Mae'r canllaw darluniadol hwn yn dangos rhai problemau cyffredin a all ddigwydd gyda deunyddiau polymer ac elastomeric sy'n wahanol i'r rhai sy'n digwydd gyda morloi a chydrannau metel.
Gall methiant cydrannau polymer (plastig ac elastomerig) a'i ganlyniadau fod mor ddifrifol â methiant offer metel.Mae'r wybodaeth a gyflwynir yn disgrifio rhai o'r priodweddau sy'n effeithio ar gydrannau polymer offer a ddefnyddir mewn cyfleusterau diwydiannol.Mae'r wybodaeth hon yn berthnasol i rai etifeddiaethO-fodrwyau, pibell wedi'i leinio, plastig wedi'i atgyfnerthu â ffibr (FRP) a phibell wedi'i leinio.Trafodir enghreifftiau o briodweddau megis treiddiad, tymheredd gwydr, a viscoelastigedd a'u goblygiadau.
Ar Ionawr 28, 1986, siociodd trychineb gwennol ofod Challenger y byd.Digwyddodd y ffrwydrad oherwydd nad oedd yr O-ring yn selio'n iawn.
Mae'r diffygion a ddisgrifir yn yr erthygl hon yn cyflwyno rhai o nodweddion diffygion anfetelaidd sy'n effeithio ar offer a ddefnyddir mewn cymwysiadau diwydiannol.Ar gyfer pob achos, trafodir priodweddau polymerau pwysig.
Mae gan elastomers dymheredd trawsnewid gwydr, a ddiffinnir fel “y tymheredd y mae deunydd amorffaidd, fel gwydr neu bolymer, yn newid o gyflwr gwydrog brau i gyflwr hydwyth” [1].
Mae gan elastomers set gywasgu - “wedi'i ddiffinio fel canran y straen na all elastomer ei adennill ar ôl cyfnod penodol o amser ar allwthiad a thymheredd penodol” [2].Yn ôl yr awdur, mae cywasgu yn cyfeirio at allu rwber i ddychwelyd i'w siâp gwreiddiol.Mewn llawer o achosion, mae'r cynnydd cywasgu yn cael ei wrthbwyso gan rywfaint o ehangu sy'n digwydd yn ystod y defnydd.Fodd bynnag, fel y dengys yr enghraifft isod, nid yw hyn bob amser yn wir.
Nam 1: Arweiniodd tymheredd amgylchynol isel (36°F) cyn ei lansio at annigonolrwydd Viton O-rings ar y Space Shuttle Challenger.Fel y nodwyd mewn amrywiol ymchwiliadau i ddamweiniau: “Ar dymheredd o dan 50 ° F, nid yw'r O-ring Viton V747-75 yn ddigon hyblyg i olrhain agoriad y bwlch prawf” [3].Mae'r tymheredd trawsnewid gwydr yn achosi i'r Challenger O-ring fethu â selio'n iawn.
Problem 2: Mae'r morloi a ddangosir yn Ffigurau 1 a 2 yn agored yn bennaf i ddŵr a stêm.Cafodd y morloi eu cydosod ar y safle gan ddefnyddio monomer ethylene propylene diene (EPDM).Fodd bynnag, maent yn profi fflworoelastomers (FKM) fel Viton) a pherfflworoelastomer (FFKM) fel Kalrez O-rings.Er bod meintiau'n amrywio, mae'r holl gylchoedd O a ddangosir yn Ffigur 2 yn cychwyn yr un maint:
Beth sydd wedi digwydd?Gall defnyddio stêm fod yn broblem i elastomers.Ar gyfer cymwysiadau stêm uwchlaw 250 ° F, rhaid ystyried anffurfiannau ehangu a chrebachu FKM a FFKM wrth gyfrifo dyluniad pacio.Mae gan wahanol elastomers rai manteision ac anfanteision, hyd yn oed y rhai sydd â gwrthiant cemegol uchel.Mae angen cynnal a chadw gofalus ar unrhyw newidiadau.
Nodiadau cyffredinol ar elastomers.Yn gyffredinol, mae defnyddio elastomers ar dymheredd uwchlaw 250 ° F ac islaw 35 ° F yn arbenigol ac efallai y bydd angen mewnbwn dylunydd.
