Hierdie geïllustreerde gids toon 'n paar algemene probleme wat kan voorkom met polimeer en elastomere materiale wat verskil van dié wat met metaal seëls en komponente voorkom.
Die mislukking van polimeer (plastiek en elastomere) komponente en die gevolge daarvan kan so ernstig wees soos die mislukking van metaaltoerusting.Die inligting wat aangebied word, beskryf sommige van die eienskappe wat polimeerkomponente van toerusting wat in industriële fasiliteite gebruik word, beïnvloed.Hierdie inligting is van toepassing op een of ander nalatenskapO-ringe, gevoerde pyp, veselversterkte plastiek (FRP) en gevoerde pyp.Voorbeelde van eienskappe soos penetrasie, glastemperatuur en viskoelastisiteit en die implikasies daarvan word bespreek.
Op 28 Januarie 1986 het die Challenger-ruimtependeltuig-ramp die wêreld geskok.Die ontploffing het plaasgevind omdat die O-ring nie behoorlik verseël het nie.
Die foute wat in hierdie artikel beskryf word, stel sommige van die kenmerke van nie-metaalfoute bekend wat toerusting wat in industriële toepassings gebruik word, raak.Vir elke geval word belangrike polimeer eienskappe bespreek.
Elastomere het 'n glasoorgangstemperatuur, wat gedefinieer word as "die temperatuur waarteen 'n amorfe materiaal, soos glas of polimeer, van 'n bros glasagtige toestand na 'n rekbare toestand verander" [1].
Elastomere het 'n kompressiestel - "gedefinieer as die persentasie spanning wat 'n elastomeer nie kan herstel na 'n vasgestelde tydperk by 'n gegewe ekstrusie en temperatuur nie" [2].Volgens die skrywer verwys kompressie na die vermoë van rubber om terug te keer na sy oorspronklike vorm.In baie gevalle word die kompressiewins geneutraliseer deur 'n mate van uitbreiding wat tydens gebruik plaasvind.Soos die voorbeeld hieronder toon, is dit egter nie altyd die geval nie.
Fout 1: Lae omgewingstemperatuur (36°F) voor lansering het gelei tot onvoldoende Viton O-ringe op die Space Shuttle Challenger.Soos in verskeie ongelukondersoeke gesê: "By temperature onder 50°F is die Viton V747-75 O-ring nie buigsaam genoeg om die opening van die toetsgaping te volg nie" [3].Die glasoorgangstemperatuur veroorsaak dat die Challenger O-ring nie behoorlik seël nie.
Probleem 2: Die seëls wat in Figure 1 en 2 getoon word, word hoofsaaklik aan water en stoom blootgestel.Die seëls is op die perseel saamgestel met etileenpropileendieenmonomeer (EPDM).Hulle toets egter fluorelastomere (FKM) soos Viton) en perfluoroelastomeer (FFKM) soos Kalrez O-ringe.Alhoewel groottes verskil, begin alle O-ringe wat in Figuur 2 getoon word dieselfde grootte:
Wat het gebeur?Die gebruik van stoom kan 'n probleem vir elastomere wees.Vir stoomtoedienings bo 250°F, moet uitsetting en inkrimping vervormings FKM en FFKM in ag geneem word in verpakking ontwerp berekeninge.Verskillende elastomere het sekere voordele en nadele, selfs dié wat hoë chemiese weerstand het.Enige veranderinge vereis noukeurige instandhouding.
Algemene notas oor elastomere.Oor die algemeen is die gebruik van elastomere by temperature bo 250°F en onder 35°F gespesialiseerd en kan ontwerperinsette vereis.
Dit is belangrik om die elastomere samestelling wat gebruik word, te bepaal.Fourier transform infrarooi spektroskopie (FTIR) kan onderskei tussen betekenisvol verskillende tipes elastomere, soos EPDM, FKM en FFKM hierbo genoem.Toetsing om een FKM-verbinding van 'n ander te onderskei, kan egter uitdagend wees.O-ringe wat deur verskillende vervaardigers gemaak word, kan verskillende vullers, vulkaniserings en behandelings hê.Dit alles het 'n beduidende impak op kompressiestel, chemiese weerstand en lae-temperatuur eienskappe.
Polimere het lang, herhalende molekulêre kettings wat sekere vloeistowwe toelaat om hulle binne te dring.Anders as metale, wat 'n kristallyne struktuur het, vervleg lang molekules soos 'n string gekookte spaghetti met mekaar.Fisies kan baie klein molekules soos water/stoom en gasse binnedring.Sommige molekules is klein genoeg om deur die gapings tussen individuele kettings te pas.
