rendelkezik, amelyek nincsenek jelen a gyártott csőben.Az új és a meghibásodott csövekben is leválás történt.A magas üvegtartalmú üvegszálban gyakori a rétegvesztés;A magas üvegtartalom nagyobb szilárdságot biztosít.A csővezeték erős nyomásingadozásoknak volt kitéve (több mint 20%), és ciklikus terhelés miatt meghibásodott.
9. ábra Itt látható még két keresztmetszet a kész üvegszálról egy nagy sűrűségű polietilénnel bélelt üvegszálas csőben.
A helyszíni telepítés során kisebb csőszakaszokat csatlakoztatnak – ezek a csatlakozások kritikusak.Általában két csődarabot összeillesztenek, és a csövek közötti rést „gittel” töltik ki.A hézagokat ezután több réteg széles szélességű üvegszál erősítéssel csomagolják be, és gyantával impregnálják.A hézag külső felületének megfelelő acélbevonattal kell rendelkeznie.
A nem fémes anyagok, például a bélés és az üvegszál viszkoelasztikusak.Bár ezt a jellemzőt nehéz megmagyarázni, megnyilvánulásai gyakoriak: a sérülések általában a telepítés során keletkeznek, de a szivárgás nem azonnal következik be.„A viszkoelaszticitás egy olyan anyag tulajdonsága, amely deformálva viszkózus és rugalmas tulajdonságokat is mutat.A viszkózus anyagok (például a méz) ellenállnak a nyírási áramlásnak, és feszültség hatására idővel lineárisan deformálódnak.Az elasztikus anyagok (például az acél) azonnal deformálódnak, de gyorsan vissza is térnek eredeti állapotukba a feszültség megszüntetése után.A viszkoelasztikus anyagok mindkét tulajdonsággal rendelkeznek, ezért időben változó alakváltozást mutatnak.A rugalmasság jellemzően a rendezett szilárd anyagok kristályos síkjai mentén húzódó kötések, míg a viszkozitás az atomok vagy molekulák amorf anyagon belüli diffúziójából adódik [4].
Az üvegszálas és műanyag alkatrészek különös gondosságot igényelnek a beszerelés és kezelés során.Ellenkező esetben megrepedhetnek, és a sérülések csak a hidrosztatikai vizsgálat után válnak nyilvánvalóvá.
Az üvegszálas burkolatok legtöbb meghibásodása a beépítés során bekövetkezett sérülések miatt következik be [5].Hidrosztatikai vizsgálat szükséges, de nem észleli a használat során esetlegesen előforduló kisebb sérüléseket.
10. ábra Itt látható az üvegszálas csőszegmensek közötti belső (bal) és külső (jobb) interfész.
7. hiba. A 10. ábra két üvegszálas csőszakasz csatlakozását mutatja.A 11. ábra a csatlakozás keresztmetszetét mutatja.A cső külső felülete nem volt kellően megerősítve és tömített, a cső szállítás közben eltört.A kötések megerősítésére vonatkozó ajánlásokat a DIN 16966, a CSA Z662 és az ASME NM.2 szabvány tartalmazza.
A nagy sűrűségű polietilén csövek könnyűek, korrózióállóak, és gyakran használják gáz- és vízvezetékekhez, beleértve a gyártelepeken lévő tűzoltó tömlőket is.Ezeken a vonalakon a legtöbb meghibásodás az ásatási munkák során keletkezett sérülésekhez kapcsolódik [6].A lassú repedésnövekedés (SCG) meghibásodása azonban viszonylag kis feszültségek és minimális nyúlás esetén is előfordulhat.A jelentések szerint „Az SCG egy gyakori meghibásodási mód a föld alatti polietilén (PE) csővezetékekben 50 éves tervezési élettartammal” [7].
8. hiba: SCG keletkezett a tűzoltótömlőben több mint 20 éves használat után.Törése a következő jellemzőkkel rendelkezik:
Az SCG meghibásodását törési mintázat jellemzi: minimális a deformációja, és több koncentrikus gyűrű miatt következik be.Amint az SCG terület körülbelül 2 x 1,5 hüvelykre nő, a repedés gyorsan terjed, és a makroszkopikus jellemzők kevésbé nyilvánvalóak (12-14. ábra).A vonal hetente több mint 10%-os terhelésváltozást tapasztalhat.Beszámoltak arról, hogy a régi HDPE kötések jobban ellenállnak a terhelés ingadozása miatti tönkremenetelnek, mint a régi HDPE kötések [8].A meglévő létesítményeknek azonban fontolóra kell venniük az SCG fejlesztését, ahogy a HDPE tűzoltó tömlők elöregednek.