Mae'n bwysig pennu'r cyfansoddiad elastomerig a ddefnyddir.Gall sbectrosgopeg isgoch trawsnewid Fourier (FTIR) wahaniaethu rhwng mathau sylweddol wahanol o elastomers, megis EPDM, FKM a FFKM a grybwyllir uchod.Fodd bynnag, gall profi i wahaniaethu rhwng un cyfansawdd FKM ac un arall fod yn heriol.Efallai y bydd gan gylchoedd O a wneir gan wneuthurwyr gwahanol lenwwyr, vulcanizations a thriniaethau gwahanol.Mae hyn i gyd yn cael effaith sylweddol ar set cywasgu, ymwrthedd cemegol a nodweddion tymheredd isel.
Mae gan bolymerau gadwyni moleciwlaidd hir, ailadroddus sy'n caniatáu i hylifau penodol dreiddio iddynt.Yn wahanol i fetelau, sydd â strwythur crisialog, mae moleciwlau hir yn cydblethu â'i gilydd fel llinyn o sbageti wedi'i goginio.Yn gorfforol, gall moleciwlau bach iawn fel dŵr/stêm a nwyon dreiddio.Mae rhai moleciwlau yn ddigon bach i ffitio drwy'r bylchau rhwng cadwyni unigol.
Methiant 3: Yn nodweddiadol, mae dogfennu ymchwiliad dadansoddi methiant yn dechrau gyda chael delweddau o'r rhannau.Fodd bynnag, roedd y darn fflat, hyblyg, o blastig sy'n arogli gasoline a dderbyniwyd ddydd Gwener wedi troi'n bibell gron galed erbyn dydd Llun (yr amser y tynnwyd y llun).Dywedir mai siaced bibell polyethylen (PE) yw'r gydran a ddefnyddir i amddiffyn cydrannau trydanol o dan lefel y ddaear mewn gorsaf nwy.Nid oedd y darn plastig hyblyg gwastad a gawsoch yn amddiffyn y cebl.Achosodd treiddiad gasoline newidiadau ffisegol, nid cemegol - ni ddadelfennu'r bibell polyethylen.Fodd bynnag, mae angen treiddio pibellau llai meddalu.
Nam 4. Mae llawer o gyfleusterau diwydiannol yn defnyddio pibellau dur wedi'u gorchuddio â Teflon ar gyfer trin dŵr, trin asid a lle mae presenoldeb halogion metel wedi'i eithrio (er enghraifft, yn y diwydiant bwyd).Mae gan bibellau wedi'u gorchuddio â theflon fentiau sy'n caniatáu i ddŵr dreiddio i'r gofod mân rhwng y dur a'r leinin ddraenio i ffwrdd.Fodd bynnag, mae gan bibellau wedi'u leinio oes silff ar ôl eu defnyddio am gyfnod hir.
Mae Ffigur 4 yn dangos pibell wedi'i leinio â Teflon sydd wedi'i defnyddio i gyflenwi HCl ers dros ddeng mlynedd.Mae llawer iawn o gynhyrchion cyrydiad dur yn cronni yn y gofod annular rhwng y leinin a'r bibell ddur.Gwthiodd y cynnyrch y leinin i mewn, gan achosi difrod fel y dangosir yn Ffigur 5. Mae cyrydiad y dur yn parhau nes bod y bibell yn dechrau gollwng.
Yn ogystal, mae ymgripiad yn digwydd ar wyneb fflans Teflon.Diffinnir creep fel anffurfiad (anffurfiad) o dan lwyth cyson.Fel gyda metelau, mae ymgripiad polymerau yn cynyddu gyda thymheredd cynyddol.Fodd bynnag, yn wahanol i ddur, mae ymgripiad yn digwydd ar dymheredd ystafell.Yn fwyaf tebygol, wrth i groestoriad wyneb y fflans leihau, mae bolltau'r bibell ddur yn cael eu gorbwysleisio nes bod y crac cylch yn ymddangos, a ddangosir yn y llun.Mae craciau cylchol yn amlygu'r bibell ddur i HCl ymhellach.
Methiant 5: Defnyddir leinin polyethylen dwysedd uchel (HDPE) yn gyffredin yn y diwydiant olew a nwy i atgyweirio llinellau chwistrellu dŵr dur wedi'u cyrydu.Fodd bynnag, mae gofynion rheoleiddio penodol ar gyfer rhyddhad pwysau leinin.Mae Ffigurau 6 a 7 yn dangos leinin a fethodd.Mae difrod i leinin falf sengl yn digwydd pan fydd y pwysedd annulus yn fwy na'r pwysau gweithredu mewnol - mae'r leinin yn methu oherwydd treiddiad.Ar gyfer leinin HDPE, y ffordd orau o atal y methiant hwn yw osgoi diwasgedd cyflym o'r bibell.
