Aquesta guia il·lustrada mostra alguns problemes comuns que es poden produir amb materials polimèrics i elastomèrics que són diferents dels que es produeixen amb segells i components metàl·lics.
La fallada dels components polimèrics (plàstics i elastomèrics) i les seves conseqüències poden ser tan greus com la fallada dels equips metàl·lics.La informació presentada descriu algunes de les propietats que afecten els components polimèrics dels equips utilitzats en instal·lacions industrials.Aquesta informació s'aplica a algun llegatjuntes tòriques, tub folrat, plàstic reforçat amb fibra (FRP) i tub folrat.Es comenten exemples de propietats com la penetració, la temperatura del vidre i la viscoelasticitat i les seves implicacions.
El 28 de gener de 1986, el desastre del transbordador espacial Challenger va impactar el món.L'explosió es va produir perquè la junta tòrica no es va tancar correctament.
Les avaries descrites en aquest article introdueixen algunes de les característiques de les falles no metàl·liques que afecten els equips utilitzats en aplicacions industrials.Per a cada cas, es comenten propietats importants del polímer.
Els elastòmers tenen una temperatura de transició vítrea, que es defineix com "la temperatura a la qual un material amorf, com el vidre o el polímer, canvia d'un estat de vidre fràgil a un estat dúctil" [1].
Els elastòmers tenen fixació per compressió, "definida com el percentatge de tensió que un elastòmer no pot recuperar després d'un període de temps determinat a una extrusió i temperatura determinades" [2].Segons l'autor, la compressió es refereix a la capacitat del cautxú per tornar a la seva forma original.En molts casos, el guany de compressió es compensa amb una certa expansió que es produeix durant l'ús.Tanmateix, com mostra l'exemple següent, no sempre és així.
Error 1: la baixa temperatura ambient (36 °F) abans del llançament va provocar que les juntes tòriques de Viton no siguin suficients al transbordador espacial Challenger.Com s'indica en diverses investigacions d'accidents: "A temperatures inferiors a 50 °F, l'anell tòric Viton V747-75 no és prou flexible per seguir l'obertura de la bretxa de prova" [3].La temperatura de transició de vidre fa que l'anell O Challenger no segeixi correctament.
Problema 2: els segells que es mostren a les figures 1 i 2 estan exposats principalment a l'aigua i al vapor.Els segells es van muntar in situ mitjançant un monòmer d'etilè propilè diè (EPDM).No obstant això, estan provant fluoroelastòmers (FKM) com Viton) i perfluoroelastòmers (FFKM) com ara les juntes tòriques de Kalrez.Tot i que les mides varien, totes les anelles tòriques que es mostren a la figura 2 comencen de la mateixa mida:
Què ha passat?L'ús de vapor pot ser un problema per als elastòmers.Per a aplicacions de vapor per sobre de 250 °F, les deformacions d'expansió i contracció FKM i FFKM s'han de tenir en compte en els càlculs del disseny de l'embalatge.Els diferents elastòmers tenen certs avantatges i desavantatges, fins i tot aquells que tenen una alta resistència química.Qualsevol canvi requereix un manteniment acurat.
Notes generals sobre elastòmers.En general, l'ús d'elastòmers a temperatures superiors a 250 °F i inferiors a 35 °F està especialitzat i pot requerir l'aportació del dissenyador.
És important determinar la composició elastomèrica utilitzada.L'espectroscòpia infraroja de transformada de Fourier (FTIR) pot distingir entre tipus significativament diferents d'elastòmers, com ara EPDM, FKM i FFKM esmentats anteriorment.Tanmateix, fer proves per distingir un compost FKM d'un altre pot ser un repte.Les anelles tòriques fetes per diferents fabricants poden tenir diferents farcits, vulcanitzacions i tractaments.Tot això té un impacte significatiu en el conjunt de compressió, la resistència química i les característiques de baixa temperatura.
Els polímers tenen cadenes moleculars llargues i repetides que permeten que determinats líquids hi penetrin.A diferència dels metalls, que tenen una estructura cristal·lina, les molècules llargues s'entrellacen entre si com un fil d'espaguetis cuits.Físicament, poden penetrar molècules molt petites com aigua/vapor i gasos.Algunes molècules són prou petites com per passar a través dels buits entre cadenes individuals.
