Denne illustrerte veiledningen viser noen vanlige problemer som kan oppstå med polymer- og elastomere materialer som er forskjellige fra de som oppstår med metalltetninger og -komponenter.
Svikt i polymerkomponenter (plast og elastomer) og dets konsekvenser kan være like alvorlig som svikt i metallutstyr.Informasjonen som presenteres beskriver noen av egenskapene som påvirker polymerkomponenter til utstyr som brukes i industrianlegg.Denne informasjonen gjelder noen arvO-ringer, foret rør, fiberarmert plast (FRP) og foret rør.Eksempler på egenskaper som penetrasjon, glasstemperatur og viskoelastisitet og deres implikasjoner diskuteres.
Den 28. januar 1986 sjokkerte romfergekatastrofen Challenger verden.Eksplosjonen skjedde fordi O-ringen ikke tettet ordentlig.
Feilene beskrevet i denne artikkelen introduserer noen av egenskapene til ikke-metalliske feil som påvirker utstyr som brukes i industrielle applikasjoner.For hvert tilfelle diskuteres viktige polymeregenskaper.
Elastomerer har en glassovergangstemperatur, som er definert som "temperaturen der et amorft materiale, som glass eller polymer, endres fra en sprø glassaktig tilstand til en duktil tilstand" [1].
Elastomerer har kompresjonssett - "definert som prosentandelen av belastningen som en elastomer ikke kan gjenopprette etter en bestemt tidsperiode ved en gitt ekstrudering og temperatur" [2].Ifølge forfatteren refererer kompresjon til gummiens evne til å gå tilbake til sin opprinnelige form.I mange tilfeller blir kompresjonsgevinsten oppveid av en viss utvidelse som oppstår under bruk.Men som eksemplet nedenfor viser, er dette ikke alltid tilfelle.
Feil 1: Lav omgivelsestemperatur (36 °F) før oppskyting resulterte i utilstrekkelig Viton O-ringer på romfergen Challenger.Som nevnt i ulike ulykkesundersøkelser: "Ved temperaturer under 50°F er Viton V747-75 O-ringen ikke fleksibel nok til å spore åpningen av testgapet" [3].Glassovergangstemperaturen gjør at Challenger O-ring ikke klarer å tette ordentlig.
Oppgave 2: Pakningene vist i figur 1 og 2 er primært utsatt for vann og damp.Tetningene ble satt sammen på stedet ved bruk av etylen-propylen-dienmonomer (EPDM).Imidlertid tester de fluorelastomerer (FKM) som Viton) og perfluoroelastomerer (FFKM) som Kalrez O-ringer.Selv om størrelsene varierer, starter alle O-ringene vist i figur 2 med samme størrelse:
Hva har skjedd?Bruk av damp kan være et problem for elastomerer.For dampapplikasjoner over 250°F, må ekspansjons- og sammentrekningsdeformasjoner FKM og FFKM tas med i betraktningene i pakningsdesignberegninger.Ulike elastomerer har visse fordeler og ulemper, selv de som har høy kjemisk motstand.Eventuelle endringer krever nøye vedlikehold.
Generelle merknader om elastomerer.Generelt er bruken av elastomerer ved temperaturer over 250 °F og under 35 °F spesialisert og kan kreve designerinnspill.
Det er viktig å bestemme elastomersammensetningen som brukes.Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR) kan skille mellom betydelig forskjellige typer elastomerer, slik som EPDM, FKM og FFKM nevnt ovenfor.Imidlertid kan det være utfordrende å teste for å skille en FKM-forbindelse fra en annen.O-ringer laget av forskjellige produsenter kan ha forskjellige fyllstoffer, vulkaniseringer og behandlinger.Alt dette har en betydelig innvirkning på kompresjonssett, kjemisk motstand og lavtemperaturegenskaper.
