Hướng dẫn minh họa này cho thấy một số vấn đề thường gặp có thể xảy ra với vật liệu polyme và chất đàn hồi khác với những vấn đề xảy ra với các bộ phận và vòng đệm kim loại.
Sự hư hỏng của các thành phần polyme (nhựa và đàn hồi) và hậu quả của nó có thể nghiêm trọng như sự hư hỏng của thiết bị kim loại.Thông tin được trình bày mô tả một số đặc tính ảnh hưởng đến các thành phần polymer của thiết bị được sử dụng trong các cơ sở công nghiệp.Thông tin này áp dụng cho một số di sảnVòng chữ O, ống lót, nhựa gia cố sợi (FRP) và ống lót.Ví dụ về các đặc tính như độ xuyên thấu, nhiệt độ thủy tinh, độ đàn hồi nhớt và ý nghĩa của chúng sẽ được thảo luận.
Ngày 28/1/1986, thảm họa tàu con thoi Challenger đã gây chấn động thế giới.Vụ nổ xảy ra do vòng chữ O không bịt kín đúng cách.
Các lỗi được mô tả trong bài viết này giới thiệu một số đặc điểm của các lỗi phi kim loại ảnh hưởng đến thiết bị sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.Đối với mỗi trường hợp, các tính chất polymer quan trọng sẽ được thảo luận.
Chất đàn hồi có nhiệt độ chuyển thủy tinh, được định nghĩa là “nhiệt độ mà tại đó vật liệu vô định hình, chẳng hạn như thủy tinh hoặc polymer, chuyển từ trạng thái thủy tinh giòn sang trạng thái dẻo” [1].
Chất đàn hồi có bộ nén - “được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm biến dạng mà chất đàn hồi không thể phục hồi sau một khoảng thời gian cố định ở nhiệt độ và quá trình ép đùn nhất định” [2].Theo tác giả, độ nén là khả năng của cao su trở lại hình dạng ban đầu.Trong nhiều trường hợp, mức tăng nén được bù đắp bằng sự giãn nở nào đó xảy ra trong quá trình sử dụng.Tuy nhiên, như ví dụ dưới đây cho thấy, điều này không phải lúc nào cũng đúng.
Lỗi 1: Nhiệt độ môi trường xung quanh thấp (36°F) trước khi phóng dẫn đến không đủ vòng chữ O Viton trên Tàu con thoi Challenger.Như đã nêu trong các cuộc điều tra tai nạn khác nhau: “Ở nhiệt độ dưới 50°F, vòng chữ O Viton V747-75 không đủ linh hoạt để theo dõi độ mở của khe hở thử nghiệm” [3].Nhiệt độ chuyển thủy tinh khiến vòng chữ O Challenger không được bịt kín đúng cách.
Vấn đề 2: Các vòng đệm thể hiện ở Hình 1 và 2 chủ yếu tiếp xúc với nước và hơi nước.Các vòng đệm được lắp ráp tại chỗ bằng cách sử dụng monome ethylene propylene diene (EPDM).Tuy nhiên, họ đang thử nghiệm chất đàn hồi huỳnh quang (FKM) như Viton) và chất đàn hồi perfluoroelastomer (FFKM) như vòng chữ O Kalrez.Mặc dù kích thước khác nhau nhưng tất cả các vòng chữ O được hiển thị trong Hình 2 đều có cùng kích thước:
Chuyện gì đã xảy ra vậy?Việc sử dụng hơi nước có thể là một vấn đề đối với chất đàn hồi.Đối với các ứng dụng hơi nước có nhiệt độ trên 250°F, các biến dạng giãn nở và co lại FKM và FFKM phải được tính đến khi tính toán thiết kế bao bì.Các chất đàn hồi khác nhau có những ưu điểm và nhược điểm nhất định, ngay cả những chất có khả năng kháng hóa chất cao.Mọi thay đổi đều cần được bảo trì cẩn thận.
Lưu ý chung về chất đàn hồi.Nói chung, việc sử dụng chất đàn hồi ở nhiệt độ trên 250°F và dưới 35°F là chuyên biệt và có thể yêu cầu ý kiến đầu vào của nhà thiết kế.