Falla 3: normalment, la documentació d'una investigació d'anàlisi de fallades comença amb l'obtenció d'imatges de les peces.No obstant això, la peça de plàstic plana, flexible i amb olor de gasolina que va rebre divendres s'havia convertit en una dura canonada rodona dilluns (hora en què es va fer la foto).Segons els informes, el component és una camisa de tub de polietilè (PE) que s'utilitza per protegir els components elèctrics sota el nivell del sòl en una benzinera.La peça plana de plàstic flexible que vau rebre no va protegir el cable.La penetració de la gasolina va provocar canvis físics, no químics: la canonada de polietilè no es va descompondre.Tanmateix, cal penetrar en canonades menys suavitzades.
Falla 4. Moltes instal·lacions industrials utilitzen tubs d'acer recoberts de tefló per al tractament d'aigües, tractament àcid i on s'exclou la presència de contaminants metàl·lics (per exemple, a la indústria alimentària).Les canonades recobertes de tefló tenen ventilacions que permeten que l'aigua s'infiltra a l'espai anular entre l'acer i el revestiment.Tanmateix, les canonades revestides tenen una vida útil després d'un ús prolongat.
La figura 4 mostra una canonada revestida de tefló que s'ha utilitzat per subministrar HCl durant més de deu anys.Una gran quantitat de productes de corrosió d'acer s'acumula a l'espai anular entre el revestiment i la canonada d'acer.El producte va empènyer el revestiment cap a dins, causant danys com es mostra a la figura 5. La corrosió de l'acer continua fins que la canonada comença a filtrar-se.
A més, la fluència es produeix a la superfície de la brida de tefló.La fluència es defineix com la deformació (deformació) sota càrrega constant.Igual que amb els metalls, la fluïdesa dels polímers augmenta amb l'augment de la temperatura.Tanmateix, a diferència de l'acer, la fluència es produeix a temperatura ambient.Molt probablement, a mesura que la secció transversal de la superfície de la brida disminueix, els cargols de la canonada d'acer s'estrenyen massa fins que apareix l'esquerda de l'anell, que es mostra a la foto.Les esquerdes circulars exposen encara més la canonada d'acer a HCl.
Falla 5: els revestiments de polietilè d'alta densitat (HDPE) s'utilitzen habitualment a la indústria del petroli i el gas per reparar les línies d'injecció d'aigua d'acer corroït.No obstant això, hi ha requisits normatius específics per a l'alleujament de la pressió del revestiment.Les figures 6 i 7 mostren un revestiment fallat.El dany a un revestiment de vàlvula únic es produeix quan la pressió de l'anell supera la pressió de funcionament interna: el revestiment falla a causa de la penetració.Per als revestiments HDPE, la millor manera d'evitar aquesta fallada és evitar una ràpida despresurització de la canonada.
La resistència de les peces de fibra de vidre disminueix amb l'ús repetit.Diverses capes es poden delaminar i trencar amb el temps.L'API 15 HR "Tuba lineal de fibra de vidre d'alta pressió" conté una declaració que un canvi del 20% de pressió és el límit de prova i reparació.La secció 13.1.2.8 de l'estàndard canadenc CSA Z662, Sistemes de canonades de petroli i gas, especifica que les fluctuacions de pressió s'han de mantenir per sota del 20% de la pressió nominal del fabricant de canonades.En cas contrari, la pressió de disseny es pot reduir fins a un 50%.Quan es dissenyen FRP i FRP amb revestiment, s'han de tenir en compte les càrregues cícliques.
Falla 6: la part inferior (a les 6) de la canonada de fibra de vidre (FRP) utilitzada per subministrar aigua salada està coberta amb polietilè d'alta densitat.Es van provar la peça fallida, la part bona després de la fallada i el tercer component (que representa el component posterior a la fabricació).En particular, es va comparar la secció transversal de la secció fallida amb la secció transversal d'una canonada prefabricada de la mateixa mida (vegeu les figures 8 i 9).Tingueu en compte que la secció transversal fallida té extenses esquerdes intralaminars que no estan presents a la canonada fabricada.La delaminació es va produir tant en canonades noves com en fallades.La delaminació és habitual en fibra de vidre amb un alt contingut de vidre;L'alt contingut de vidre dóna una major resistència.La canonada va estar subjecta a fortes fluctuacions de pressió (més del 20%) i va fallar a causa de la càrrega cíclica.