Mae cryfder rhannau gwydr ffibr yn lleihau gyda defnydd dro ar ôl tro.Gall sawl haen delaminate a hollti dros amser.Mae API 15 HR “Pibell Llinol Gwydr Ffibr Gwasgedd Uchel” yn cynnwys datganiad mai newid o 20% mewn pwysedd yw'r terfyn prawf ac atgyweirio.Mae Adran 13.1.2.8 o Safon Canada CSA Z662, Systemau Piblinellau Petroliwm a Nwy, yn nodi bod yn rhaid cynnal amrywiadau pwysau o dan 20% o gyfradd pwysau gwneuthurwr y bibell.Fel arall, gellir lleihau'r pwysau dylunio hyd at 50%.Wrth ddylunio FRP a FRP gyda chladin, rhaid ystyried llwythi cylchol.
Nam 6: Mae ochr waelod (6 o'r gloch) y bibell gwydr ffibr (FRP) a ddefnyddir i gyflenwi dŵr halen wedi'i gorchuddio â polyethylen dwysedd uchel.Profwyd y rhan a fethwyd, y rhan dda ar ôl methiant, a'r drydedd gydran (sy'n cynrychioli'r gydran ôl-gynhyrchu).Yn benodol, cymharwyd trawstoriad yr adran a fethwyd â thrawstoriad pibell parod o'r un maint (gweler Ffigurau 8 a 9).Sylwch fod gan y trawstoriad a fethwyd graciau intralaminar helaeth nad ydynt yn bresennol yn y bibell ffug.Digwyddodd dilamiad mewn pibellau newydd a pheipiau a fethodd.Mae delamination yn gyffredin mewn gwydr ffibr gyda chynnwys gwydr uchel;Mae cynnwys gwydr uchel yn rhoi mwy o gryfder.Roedd y biblinell yn destun amrywiadau pwysau difrifol (mwy nag 20%) a methodd oherwydd llwytho cylchol.
Ffigur 9. Dyma ddau drawstoriad arall o wydr ffibr gorffenedig mewn pibell gwydr ffibr polyethylen dwysedd uchel.
Wrth osod ar y safle, mae rhannau llai o bibellau wedi'u cysylltu - mae'r cysylltiadau hyn yn hollbwysig.Yn nodweddiadol, mae dau ddarn o bibell yn cael eu bytio gyda'i gilydd ac mae'r bwlch rhwng y pibellau wedi'i lenwi â “pwti.”Yna caiff yr uniadau eu lapio mewn sawl haen o atgyfnerthiad gwydr ffibr lled eang a'u trwytho â resin.Rhaid i wyneb allanol y cyd fod â gorchudd dur digonol.
Mae deunyddiau anfetelaidd fel leinin a gwydr ffibr yn viscoelastig.Er ei bod yn anodd esbonio'r nodwedd hon, mae ei amlygiadau'n gyffredin: mae difrod fel arfer yn digwydd yn ystod y gosodiad, ond nid yw gollyngiadau'n digwydd ar unwaith.“Mae viscoelasticity yn briodwedd i ddeunydd sy'n arddangos priodweddau gludiog ac elastig pan gaiff ei ddadffurfio.Mae deunyddiau gludiog (fel mêl) yn gwrthsefyll llif cneifio ac yn dadffurfio'n llinol dros amser pan roddir straen.Bydd deunyddiau elastig (fel dur) yn dadffurfio ar unwaith, ond hefyd yn dychwelyd yn gyflym i'w cyflwr gwreiddiol ar ôl tynnu straen.Mae gan ddeunyddiau viscoelastig y ddau briodwedd ac felly maent yn arddangos anffurfiad sy'n amrywio o ran amser.Mae elastigedd fel arfer yn deillio o ymestyn bondiau ar hyd planau crisialog mewn solidau trefniadol, tra bod gludedd yn deillio o drylediad atomau neu foleciwlau o fewn deunydd amorffaidd ” [4].
Mae angen gofal arbennig ar gydrannau gwydr ffibr a phlastig wrth osod a thrin.Fel arall, gallant gracio ac efallai na fydd difrod yn dod i'r amlwg tan ymhell ar ôl profion hydrostatig.