Polymerer har lange, repeterende molekylkjeder som lar visse væsker penetrere dem.I motsetning til metaller, som har en krystallinsk struktur, fletter lange molekyler seg sammen med hverandre som en tråd av kokt spaghetti.Fysisk kan svært små molekyler som vann/damp og gasser trenge inn.Noen molekyler er små nok til å passe gjennom hullene mellom individuelle kjeder.
Feil 3: Vanligvis begynner dokumentasjon av en feilanalyseundersøkelse med å skaffe bilder av delene.Imidlertid hadde den flate, fleksible, bensinluktende plastbiten som ble mottatt fredag, blitt til et hardt rundt rør innen mandag (tidspunktet bildet ble tatt).Komponenten er angivelig en polyetylen (PE) rørkappe som brukes til å beskytte elektriske komponenter under bakkenivå på en bensinstasjon.Den flate fleksible plastbiten du mottok beskyttet ikke kabelen.Inntrengningen av bensin forårsaket fysiske, ikke kjemiske endringer - polyetylenrøret ble ikke dekomponert.Det er imidlertid nødvendig å trenge gjennom mindre myknede rør.
Feil 4. Mange industrianlegg bruker teflonbelagte stålrør til vannbehandling, syrebehandling og hvor forekomst av metallforurensninger er utelukket (for eksempel i næringsmiddelindustrien).Teflonbelagte rør har ventiler som gjør at vann som siver inn i det ringformede rommet mellom stålet og foringen kan renne bort.Forede rør har imidlertid holdbarhet etter langvarig bruk.
Figur 4 viser et teflonforet rør som har blitt brukt til å tilføre HCl i over ti år.En stor mengde stålkorrosjonsprodukter samler seg i det ringformede rommet mellom foringen og stålrøret.Produktet presset foringen innover, og forårsaket skade som vist i figur 5. Korrosjon av stålet fortsetter til røret begynner å lekke.
I tillegg oppstår kryp på teflonflensoverflaten.Kryp er definert som deformasjon (deformasjon) under konstant belastning.Som med metaller, øker krypingen av polymerer med økende temperatur.Imidlertid, i motsetning til stål, skjer kryp ved romtemperatur.Mest sannsynlig, når tverrsnittet av flensoverflaten minker, blir boltene på stålrøret overstrammet til ringsprekken vises, vist på bildet.Sirkulære sprekker utsetter stålrøret ytterligere for HCl.
Feil 5: Foringer av polyetylen med høy tetthet (HDPE) brukes ofte i olje- og gassindustrien for å reparere korroderte vanninjeksjonslinjer av stål.Det er imidlertid spesifikke forskriftskrav for trykkavlastning i foringen.Figurene 6 og 7 viser en defekt foring.Skade på en enkelt ventilforing oppstår når ringromstrykket overstiger det interne driftstrykket - foringen svikter på grunn av penetrering.For HDPE-foringer er den beste måten å forhindre denne feilen på å unngå rask trykkavlastning av røret.
Styrken til glassfiberdeler avtar ved gjentatt bruk.Flere lag kan delaminere og sprekke over tid.API 15 HR "High Pressure Fiberglass Linear Pipe" inneholder en erklæring om at en 20 % endring i trykk er test- og reparasjonsgrensen.Seksjon 13.1.2.8 i kanadisk standard CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, spesifiserer at trykksvingninger må holdes under 20 % av rørprodusentens trykkklassifisering.Ellers kan konstruksjonstrykket reduseres med opptil 50 %.Ved prosjektering av FRP og FRP med kledning skal det tas hensyn til sykliske laster.
Feil 6: Bunnsiden (kl. 18.00) av glassfiberrøret (FRP) som brukes til å levere saltvann er dekket med polyetylen med høy tetthet.Den mislykkede delen, den gode delen etter feilen og den tredje komponenten (som representerer komponenten etter produksjon) ble testet.Spesielt ble tverrsnittet til den mislykkede seksjonen sammenlignet med tverrsnittet til et prefabrikkert rør av samme størrelse (se figur 8 og 9).Merk at det mislykkede tverrsnittet har omfattende intralaminære sprekker som ikke er tilstede i det fremstilte røret.Delaminering skjedde i både nye og mislykkede rør.Delaminering er vanlig i glassfiber med høyt glassinnhold;Høyt glassinnhold gir større styrke.Rørledningen var utsatt for store trykksvingninger (mer enn 20%) og sviktet på grunn av syklisk belastning.