Điều quan trọng là xác định thành phần đàn hồi được sử dụng.Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) có thể phân biệt giữa các loại chất đàn hồi khác nhau đáng kể, chẳng hạn như EPDM, FKM và FFKM đã đề cập ở trên.Tuy nhiên, việc kiểm tra để phân biệt hợp chất FKM này với hợp chất khác có thể là một thách thức.Vòng chữ O được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau có thể có chất độn, lưu hóa và xử lý khác nhau.Tất cả điều này có tác động đáng kể đến bộ nén, khả năng kháng hóa chất và đặc tính nhiệt độ thấp.
Các polyme có chuỗi phân tử dài, lặp đi lặp lại cho phép một số chất lỏng nhất định xâm nhập vào chúng.Không giống như kim loại có cấu trúc tinh thể, các phân tử dài đan xen với nhau giống như sợi mì spaghetti nấu chín.Về mặt vật lý, các phân tử rất nhỏ như nước/hơi nước và khí có thể xuyên qua.Một số phân tử đủ nhỏ để lọt qua các khoảng trống giữa các chuỗi riêng lẻ.
Lỗi 3: Thông thường, việc ghi lại cuộc điều tra phân tích lỗi bắt đầu bằng việc thu thập hình ảnh của các bộ phận.Tuy nhiên, miếng nhựa phẳng, dẻo, có mùi xăng nhận được hôm thứ Sáu đã biến thành một ống tròn cứng vào thứ Hai (thời điểm bức ảnh được chụp).Thành phần này được cho là một vỏ ống polyetylen (PE) được sử dụng để bảo vệ các bộ phận điện dưới mặt đất tại trạm xăng.Miếng nhựa dẻo phẳng mà bạn nhận được không bảo vệ được cáp.Sự xâm nhập của xăng gây ra những thay đổi vật lý chứ không phải hóa học – ống polyetylen không bị phân hủy.Tuy nhiên, cần phải xuyên qua các đường ống ít mềm hơn.
Lỗi 4. Nhiều cơ sở công nghiệp sử dụng ống thép phủ Teflon để xử lý nước, xử lý axit và loại trừ sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm kim loại (ví dụ, trong ngành công nghiệp thực phẩm).Ống được phủ Teflon có lỗ thông hơi cho phép nước thấm vào không gian hình khuyên giữa thép và lớp lót để thoát ra ngoài.Tuy nhiên, ống lót có thời hạn sử dụng sau thời gian dài sử dụng.
Hình 4 cho thấy một ống lót bằng Teflon đã được sử dụng để cung cấp HCl trong hơn mười năm.Một lượng lớn sản phẩm ăn mòn thép tích tụ trong không gian hình khuyên giữa lớp lót và ống thép.Sản phẩm đã đẩy lớp lót vào trong, gây hư hỏng như trên Hình 5. Quá trình ăn mòn thép tiếp tục cho đến khi đường ống bắt đầu rò rỉ.
Ngoài ra, hiện tượng rão xảy ra trên bề mặt mặt bích Teflon.Từ biến được định nghĩa là biến dạng (biến dạng) dưới tải trọng không đổi.Giống như kim loại, độ rão của polyme tăng khi nhiệt độ tăng.Tuy nhiên, không giống như thép, hiện tượng rão xảy ra ở nhiệt độ phòng.Rất có thể, khi mặt cắt ngang của mặt bích giảm, các bu lông của ống thép bị siết quá chặt cho đến khi vết nứt vòng xuất hiện, như trong ảnh.Các vết nứt hình tròn càng làm ống thép tiếp xúc với HCl.
Lỗi thứ 5: Lớp lót polyetylen mật độ cao (HDPE) thường được sử dụng trong ngành dầu khí để sửa chữa dây chuyền phun nước bằng thép bị ăn mòn.Tuy nhiên, có những yêu cầu quy định cụ thể để giảm áp suất ống lót.Hình 6 và 7 cho thấy một lớp lót bị lỗi.Hư hỏng đối với một lớp lót van đơn xảy ra khi áp suất hình khuyên vượt quá áp suất vận hành bên trong – lớp lót bị hỏng do bị xuyên thủng.Đối với lớp lót HDPE, cách tốt nhất để ngăn chặn hiện tượng hư hỏng này là tránh hiện tượng giảm áp nhanh trong đường ống.
