Zbiorniki i naczynia z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem

FRP ( Fibreglass Reinforced Plastics , znany również jako GRP lub Glass Reinforced Plastics) to nowoczesny materiał kompozytowy do budowy zakładów chemicznych, celulozowni i papierni oraz sprzętu spożywczego i farmaceutycznego, takiego jak zbiorniki i naczynia . Sprzęt chemiczny o rozmiarach od mniej niż metra do 20 metrów jest wytwarzany przy użyciu FRP jako materiału konstrukcyjnego.

Urządzenia chemiczne FRP są wytwarzane głównie w procesach ręcznego układania i nawijania włókien . BS4994 nadal pozostaje kluczowym standardem dla tej klasy przedmiotów.

Podwójny laminat

Ze względu na odporność na korozję FRP, zbiornik może być wykonany w całości z kompozytu lub można zastosować drugą wykładzinę. W obu przypadkach wewnętrzna wyściółka jest wykonana przy użyciu innych właściwości materiału niż część konstrukcyjna (stąd nazwa dual (oznaczająca dwa) i laminat (słowo powszechnie używane dla warstwy materiału kompozytowego))

Wkładka, jeśli jest wykonana z FRP, jest zwykle bogata w żywicę i wykorzystuje inny rodzaj szkła , zwany „C-Glass”, podczas gdy część konstrukcyjna wykorzystuje „E-Glass”. Wkładka termoplastyczna ma zwykle grubość 2,3 mm (100 milicali ). Uważa się, że ta termoplastyczna wyściółka nie przyczynia się do wytrzymałości mechanicznej. Wkładka FRP jest zwykle utwardzana przed dalszym nawijaniem lub układaniem za pomocą BPO / DMA lub katalizatora MEKP z kobaltem w żywicy .

Jeśli wkładka nie jest wykonana z FRP, istnieje wiele możliwości wyboru wkładki termoplastycznej. Inżynier korozji chemicznej sprzętu. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF są stosowane jako zwykłe wkładki termoplastyczne.

Ze względu na podatność FRP na wyboczenie , ale ogromną wytrzymałość na siły rozciągające i odporność na korozję, zbiornik hydrostatyczny jest logicznym zastosowaniem kompozytu. Zbiornik jest zaprojektowany tak, aby wytrzymać siły hydrostatyczne wymagane przez ukierunkowanie włókien w kierunku stycznym. Zwiększa to wytrzymałość obręczy , dzięki czemu zbiorniki są anizotropowo mocniejsze niż stal (funt na funt).

FRP, który jest zbudowany na wykładzinie, zapewnia wymagania wytrzymałości konstrukcyjnej, aby wytrzymać warunki projektowe, takie jak ciśnienie wewnętrzne lub próżnia , obciążenia hydrostatyczne, obciążenia sejsmiczne (w tym chlupotanie płynów), obciążenia wiatrem , obciążenia hydrostatyczne podczas regeneracji, a nawet obciążenia śniegiem .

Aplikacje

Zbiorniki i zbiorniki FRP zaprojektowane zgodnie z normą BS 4994 znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym w następujących sektorach: producenci chloro-alkaliów, nawozów, pulpy drzewnej i papieru, wydobycie metali, rafinacja, galwanizacja , solanka , ocet , przetwórstwo spożywcze oraz w powietrzu urządzenia kontrolujące zanieczyszczenia, zwłaszcza w komunalnych oczyszczalniach ścieków i stacjach uzdatniania wody .

typy

Zbiorniki i zbiorniki procesowe FRP są wykorzystywane w różnych zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych, w tym w przemyśle chemicznym, wodnym i ściekowym, spożywczym, górniczym i metalowym, energetycznym, energetycznym i zastosowaniach o wysokiej czystości.

Płuczki

Płuczki FRP są używane do szorowania płynów . W technologii kontroli zanieczyszczenia powietrza skrubery występują w trzech odmianach: Dry Media, Wet Media i Biological.

Suche media

Suche media zwykle obejmowały suche, stałe media (takie jak węgiel aktywny ) zawieszone w środku naczynia na systemie wsporników belek i kraty. Media kontrolują stężenie zanieczyszczeń w dopływającym gazie poprzez adsorpcję i absorpcję .