Figur 9. Her er ytterligere to tverrsnitt av ferdig glassfiber i et polyetylenforet glassfiberrør med høy tetthet.
Under installasjon på stedet kobles mindre rørseksjoner – disse koblingene er kritiske.Vanligvis er to rørstykker slått sammen og gapet mellom rørene er fylt med "kitt."Skjøtene pakkes deretter inn i flere lag med bred glassfiberarmering og impregneres med harpiks.Skjøtens ytre overflate må ha tilstrekkelig stålbelegg.
Ikke-metalliske materialer som foringer og glassfiber er viskoelastiske.Selv om denne egenskapen er vanskelig å forklare, er dens manifestasjoner vanlige: skade oppstår vanligvis under installasjonen, men lekkasje oppstår ikke umiddelbart."Viskoelastisitet er en egenskap ved et materiale som viser både viskøse og elastiske egenskaper når det deformeres.Viskøse materialer (som honning) motstår skjærflyt og deformeres lineært over tid når stress påføres.Elastiske materialer (som stål) vil deformeres umiddelbart, men også raskt gå tilbake til sin opprinnelige tilstand etter at spenningen er fjernet.Viskoelastiske materialer har begge egenskaper og viser derfor tidsvarierende deformasjoner.Elastisitet skyldes vanligvis strekking av bindinger langs krystallinske plan i ordnede faste stoffer, mens viskositet er et resultat av diffusjon av atomer eller molekyler i et amorft materiale ” [4].
Glassfiber- og plastkomponenter krever spesiell forsiktighet under installasjon og håndtering.Ellers kan de sprekke og skade kan ikke bli synlig før lenge etter hydrostatisk testing.
De fleste feil på glassfiberforinger oppstår på grunn av skade under installasjonen [5].Hydrostatisk testing er nødvendig, men oppdager ikke mindre skader som kan oppstå under bruk.
Figur 10. Her vises de indre (venstre) og ytre (høyre) grensesnittene mellom glassfiberrørsegmenter.
Defekt 7. Figur 10 viser tilkobling av to seksjoner av glassfiberrør.Figur 11 viser tverrsnittet av forbindelsen.Den ytre overflaten av røret var ikke tilstrekkelig forsterket og forseglet, og røret gikk i stykker under transport.Anbefalinger for forsterkning av fuger er gitt i DIN 16966, CSA Z662 og ASME NM.2.
Polyetylenrør med høy tetthet er lette, korrosjonsbestandige og brukes ofte til gass- og vannrør, inkludert brannslanger på fabrikkanlegg.De fleste feil på disse linjene er knyttet til skader mottatt under gravearbeid [6].Imidlertid kan langsom sprekkvekst (SCG) svikt også forekomme ved relativt lave spenninger og minimale tøyninger.Ifølge rapporter er "SCG en vanlig feilmodus i underjordiske polyetylen (PE) rørledninger med en designlevetid på 50 år" [7].
Feil 8: SCG har dannet seg i brannslangen etter mer enn 20 års bruk.Bruddet har følgende egenskaper:
SCG-svikt er preget av et bruddmønster: det har minimal deformasjon og oppstår på grunn av flere konsentriske ringer.Når SCG-området øker til omtrent 2 x 1,5 tommer, forplanter sprekken seg raskt og makroskopiske trekk blir mindre tydelige (Figur 12-14).Linjen kan oppleve lastendringer på mer enn 10 % hver uke.Gamle HDPE-skjøter er rapportert å være mer motstandsdyktige mot svikt på grunn av belastningssvingninger enn gamle HDPE-skjøter [8].Imidlertid bør eksisterende anlegg vurdere å utvikle SCG ettersom HDPE brannslanger eldes.