Độ bền của các bộ phận bằng sợi thủy tinh giảm khi sử dụng nhiều lần.Một số lớp có thể bong ra và nứt theo thời gian.API 15 HR “Ống tuyến tính sợi thủy tinh áp suất cao” có tuyên bố rằng áp suất thay đổi 20% là giới hạn kiểm tra và sửa chữa.Mục 13.1.2.8 của Tiêu chuẩn CSA Z662 của Canada, Hệ thống đường ống dẫn dầu và khí đốt, quy định rằng dao động áp suất phải được duy trì dưới 20% định mức áp suất của nhà sản xuất đường ống.Nếu không, áp suất thiết kế có thể giảm tới 50%.Khi thiết kế FRP và FRP có lớp bọc phải tính đến tải trọng tuần hoàn.
Lỗi 6: Mặt dưới (6 giờ) của ống sợi thủy tinh (FRP) dùng để cung cấp nước mặn được bọc bằng polyetylen mật độ cao.Phần bị lỗi, phần còn tốt sau khi bị lỗi và phần thứ ba (đại diện cho phần sau chế tạo) được kiểm tra.Đặc biệt, mặt cắt ngang của phần bị hỏng được so sánh với mặt cắt ngang của ống đúc sẵn có cùng kích thước (xem Hình 8 và 9).Lưu ý rằng mặt cắt ngang bị hỏng có các vết nứt bên trong rộng mà không có trong đường ống được chế tạo.Sự tách lớp xảy ra ở cả đường ống mới và đường ống bị hỏng.Sự tách lớp thường xảy ra ở sợi thủy tinh có hàm lượng thủy tinh cao;Hàm lượng thủy tinh cao mang lại độ bền cao hơn.Đường ống chịu sự biến động áp suất nghiêm trọng (hơn 20%) và bị hỏng do tải trọng theo chu kỳ.
Hình 9. Đây là hai mặt cắt ngang khác của sợi thủy tinh thành phẩm trong ống sợi thủy tinh lót polyetylen mật độ cao.
Trong quá trình lắp đặt tại chỗ, các phần ống nhỏ hơn được kết nối – những kết nối này rất quan trọng.Thông thường, hai đoạn ống được ghép lại với nhau và khoảng trống giữa các ống được lấp đầy bằng “bột bả”.Sau đó, các mối nối được bọc trong nhiều lớp cốt sợi thủy tinh có chiều rộng rộng và được tẩm nhựa.Bề mặt ngoài của mối nối phải có đủ lớp phủ thép.
Các vật liệu phi kim loại như lớp lót và sợi thủy tinh có tính đàn hồi nhớt.Mặc dù đặc điểm này khó giải thích nhưng biểu hiện của nó rất phổ biến: hư hỏng thường xảy ra trong quá trình lắp đặt nhưng rò rỉ không xảy ra ngay lập tức.“Độ nhớt đàn hồi là một đặc tính của vật liệu thể hiện cả đặc tính nhớt và đàn hồi khi bị biến dạng.Các vật liệu nhớt (như mật ong) chống lại dòng chảy cắt và biến dạng tuyến tính theo thời gian khi có ứng suất.Các vật liệu đàn hồi (như thép) sẽ biến dạng ngay lập tức nhưng cũng nhanh chóng trở lại trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ ứng suất.Vật liệu nhớt đàn hồi có cả hai đặc tính này và do đó có biến dạng thay đổi theo thời gian.Độ đàn hồi thường là kết quả của sự kéo dài các liên kết dọc theo các mặt phẳng tinh thể trong chất rắn có trật tự, trong khi độ nhớt là kết quả của sự khuếch tán của các nguyên tử hoặc phân tử trong vật liệu vô định hình ”[4].
Các thành phần sợi thủy tinh và nhựa cần được chăm sóc đặc biệt trong quá trình lắp đặt và vận chuyển.Nếu không, chúng có thể bị nứt và hư hỏng không thể hiện rõ cho đến một thời gian dài sau khi thử nghiệm thủy tĩnh.
Hầu hết các hư hỏng của lớp lót sợi thủy tinh xảy ra do hư hỏng trong quá trình lắp đặt [5].Kiểm tra thủy tĩnh là cần thiết nhưng không phát hiện được những hư hỏng nhỏ có thể xảy ra trong quá trình sử dụng.