Mae'r rhan fwyaf o fethiannau o leinin gwydr ffibr yn digwydd oherwydd difrod yn ystod gosod [5].Mae angen profion hydrostatig ond nid yw'n canfod mân ddifrod a allai ddigwydd yn ystod y defnydd.
Ffigur 10. Dyma'r rhyngwynebau mewnol (chwith) ac allanol (dde) rhwng segmentau pibellau gwydr ffibr.
Diffyg 7. Mae Ffigur 10 yn dangos cysylltiad dwy ran o bibellau gwydr ffibr.Mae Ffigur 11 yn dangos trawstoriad y cysylltiad.Nid oedd wyneb allanol y bibell wedi'i atgyfnerthu a'i selio'n ddigonol, a thorrodd y bibell wrth ei gludo.Rhoddir argymhellion ar gyfer atgyfnerthu cymalau yn DIN 16966, CSA Z662 ac ASME NM.2.
Mae pibellau polyethylen dwysedd uchel yn ysgafn, yn gwrthsefyll cyrydiad, ac fe'u defnyddir yn gyffredin ar gyfer pibellau nwy a dŵr, gan gynnwys pibellau tân ar safleoedd ffatri.Mae'r rhan fwyaf o fethiannau ar y llinellau hyn yn gysylltiedig â difrod a dderbyniwyd yn ystod gwaith cloddio [6].Fodd bynnag, gall methiant crac araf (SCG) hefyd ddigwydd ar straen cymharol isel ac ychydig iawn o straen.Yn ôl adroddiadau, “Mae SCG yn fodd methiant cyffredin mewn piblinellau polyethylen (PE) tanddaearol gyda bywyd dylunio o 50 mlynedd” [7].
Nam 8: Mae SCG wedi ffurfio yn y bibell dân ar ôl mwy nag 20 mlynedd o ddefnydd.Mae gan ei doriad y nodweddion canlynol:
Nodweddir methiant SCG gan batrwm torasgwrn: ychydig iawn o anffurfiad sydd ganddo ac mae'n digwydd oherwydd cylchoedd consentrig lluosog.Unwaith y bydd ardal y SCG yn cynyddu i tua 2 x 1.5 modfedd, mae'r crac yn lluosogi'n gyflym ac mae nodweddion macrosgopig yn dod yn llai amlwg (Ffigurau 12-14).Gall y llinell brofi newidiadau llwyth o fwy na 10% bob wythnos.Adroddwyd bod hen gymalau HDPE yn fwy ymwrthol i fethiant oherwydd amrywiadau llwyth na hen gymalau HDPE [8].Fodd bynnag, dylai cyfleusterau presennol ystyried datblygu SCG wrth i bibellau tân HDPE heneiddio.
Ffigur 12. Mae'r llun hwn yn dangos lle mae'r gangen T yn croestorri â'r brif bibell, gan greu'r hollt a nodir gan y saeth goch.
Reis.14. Yma gallwch weld yn agos i fyny wyneb toriad y gangen siâp T i'r brif bibell siâp T.Mae craciau amlwg ar yr wyneb mewnol.
Mae Cynwysyddion Swmp Canolradd (IBCs) yn addas ar gyfer storio a chludo symiau bach o gemegau (Ffigur 15).Maent mor ddibynadwy fel ei bod yn hawdd anghofio y gall eu methiant achosi perygl sylweddol.Fodd bynnag, gall methiannau ISD arwain at golledion ariannol sylweddol, a chaiff rhai ohonynt eu harchwilio gan yr awduron.Mae'r rhan fwyaf o fethiannau'n cael eu hachosi gan drin amhriodol [9-11].Er bod IBC yn ymddangos yn syml i'w archwilio, mae'n anodd canfod craciau mewn HDPE a achosir gan drin amhriodol.Ar gyfer rheolwyr asedau mewn cwmnïau sy'n aml yn trin cynwysyddion swmp sy'n cynnwys cynhyrchion peryglus, mae archwiliadau allanol a mewnol rheolaidd a thrylwyr yn orfodol.yn yr Unol Daleithiau.
Mae difrod uwchfioled (UV) a heneiddio yn gyffredin mewn polymerau.Mae hyn yn golygu bod yn rhaid inni ddilyn cyfarwyddiadau storio O-ring yn ofalus ac ystyried yr effaith ar fywyd cydrannau allanol megis tanciau pen agored a leinin pyllau.Er bod angen i ni optimeiddio (lleihau) y gyllideb cynnal a chadw, mae angen rhywfaint o archwilio cydrannau allanol, yn enwedig y rhai sy'n agored i olau'r haul (Ffigur 16).