Mislukking 3: Tipies begin die dokumentasie van 'n mislukkingsanalise-ondersoek met die verkryging van beelde van die dele.Die plat, buigsame, petrolruikende stuk plastiek wat Vrydag ontvang is, het egter teen Maandag (die tyd dat die foto geneem is) in 'n harde ronde pyp verander.Die komponent is glo 'n poliëtileen (PE) pypmantel wat gebruik word om elektriese komponente onder grondvlak by 'n vulstasie te beskerm.Die plat buigsame plastiekstuk wat jy ontvang het, het nie die kabel beskerm nie.Die penetrasie van petrol het fisiese, nie chemiese veranderinge veroorsaak nie - die poliëtileenpyp het nie ontbind nie.Dit is egter nodig om minder versagte pype binne te dring.
Fout 4. Baie industriële fasiliteite gebruik Teflon-bedekte staalpype vir waterbehandeling, suurbehandeling en waar die teenwoordigheid van metaalbesoedeling uitgesluit is (byvoorbeeld in die voedselindustrie).Teflon-bedekte pype het vents wat toelaat dat water in die ringvormige spasie tussen die staal en die voering insypel om weg te dreineer.Gevoerde pype het egter 'n raklewe na langdurige gebruik.
Figuur 4 toon 'n Teflon-gevoerde pyp wat vir meer as tien jaar gebruik word om HCl te voorsien.'n Groot hoeveelheid staalkorrosieprodukte versamel in die ringvormige spasie tussen die voering en die staalpyp.Die produk het die voering na binne gedruk en skade veroorsaak soos in Figuur 5 getoon. Roes van die staal duur voort totdat die pyp begin lek.
Boonop vind kruip op die Teflon-flensoppervlak plaas.Kruip word gedefinieer as vervorming (vervorming) onder konstante las.Soos met metale, neem die kruip van polimere toe met toenemende temperatuur.In teenstelling met staal vind kruip egter by kamertemperatuur plaas.Heel waarskynlik, namate die deursnee van die flensoppervlak afneem, word die boute van die staalpyp te styf gedraai totdat die ringkraak verskyn, soos op die foto getoon.Sirkelvormige krake stel die staalpyp verder bloot aan HCl.
Mislukking 5: Hoëdigtheid poliëtileen (HDPE) voerings word algemeen in die olie- en gasbedryf gebruik om geroeste staalwaterinspuitlyne te herstel.Daar is egter spesifieke regulatoriese vereistes vir voeringdrukverligting.Figure 6 en 7 toon 'n mislukte voering.Skade aan 'n enkele klepvoering vind plaas wanneer die annulusdruk die interne bedryfsdruk oorskry – die voering faal as gevolg van penetrasie.Vir HDPE-voerings is die beste manier om hierdie mislukking te voorkom om vinnige drukverlaging van die pyp te vermy.
Die sterkte van veselglasonderdele neem af met herhaalde gebruik.Verskeie lae kan mettertyd delamineer en kraak.API 15 HR "High Pressure Fiberglass Linear Pipe" bevat 'n stelling dat 'n 20% verandering in druk die toets- en herstellimiet is.Afdeling 13.1.2.8 van die Kanadese Standaard CSA Z662, Petroleum and Gas Pipeline Systems, spesifiseer dat drukskommelings onder 20% van die pypvervaardiger se drukgradering gehandhaaf moet word.Andersins kan die ontwerpdruk met tot 50% verminder word.By die ontwerp van FRP en FRP met bekleding moet sikliese ladings in ag geneem word.
Fout 6: Die onderkant (6 uur) van die veselglas (FRP) pyp wat gebruik word om soutwater te voorsien, is bedek met hoëdigtheid poliëtileen.Die mislukte deel, die goeie deel na mislukking en die derde komponent (wat die na-vervaardigingskomponent verteenwoordig) is getoets.In die besonder is die deursnee van die mislukte snit vergelyk met die deursnee van 'n voorafvervaardigde pyp van dieselfde grootte (sien Figuur 8 en 9).Let daarop dat die mislukte deursnee uitgebreide intralaminêre krake het wat nie in die vervaardigde pyp teenwoordig is nie.Delaminering het plaasgevind in beide nuwe en mislukte pype.Delaminering is algemeen in veselglas met 'n hoë glasinhoud;Hoë glasinhoud gee groter sterkte.Die pyplyn was onderhewig aan erge drukskommelings (meer as 20%) en het misluk as gevolg van sikliese belading.