Hình 10. Dưới đây là giao diện bên trong (trái) và bên ngoài (phải) giữa các đoạn ống sợi thủy tinh.
Khiếm khuyết 7. Hình 10 thể hiện sự kết nối của hai đoạn ống sợi thủy tinh.Hình 11 cho thấy mặt cắt ngang của kết nối.Bề mặt bên ngoài của ống không được gia cố và bịt kín đầy đủ, ống bị vỡ trong quá trình vận chuyển.Các khuyến nghị về việc gia cố các mối nối được đưa ra trong DIN 16966, CSA Z662 và ASME NM.2.
Ống polyetylen mật độ cao có trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn và thường được sử dụng cho đường ống dẫn khí và nước, bao gồm cả ống cứu hỏa trong khu vực nhà máy.Hầu hết các hư hỏng trên các tuyến này đều liên quan đến hư hỏng trong quá trình đào [6].Tuy nhiên, hư hỏng phát triển vết nứt chậm (SCG) cũng có thể xảy ra ở ứng suất tương đối thấp và biến dạng tối thiểu.Theo báo cáo, “SCG là dạng hư hỏng phổ biến trong đường ống polyetylen (PE) ngầm với tuổi thọ thiết kế là 50 năm” [7].
Lỗi 8: SCG hình thành trong vòi chữa cháy sau hơn 20 năm sử dụng.Vết nứt của nó có các đặc điểm sau:
Sự hư hỏng của SCG được đặc trưng bởi kiểu gãy: nó có biến dạng tối thiểu và xảy ra do có nhiều vòng đồng tâm.Khi diện tích SCG tăng lên khoảng 2 x 1,5 inch, vết nứt lan truyền nhanh chóng và các đặc điểm vĩ mô trở nên ít rõ ràng hơn (Hình 12-14).Đường dây có thể bị thay đổi tải hơn 10% mỗi tuần.Các mối nối HDPE cũ đã được báo cáo là có khả năng chống hư hỏng cao hơn do biến động tải trọng so với các mối nối HDPE cũ [8].Tuy nhiên, các cơ sở hiện tại nên xem xét phát triển SCG khi vòi chữa cháy HDPE đã cũ.
Hình 12. Bức ảnh này cho thấy nơi nhánh chữ T giao nhau với ống chính, tạo ra vết nứt được biểu thị bằng mũi tên màu đỏ.
Cơm.14. Ở đây bạn có thể thấy cận cảnh bề mặt gãy của nhánh hình chữ T với ống hình chữ T chính.Có vết nứt rõ ràng ở bề mặt bên trong.
Thùng chứa trung gian số lượng lớn (IBC) thích hợp để lưu trữ và vận chuyển số lượng nhỏ hóa chất (Hình 15).Họ đáng tin cậy đến mức người ta dễ dàng quên rằng thất bại của họ có thể gây ra mối nguy hiểm đáng kể.Tuy nhiên, lỗi MDS có thể dẫn đến tổn thất tài chính đáng kể, một số tổn thất trong số đó đã được các tác giả xem xét.Hầu hết các hư hỏng đều do xử lý không đúng cách [9-11].Mặc dù IBC có vẻ dễ kiểm tra nhưng các vết nứt trên HDPE do xử lý không đúng cách rất khó phát hiện.Đối với người quản lý tài sản ở các công ty thường xuyên xử lý các thùng chứa số lượng lớn chứa các sản phẩm nguy hiểm, việc kiểm tra bên ngoài và bên trong thường xuyên và kỹ lưỡng là bắt buộc.ở Mỹ.
Thiệt hại và lão hóa do tia cực tím (UV) là phổ biến ở các polyme.Điều này có nghĩa là chúng ta phải tuân thủ cẩn thận các hướng dẫn bảo quản vòng chữ O và xem xét tác động đến tuổi thọ của các bộ phận bên ngoài như bể hở và lớp lót ao.Mặc dù chúng ta cần tối ưu hóa (giảm thiểu) ngân sách bảo trì nhưng cần phải kiểm tra một số bộ phận bên ngoài, đặc biệt là những bộ phận tiếp xúc với ánh sáng mặt trời (Hình 16).