Figura 9. Aquí hi ha dues seccions transversals més de fibra de vidre acabada en un tub de fibra de vidre folrat de polietilè d'alta densitat.
Durant la instal·lació in situ, es connecten seccions més petites de canonades: aquestes connexions són crítiques.Normalment, dos trossos de canonada s'uneixen i el buit entre les canonades s'omple amb "masilla".A continuació, les juntes s'emboliquen amb diverses capes de reforç de fibra de vidre d'ample ample i s'impregnen amb resina.La superfície exterior de la junta ha de tenir un recobriment d'acer suficient.
Els materials no metàl·lics com els revestiments i la fibra de vidre són viscoelàstics.Tot i que aquesta característica és difícil d'explicar, les seves manifestacions són freqüents: els danys solen produir-se durant la instal·lació, però les fuites no es produeixen immediatament."La viscoelasticitat és una propietat d'un material que presenta propietats tant viscoses com elàstiques quan es deforma.Els materials viscosos (com la mel) resisteixen el flux de cisalla i es deformen linealment amb el temps quan s'aplica una tensió.Els materials elàstics (com l'acer) es deformaran immediatament, però també tornaran ràpidament al seu estat original després d'eliminar la tensió.Els materials viscoelàstics tenen ambdues propietats i, per tant, presenten una deformació variable en el temps.L'elasticitat resulta típicament de l'estirament dels enllaços al llarg dels plans cristal·lins en sòlids ordenats, mentre que la viscositat resulta de la difusió d'àtoms o molècules dins d'un material amorf "[4].
Els components de fibra de vidre i plàstic requereixen una cura especial durant la instal·lació i la manipulació.En cas contrari, poden trencar-se i els danys poden no ser evidents fins molt de temps després de la prova hidrostàtica.
La majoria de fallades dels revestiments de fibra de vidre es produeixen a causa de danys durant la instal·lació [5].Les proves hidrostàtiques són necessàries, però no detecta danys menors que es poden produir durant l'ús.
Figura 10. Aquí es mostren les interfícies interior (esquerra) i exterior (dreta) entre els segments de tubs de fibra de vidre.
Defecte 7. La figura 10 mostra la connexió de dos trams de tubs de fibra de vidre.La figura 11 mostra la secció transversal de la connexió.La superfície exterior de la canonada no estava prou reforçada i segellada, i la canonada es va trencar durant el transport.Les recomanacions per al reforç de les juntes es donen a DIN 16966, CSA Z662 i ASME NM.2.
Les canonades de polietilè d'alta densitat són lleugeres, resistents a la corrosió i s'utilitzen habitualment per a canonades de gas i aigua, incloses les mànegues contra incendis a les fàbriques.La majoria de fallades en aquestes línies estan associades a danys rebuts durant els treballs d'excavació [6].No obstant això, la fallada del creixement lent d'esquerdes (SCG) també es pot produir a tensions relativament baixes i soques mínimes.Segons els informes, "SCG és un mode de fallada comú a les canonades subterrànies de polietilè (PE) amb una vida útil de disseny de 50 anys" [7].
Error 8: SCG s'ha format a la mànega d'incendis després de més de 20 anys d'ús.La seva fractura té les següents característiques:
La fallada del SCG es caracteritza per un patró de fractura: té una deformació mínima i es produeix a causa de múltiples anells concèntrics.Una vegada que l'àrea SCG augmenta a aproximadament 2 x 1,5 polzades, l'esquerda es propaga ràpidament i les característiques macroscòpiques es tornen menys evidents (figures 12-14).La línia pot experimentar canvis de càrrega superiors al 10% cada setmana.S'ha informat que les juntes antigues de HDPE són més resistents a la fallada a causa de les fluctuacions de càrrega que les antigues juntes de HDPE [8].Tanmateix, les instal·lacions existents haurien de considerar el desenvolupament de SCG a mesura que les mànegues contra incendis d'HDPE envelleixen.
Figura 12. Aquesta foto mostra on es creua la branca en T amb la canonada principal, creant l'esquerda indicada per la fletxa vermella.
Arròs.14. Aquí podeu veure de prop la superfície de fractura de la branca en forma de T fins al tub principal en forma de T.Hi ha esquerdes evidents a la superfície interior.