Figuur 9. Hier is nog twee deursnee van voltooide veselglas in 'n hoëdigtheid poliëtileen-gevoerde veselglaspyp.
Tydens installasie op die perseel word kleiner gedeeltes van die pyp verbind – hierdie verbindings is van kritieke belang.Tipies word twee stukke pyp aanmekaar gestamp en die gaping tussen die pype word met "stopverf" gevul.Die voege word dan in verskeie lae breë veselglas versterking toegedraai en met hars geïmpregneer.Die buitenste oppervlak van die voeg moet voldoende staalbedekking hê.
Nie-metaalmateriaal soos voerings en veselglas is viskoelasties.Alhoewel hierdie eienskap moeilik is om te verduidelik, is die manifestasies daarvan algemeen: skade vind gewoonlik tydens installasie plaas, maar lekkasie vind nie dadelik plaas nie."Visko-elastisiteit is 'n eienskap van 'n materiaal wat beide viskose en elastiese eienskappe vertoon wanneer dit vervorm word.Viskeuse materiale (soos heuning) weerstaan skuifvloei en vervorm lineêr met verloop van tyd wanneer spanning toegepas word.Elastiese materiale (soos staal) sal onmiddellik vervorm, maar ook vinnig terugkeer na hul oorspronklike toestand nadat spanning verwyder is.Viskoelastiese materiale het beide eienskappe en vertoon dus tydveranderende vervorming.Elastisiteit is tipies die gevolg van die strek van bindings langs kristallyne vlakke in geordende vaste stowwe, terwyl viskositeit die gevolg is van die diffusie van atome of molekules binne 'n amorfe materiaal ” [4].
Veselglas- en plastiekkomponente vereis spesiale sorg tydens installasie en hantering.Andersins kan hulle kraak en skade mag eers lank na hidrostatiese toetsing sigbaar word.
Die meeste mislukkings van veselglasvoerings vind plaas as gevolg van skade tydens installasie [5].Hidrostatiese toetsing is nodig, maar bespeur nie geringe skade wat tydens gebruik mag voorkom nie.
Figuur 10. Hier word die binne- (links) en buitenste (regs) koppelvlakke tussen veselglaspypsegmente getoon.
Defek 7. Figuur 10 toon die verbinding van twee seksies veselglaspype.Figuur 11 toon die dwarssnit van die verbinding.Die buitenste oppervlak van die pyp was nie voldoende versterk en verseël nie, en die pyp het tydens vervoer gebreek.Aanbevelings vir versterking van voege word gegee in DIN 16966, CSA Z662 en ASME NM.2.
Hoëdigtheid poliëtileenpype is liggewig, korrosiebestand en word algemeen gebruik vir gas- en waterpype, insluitend brandslange op fabrieksterreine.Die meeste foute op hierdie lyne word geassosieer met skade wat tydens uitgrawings ontvang is [6].Stadige kraakgroei (SCG) mislukking kan egter ook by relatief lae spannings en minimale vervormings voorkom.Volgens berigte is "SCG 'n algemene mislukkingsmodus in ondergrondse poliëtileen (PE) pypleidings met 'n ontwerpleeftyd van 50 jaar" [7].
Fout 8: SCG het in die brandslang gevorm na meer as 20 jaar se gebruik.Sy breuk het die volgende eienskappe:
SCG-mislukking word gekenmerk deur 'n breukpatroon: dit het minimale vervorming en vind plaas as gevolg van veelvuldige konsentriese ringe.Sodra die SCG-area tot ongeveer 2 x 1,5 duim toeneem, versprei die kraak vinnig en word makroskopiese kenmerke minder duidelik (Figure 12-14).Die lyn kan elke week lasveranderinge van meer as 10% ervaar.Daar is gerapporteer dat ou HDPE-verbindings meer bestand is teen mislukking as gevolg van lasfluktuasies as ou HDPE-verbindings [8].Bestaande fasiliteite moet egter oorweeg om SCG te ontwikkel namate HDPE-brandslange verouder.
Figuur 12. Hierdie foto wys waar die T-tak met die hoofpyp sny, wat die kraak skep wat deur die rooi pyl aangedui word.
Rys.14. Hier kan jy van naby die breukoppervlak van die T-vormige tak na die hoof-T-vormige pyp sien.Daar is duidelike krake aan die binnekant.