12. ábra. Ez a fénykép azt mutatja, hol metszi a T-ágat a főcsővel, létrehozva a piros nyíllal jelzett repedést.
Rizs.14. Itt közelről látható a T-alakú ág törési felülete a fő T-alakú csőhöz.Nyilvánvaló repedések vannak a belső felületen.
Az Intermediate Bulk Container (IBC) kis mennyiségű vegyi anyag tárolására és szállítására alkalmas (15. ábra).Annyira megbízhatóak, hogy könnyű elfelejteni, hogy meghibásodásuk jelentős veszélyt jelenthet.Az MDS-kudarcok azonban jelentős anyagi veszteségekkel járhatnak, amelyek egy részét a szerzők megvizsgálják.A legtöbb hibát a nem megfelelő kezelés okozza [9-11].Bár az IBC ellenőrzése egyszerűnek tűnik, a HDPE-ben a helytelen kezelés miatti repedéseket nehéz észlelni.A veszélyes termékeket tartalmazó ömlesztett konténereket gyakran kezelő cégek vagyonkezelői számára a rendszeres és alapos külső és belső ellenőrzés kötelező.az Egyesült Államokban.
Az ultraibolya (UV) károsodások és öregedés jellemző a polimerekben.Ez azt jelenti, hogy gondosan be kell tartanunk az O-gyűrű tárolására vonatkozó utasításokat, és figyelembe kell venni a külső alkatrészek, például a nyitott tetejű tartályok és a tóburkolatok élettartamára gyakorolt hatását.Miközben optimalizálnunk kell (minimalizálnunk) a karbantartási költségkeretet, szükség van a külső alkatrészek bizonyos ellenőrzésére, különösen a napfénynek kitetteknél (16. ábra).
A műanyag és elasztomer alkatrészek teljesítményjellemzőit olyan jellemzők határozzák meg, mint az üvegesedési hőmérséklet, a kompressziós szett, az áthatolás, a szobahőmérsékletű kúszás, a viszkoelaszticitás, a repedés lassú terjedése stb.A kritikus komponensek hatékony és eredményes karbantartása érdekében ezeket a tulajdonságokat figyelembe kell venni, és a polimereknek ismerniük kell ezeket a tulajdonságokat.
A szerzők szeretnének köszönetet mondani a hozzáértő ügyfeleknek és kollégáknak, hogy megosztották eredményeiket az iparággal.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. kiadás, Thomas Press International, London, Egyesült Királyság, 1992.
2. Internetes forrás: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., A hőmérséklet és az O-gyűrű felületkezelésének hatása a Viton V747-75 tömítőképességére.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Bevált gyakorlatok a kanadai olaj- és gáztermelőknek (CAPP), „Megerősített kompozit (nem fémes) csővezeték használata”, 2017. április.
6. Maupin J. és Mamun M. Műanyag cső meghibásodása, kockázat- és veszélyelemzése, DOT 194. sz. projekt, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi és 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. és Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Technical Report for the Plastic Pipe Association, 2012. május.
9. CBA/SIA Guidelines for the Storage of Liquids in Intermediate Bulk Containers, ICB 2. szám, 2018. október 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, közzétéve: Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, közzétéve a blog.containerexchanger.com oldalon, 2018. szeptember 15.
Ana Benz az IRISNDT főmérnöke (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; E-mail: [email protected]).24 évig korróziós, meghibásodási és vizsgálati szakemberként dolgozott.Tapasztalatai közé tartozik a fejlett ellenőrzési technikák alkalmazásával végzett vizsgálatok és az üzemellenőrzési programok szervezése.A Mercedes-Benz világszerte szolgálja ki a vegyipari feldolgozóipart, petrolkémiai üzemeket, műtrágya- és nikkelgyárakat, valamint olaj- és gázgyártó üzemeket.Anyagmérnöki diplomát szerzett a venezuelai Universidad Simon Bolivar egyetemen, valamint anyagmérnöki mesterfokozatot a British Columbia Egyetemen.Számos Canadian General Standards Board (CGSB) roncsolásmentes vizsgálati tanúsítvánnyal rendelkezik, valamint API 510 tanúsítvánnyal és CWB Group 3. szintű tanúsítvánnyal.Benz 15 évig volt a NACE Edmonton Executive Branch tagja, és korábban az Edmonton Branch Canadian Welding Society-nél töltött be különböző pozíciókat.
A NINGBO BODI SEALS CO., LTD MINDEN FÉLETET GYÁRTFFKM ORING,FKM ORING KÉSZLETEK,
ÜDVÖZÖLJÜK A KAPCSOLATOT ITT , KÖSZÖNJÜK !
Feladás időpontja: 2023.11.18