Els contenidors intermedis a granel (IBC) són adequats per emmagatzemar i transportar petites quantitats de productes químics (Figura 15).Són tan fiables que és fàcil oblidar que la seva fallada pot suposar un perill important.Tanmateix, els errors de l'MDS poden provocar pèrdues financeres importants, algunes de les quals són examinades pels autors.La majoria de fallades són causades per un maneig inadequat [9-11].Tot i que l'IBC sembla fàcil d'inspeccionar, les esquerdes en HDPE causades per una manipulació inadequada són difícils de detectar.Per als gestors d'actius d'empreses que manipulen amb freqüència contenidors a granel que contenen productes perillosos, són obligatòries les inspeccions externes i internes periòdiques i exhaustives.en els Estats Units.
Els danys ultraviolats (UV) i l'envelliment són freqüents en els polímers.Això vol dir que hem de seguir acuradament les instruccions d'emmagatzematge de les juntes tòriques i tenir en compte l'impacte en la vida útil dels components externs, com ara els dipòsits oberts i els revestiments d'estanys.Tot i que hem d'optimitzar (minimitzar) el pressupost de manteniment, és necessària una mica d'inspecció dels components externs, especialment els exposats a la llum solar (Figura 16).
Característiques com la temperatura de transició vítrea, la compressió, la penetració, la fluència a la temperatura ambient, la viscoelasticitat, la propagació lenta d'esquerdes, etc. determinen les característiques de rendiment de les peces de plàstic i elastòmers.Per garantir un manteniment efectiu i eficient dels components crítics, s'han de tenir en compte aquestes propietats i els polímers han de ser conscients d'aquestes propietats.
Els autors volen donar les gràcies als clients i col·legues perspicaces per compartir les seves troballes amb la indústria.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, 12a edició, Thomas Press International, Londres, Regne Unit, 1992.
2. Font d'Internet: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Efecte de la temperatura i el tractament de la superfície de les junta tòrica sobre la capacitat de segellat de Viton V747-75.Document tècnic de la NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Millors pràctiques per als productors canadencs de petroli i gas (CAPP), "Using Reinforced Composite (No-Metallic) Pipeline", abril de 2017.
6. Maupin J. i Mamun M. Failure, Risk and Hazard Analysis of Plastic Pipe, Projecte DOT núm. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi i 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. i Bryce, W., Fatigue of Plastic Water Pipe: Technical Review and Recommendations for Fatigue Design of PE4710 Pipe, Informe tècnic en nom de Plastic Pipe Association, maig de 2012.
9. CBA/SIA Guidelines for the Storage of Liquids in Intermediate Bulk Containers, ICB Número 2, octubre de 2018 En línia: 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, Sèrie de seminaris núm. 154, IChemE, Rugby, Regne Unit, 2008, en línia: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Caring for IBC Totes: Five Tips to Make Them Last, publicat a Bulk Containers, IBC Totes, Sustainability, publicat a blog.containerexchanger.com, 15 de setembre de 2018.
Ana Benz és l'enginyer en cap a IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canadà T6E 5T8; Telèfon: 780-577-4481; Correu electrònic: [email protected]).Va treballar com a especialista en corrosió, fallades i inspecció durant 24 anys.La seva experiència inclou la realització d'inspeccions mitjançant tècniques d'inspecció avançades i l'organització de programes d'inspecció de plantes.Mercedes-Benz dóna servei a la indústria de processament químic, plantes petroquímiques, plantes de fertilitzants i plantes de níquel a tot el món, així com plantes de producció de petroli i gas.Va rebre una llicenciatura en enginyeria de materials per la Universitat Simón Bolívar de Veneçuela i un màster en enginyeria de materials per la Universitat de Colúmbia Britànica.Té diverses certificacions de proves no destructives de la Canadian General Standards Board (CGSB), així com la certificació API 510 i la certificació CWB Group Level 3.Benz va ser membre de la branca executiva d'Edmonton de NACE durant 15 anys i anteriorment va ocupar diversos càrrecs a la Societat canadenca de soldadura de la branca d'Edmonton.
NINGBO BODI SEALS CO, LTD PRODUCTE TOT TIPUS DEFFKM ORING, KITS DE ORING FKM ,
BENVINGUTS A CONTACTAR AQUÍ , GRÀCIES !
Hora de publicació: 18-nov-2023