Intermediêre grootmaathouers (IBC's) is geskik vir die berging en vervoer van klein hoeveelhede chemikalieë (Figuur 15).Hulle is so betroubaar dat dit maklik is om te vergeet dat hul mislukking 'n wesenlike gevaar kan inhou.MDS-mislukkings kan egter aansienlike finansiële verliese tot gevolg hê, waarvan sommige deur die skrywers ondersoek word.Die meeste mislukkings word veroorsaak deur onbehoorlike hantering [9-11].Alhoewel IBC maklik lyk om te inspekteer, is krake in HDPE wat veroorsaak word deur onbehoorlike hantering moeilik om op te spoor.Vir batebestuurders in maatskappye wat gereeld grootmaathouers hanteer wat gevaarlike produkte bevat, is gereelde en deeglike eksterne en interne inspeksies verpligtend.in die Verenigde State.
Ultraviolet (UV) skade en veroudering is algemeen in polimere.Dit beteken ons moet O-ringbergingsinstruksies noukeurig volg en die impak op die lewensduur van eksterne komponente soos oopbo-tenks en damvoerings in ag neem.Terwyl ons die instandhoudingsbegroting moet optimaliseer (minimaliseer), is 'n mate van inspeksie van eksterne komponente nodig, veral dié wat aan sonlig blootgestel is (Figuur 16).
Eienskappe soos glasoorgangstemperatuur, kompressieset, penetrasie, kamertemperatuur kruip, viskoelastisiteit, stadige kraakvoortplanting, ens. bepaal die werkverrigting-eienskappe van plastiek en elastomere dele.Om effektiewe en doeltreffende instandhouding van kritieke komponente te verseker, moet hierdie eienskappe in ag geneem word, en polimere moet bewus wees van hierdie eienskappe.
Die skrywers wil graag insiggewende kliënte en kollegas bedank vir die deel van hul bevindinge met die bedryf.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12de uitgawe, Thomas Press International, Londen, VK, 1992.
2. Internetbron: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Effek van temperatuur en O-ring-oppervlakbehandeling op die seëlvermoë van Viton V747-75.NASA Tegniese Vraestel 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Beste praktyke vir Kanadese olie- en gasprodusente (CAPP), "Gebruik van versterkte saamgestelde (nie-metaal) pyplyn," April 2017.
6. Maupin J. en Mamun M. Mislukking, risiko- en gevaarontleding van plastiekpyp, DOT-projek nr. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi en Jingyan Zheng, Meganismes van stadige kraakgroei in poliëtileen: eindige elementmetodes, 2015 ASME-drukvate en pype-konferensie, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., en Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Tegniese Verslag namens die Plastic Pipe Association, Mei 2012.
9. CBA/SIA-riglyne vir die berging van vloeistowwe in intermediêre grootmaathouers, ICB-uitgawe 2, Oktober 2018 Aanlyn: 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, Seminaar Series No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, aanlyn: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Wenke to Make Them Last, geplaas in Grootmaathouers, IBC Totes, Sustainability, geplaas op blog.containerexchanger.com, 15 September 2018.
Ana Benz is Hoofingenieur by IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telefoon: 780-577-4481; E-pos: [e-pos beskerm]).Sy het 24 jaar lank as 'n korrosie-, mislukking- en inspeksiespesialis gewerk.Haar ondervinding sluit in die uitvoer van inspeksies deur gebruik te maak van gevorderde inspeksietegnieke en die organisering van aanleginspeksieprogramme.Mercedes-Benz bedien die chemiese verwerkingsbedryf, petrochemiese aanlegte, kunsmisaanlegte en nikkelaanlegte wêreldwyd, sowel as olie- en gasproduksie-aanlegte.Sy het 'n graad in materiaalingenieurswese van Universidad Simon Bolivar in Venezuela ontvang en 'n meestersgraad in materiaalingenieurswese van die Universiteit van British Columbia.Sy het verskeie Kanadese Algemene Standaarde Raad (CGSB) nie-vernietigende toetssertifisering, sowel as API 510 sertifisering en CWB Groep Vlak 3 sertifisering.Benz was vir 15 jaar 'n lid van die NACE Edmonton Uitvoerende Tak en het voorheen in verskeie posisies by die Edmonton Branch Canadian Welding Society gedien.
NINGBO BODI SEALS CO., LTD HET ALLE SOORTE GEPRODUSEERFFKM ORING,FKM ORING KITS,
WELKOM OM ONS HIER TE KONTAK, DANKIE!
Postyd: 18 Nov 2023