Các đặc điểm như nhiệt độ chuyển thủy tinh, bộ nén, độ xuyên thấu, độ rão ở nhiệt độ phòng, độ nhớt, độ lan truyền vết nứt chậm, v.v. xác định đặc tính hiệu suất của các bộ phận nhựa và đàn hồi.Để đảm bảo bảo trì hiệu quả và hiệu quả các bộ phận quan trọng, các đặc tính này phải được tính đến và các polyme phải nhận thức được các đặc tính này.
Các tác giả xin cảm ơn các khách hàng và đồng nghiệp sâu sắc đã chia sẻ những phát hiện của họ với ngành.
1. Lewis Sr., Richard J., Từ điển Hóa học Ngắn gọn của Hawley, tái bản lần thứ 12, Thomas Press International, London, UK, 1992.
2. Nguồn Internet: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Ảnh hưởng của nhiệt độ và xử lý bề mặt vòng chữ O đến khả năng bịt kín của Viton V747-75.Tài liệu Kỹ thuật của NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Các phương pháp thực hành tốt nhất dành cho các nhà sản xuất dầu khí Canada (CAPP), “Sử dụng đường ống composite (phi kim loại) cốt thép,” tháng 4 năm 2017.
6. Maupin J. và Mamun M. Phân tích hư hỏng, rủi ro và nguy hiểm của ống nhựa, Dự án DOT số 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi và Jingyan Zheng, Cơ chế phát triển vết nứt chậm trong Polyethylene: Phương pháp phần tử hữu hạn, Hội nghị đường ống và bình chịu áp ASME 2015, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., và Bryce, W., Độ mỏi của ống nước nhựa: Đánh giá kỹ thuật và đề xuất về thiết kế độ mỏi của ống PE4710, Báo cáo kỹ thuật thay mặt cho Hiệp hội ống nhựa, tháng 5 năm 2012.
9. Hướng dẫn của CBA/SIA về Lưu trữ Chất lỏng trong Thùng chứa số lượng lớn trung gian, ICB Số 2, Tháng 10 năm 2018 Trực tuyến: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charter, Nguyên nhân rò rỉ IBC trong các nhà máy hóa chất – Phân tích kinh nghiệm vận hành, Chuỗi hội thảo số 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, trực tuyến: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Chăm sóc túi đựng IBC: Năm mẹo giúp chúng tồn tại lâu dài, được đăng trong Thùng chứa số lượng lớn, Túi đựng IBC, Tính bền vững, đăng trên blog.containerexchanger.com, ngày 15 tháng 9 năm 2018.
Ana Benz là Kỹ sư trưởng tại IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Canada T6E 5T8; Điện thoại: 780-577-4481; Email: [email protected]).Bà đã làm chuyên gia về ăn mòn, hư hỏng và kiểm tra trong 24 năm.Kinh nghiệm của cô bao gồm tiến hành thanh tra bằng các kỹ thuật thanh tra tiên tiến và tổ chức các chương trình thanh tra nhà máy.Mercedes-Benz phục vụ ngành công nghiệp chế biến hóa chất, nhà máy hóa dầu, nhà máy phân bón và nhà máy niken trên toàn thế giới cũng như các nhà máy sản xuất dầu khí.Cô đã nhận được bằng kỹ thuật vật liệu của Đại học Simon Bolivar ở Venezuela và bằng thạc sĩ về kỹ thuật vật liệu của Đại học British Columbia.Cô có một số chứng chỉ thử nghiệm không phá hủy của Ủy ban Tiêu chuẩn Chung Canada (CGSB), cũng như chứng chỉ API 510 và chứng chỉ Cấp 3 của Nhóm CWB.Benz là thành viên của Chi nhánh Điều hành NACE Edmonton trong 15 năm và trước đây đã đảm nhiệm nhiều vị trí khác nhau trong Hiệp hội Hàn Canada Chi nhánh Edmonton.
CÔNG TY TNHH NINGBO BODI SEALS SẢN XUẤT CÁC LOẠIORING FFKM,BỘ DỤNG CỤ ORING FKM,
CHÀO MỪNG BẠN ĐẾN LIÊN HỆ VỚI CHÚNG TÔI TẠI ĐÂY, CẢM ƠN!
Thời gian đăng: 18-11-2023