Mae nodweddion megis tymheredd pontio gwydr, set cywasgu, treiddiad, ymgripiad tymheredd ystafell, viscoelasticity, lluosogi crac araf, ac ati yn pennu nodweddion perfformiad rhannau plastig ac elastomerig.Er mwyn sicrhau bod cydrannau hanfodol yn cael eu cynnal a'u cadw'n effeithiol ac yn effeithlon, rhaid ystyried yr eiddo hyn, a rhaid i bolymerau fod yn ymwybodol o'r priodweddau hyn.
Hoffai'r awduron ddiolch i gleientiaid a chydweithwyr craff am rannu eu canfyddiadau â'r diwydiant.
1. Lewis Sr., Richard J., Geiriadur Cryno Cemeg Hawley, 12fed argraffiad, Thomas Press International, Llundain, DU, 1992.
2. Ffynhonnell rhyngrwyd: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Effaith Tymheredd a Thriniaeth Arwyneb O-Ring ar Gallu Selio Viton V747-75.Papur Technegol NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Arferion Gorau ar gyfer Cynhyrchwyr Olew a Nwy Canada (CAPP), “Defnyddio Piblinell Gyfansawdd Atgyfnerthedig (Anfetelaidd),” Ebrill 2017.
6. Maupin J. a Mamun M. Methiant, Dadansoddiad Risg a Pheryglon o Bibell Plastig, Prosiect DOT Rhif 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi a Jingyan Zheng, Mecanweithiau Twf Crac Araf mewn Polyethylen: Dulliau Elfen Meidraidd, 2015 Cynhadledd Llestri Pwysedd a Phibellau ASME, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., a Bryce, W., Blinder Pibell Dwr Plastig: Adolygiad Technegol ac Argymhellion ar gyfer Dyluniad Blinder Pibell PE4710, Adroddiad Technegol ar ran y Gymdeithas Pibellau Plastig, Mai 2012.
9. Canllawiau CBA/SIA ar gyfer Storio Hylifau mewn Cynwysyddion Swmp Canolradd, ICB Rhifyn 2, Hydref 2018 Ar-lein: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charter, Achosion Gollyngiadau IBC mewn Planhigion Cemegol – Dadansoddiad o Brofiad Gweithredu, Cyfres Seminarau Rhif 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, ar-lein: https://www.icheme.org/media/9737/xx-papur-42.pdf.
11. Madden, D., Gofalu am IBC Totes: Pum Awgrym i'w Gwneud Yn Diwethaf, wedi'i bostio yn Swmp Cynhwysyddion, IBC Totes, Cynaliadwyedd, wedi'i bostio ar blog.containerexchanger.com, Medi 15, 2018.
Ana Benz yw Prif Beiriannydd IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Ffôn: 780-577-4481; E-bost: [email protected]).Bu'n gweithio fel arbenigwr cyrydiad, methiant ac archwilio am 24 mlynedd.Mae ei phrofiad yn cynnwys cynnal archwiliadau gan ddefnyddio technegau archwilio uwch a threfnu rhaglenni archwilio planhigion.Mae Mercedes-Benz yn gwasanaethu'r diwydiant prosesu cemegol, planhigion petrocemegol, planhigion gwrtaith a phlanhigion nicel ledled y byd, yn ogystal â gweithfeydd cynhyrchu olew a nwy.Derbyniodd radd mewn peirianneg deunyddiau gan Universidad Simon Bolivar yn Venezuela a gradd meistr mewn peirianneg deunyddiau o Brifysgol British Columbia.Mae ganddi nifer o ardystiadau profi annistrywiol Bwrdd Safonau Cyffredinol Canada (CGSB), yn ogystal ag ardystiad API 510 ac ardystiad CWB Group Lefel 3.Roedd Benz yn aelod o Gangen Weithredol NACE Edmonton am 15 mlynedd a chyn hynny gwasanaethodd mewn amryw o swyddi gyda Chymdeithas Weldio Canada Cangen Edmonton.
BODI NINGBO morloi CO, LTD CYNHYRCHU POB MATH OFFKM ORING, PECYNNAU ORING FKM ,
CROESO I GYSYLLTU Â NI YMA, DIOLCH!
Amser postio: Tachwedd-18-2023