Figur 12. Dette bildet viser hvor T-grenen skjærer med hovedrøret, og skaper sprekken indikert med den røde pilen.
Ris.14. Her kan du se på nært hold av bruddflaten til den T-formede grenen til det T-formede hovedrøret.Det er tydelige sprekker på den indre overflaten.
Intermediate Bulk Containers (IBC) er egnet for lagring og transport av små mengder kjemikalier (Figur 15).De er så pålitelige at det er lett å glemme at feilen deres kan utgjøre en betydelig fare.Imidlertid kan MDS-feil resultere i betydelige økonomiske tap, hvorav noen er undersøkt av forfatterne.De fleste feil er forårsaket av feil håndtering [9-11].Selv om IBC virker enkelt å inspisere, er sprekker i HDPE forårsaket av feil håndtering vanskelig å oppdage.For kapitalforvaltere i selskaper som ofte håndterer bulkcontainere som inneholder farlige produkter, er regelmessige og grundige eksterne og interne inspeksjoner obligatorisk.i USA.
Ultrafiolett (UV) skade og aldring er utbredt i polymerer.Dette betyr at vi nøye må følge instruksjonene for oppbevaring av O-ringer og vurdere innvirkningen på levetiden til eksterne komponenter som tanker med åpen topp og damforinger.Selv om vi må optimalisere (minimere) vedlikeholdsbudsjettet, er det nødvendig med en viss inspeksjon av eksterne komponenter, spesielt de som er utsatt for sollys (Figur 16).
Egenskaper som glassovergangstemperatur, kompresjonssett, penetrasjon, romtemperaturkrypning, viskoelastisitet, langsom sprekkforplantning osv. bestemmer ytelsesegenskapene til plast- og elastomere deler.For å sikre effektivt og effektivt vedlikehold av kritiske komponenter må disse egenskapene tas i betraktning, og polymerer må være oppmerksomme på disse egenskapene.
Forfatterne vil gjerne takke innsiktsfulle kunder og kolleger for å dele sine funn med bransjen.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12. utgave, Thomas Press International, London, Storbritannia, 1992.
2. Internettkilde: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Effekt av temperatur og O-ringoverflatebehandling på forseglingsevnen til Viton V747-75.NASA Technical Paper 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Beste praksis for kanadiske olje- og gassprodusenter (CAPP), «Using Reinforced Composite (Non-Metallic) Pipeline», april 2017.
6. Maupin J. og Mamun M. Failure, Risk and Hazard Analysis of Plastic Pipe, DOT Project No. 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 av Plastic Pipe Association, mai 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, publisert i Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, publisert på blog.containerexchanger.com, 15. september 2018.
Ana Benz er Chief Engineer ved IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Telefon: 780-577-4481; E-post: [email protected]).Hun jobbet som korrosjons-, svikt- og inspeksjonsspesialist i 24 år.Hennes erfaring inkluderer å gjennomføre inspeksjoner ved bruk av avanserte inspeksjonsteknikker og organisering av anleggsinspeksjonsprogrammer.Mercedes-Benz betjener kjemisk prosessindustri, petrokjemiske anlegg, gjødselanlegg og nikkelanlegg over hele verden, samt olje- og gassproduksjonsanlegg.Hun tok en grad i materialteknikk fra Universidad Simon Bolivar i Venezuela og en mastergrad i materialteknikk fra University of British Columbia.Hun har flere canadian General Standards Board (CGSB) ikke-destruktive testsertifiseringer, samt API 510-sertifisering og CWB Group Level 3-sertifisering.Benz var medlem av NACE Edmonton Executive Branch i 15 år og fungerte tidligere i forskjellige stillinger i Edmonton Branch Canadian Welding Society.
NINGBO BODI SEALS CO.,LTD PRODUSERT ALLE SLAGSFFKM ORING,FKM ORINGSETT ,
VELKOMMEN TIL Å KONTAKTE OSS HER, TAKK!
Innleggstid: 18. november 2023