Statki te mają kilka ograniczeń konstrukcyjnych. Muszą być zaprojektowane dla

• Rozładowywanie i ponowne ładowanie nośników
• Korozyjne działanie płynu, który ma być leczony
• Ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne
• Obciążenia środowiskowe
• Obciążenia podporowe dla kraty i systemu podpór
• Podnoszenie i instalowanie statku
• Regeneracja mediów wewnątrz naczynia
• Wewnętrzne wsporniki stosu dla podwójnej konstrukcji łóżka
• Nadmiarowość do konserwacji zapobiegawczej
• Odmgławianie w celu usunięcia cieczy, które degradują suchy nośnik
• Usuwanie kondensatu, aby usunąć ciecz, która skrapla się wewnątrz naczynia

Mokre media

Płuczki z mokrym medium zwykle zanurzają zanieczyszczony płyn w roztworze płuczącym. Statki te muszą być zaprojektowane zgodnie z bardziej rygorystycznymi kryteriami. Ograniczenia projektowe płuczek z mokrymi mediami zazwyczaj obejmują:

• Korozyjne działanie zanieczyszczonej cieczy i roztworu płuczącego.
• Wysokie ciśnienie i obciążenie systemu natryskowego
• Aerodynamika mediów wewnętrznych, aby zapewnić, że nie ma obejścia
• Wewnętrzne systemy wsparcia
• Zbiornik płynu płuczącego do recyrkulacji.
• Ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne
• Obciążenia środowiskowe
• Podnoszenie i instalacja statku
• Doprowadzenie płynu płuczącego do naczynia
• Opróżnianie w celu usunięcia płynów z miski naczynia

W przypadku dekarbonizatora , stosowanego w systemach odwróconej osmozy w celu ograniczenia stężenia gazów w wodzie, płynem płuczącym jest powietrze, a zanieczyszczonym strumieniem jest rozpylana ciecz. Gdy woda jest rozpylana z płuczki, powietrze usuwa wodne gazy z wody, która ma być oczyszczona w innym naczyniu.

Biologiczny

Płuczki biologiczne są strukturalnie identyczne z płuczkami na mokre media, ale różnią się konstrukcją. Naczynie ma być większe, więc powietrze przepływa przez nie wolniej. Pożywka jest zaprojektowana tak, aby stymulować wzrost biologiczny, a woda, która rozpryskuje się w naczyniu, jest wypełniona składnikami odżywczymi , aby zachęcić bakterie do wzrostu. W takich płuczkach bakterie usuwają zanieczyszczenia. Ponadto, zamiast pojedynczego, dużego systemu podtrzymującego (zwykle 10 stóp głębokości medium dla płuczek chemicznych), istnieje wiele etapów podparcia medialnego, które mogą zmienić wymagania projektowe zbiornika. (Zobacz biofiltr , aby zapoznać się z podobną technologią, która jest zwykle wykonywana poza naczyniem FRP.)

czołgi

Typowy zbiornik magazynowy wykonany z FRP ma wlot, wylot, odpowietrznik, króciec dostępowy , odpływ i króciec przelewowy. Istnieją jednak inne funkcje, które można uwzględnić w zbiorniku. Drabiny na zewnątrz umożliwiają łatwy dostęp do dachu w celu załadunku. Statek musi być zaprojektowany tak, aby wytrzymać obciążenie osoby stojącej na tych drabinach, a nawet wytrzymać osobę stojącą na dachu. Nachylone dna ułatwiają opróżnianie. Wskaźniki poziomu umożliwiają dokładne odczytanie poziomu cieczy w zbiorniku. Naczynie musi być odporne na żrący charakter płynu, który zawiera. Zazwyczaj zbiorniki te mają dodatkową konstrukcję zabezpieczającą na wypadek pęknięcia naczynia.

Rozmiar

Rozmiar zbiorników FRP rzadko jest ograniczony technologią produkcji , ale raczej ekonomią . Zbiorniki mniejsze niż 7500 litrów (2000 galonów ) można łatwo wyprodukować z tańszych materiałów, takich jak HDPE lub PVC. Zbiorniki większe niż cztery metry są generalnie ograniczone transportowymi , a ekonomia sugeruje betonowy lub stalowy zbiornik wykonany w miejscu zbiornika .

W przypadku przechowywania chemikaliów i kontroli zanieczyszczenia powietrza , wybór polega na wykonaniu wielu zbiorników o mniejszych średnicach . Na przykład, jeden z największych projektów kontroli zapachów w Kalifornii , Orange County Sanitation District , wykorzysta łącznie 24 zbiorniki do oczyszczania 188 300 cfm (86 200 l/s) śmierdzącego powietrza, z projektem do 50 ppm siarkowodoru . Aby równoważne pojedyncze naczynie działało tak dobrze, jak 13 filtrów zraszających głowicy , pojedyncze naczynie musiałoby mieć ponad 36 stóp średnicy. Byłoby to niepraktyczne ze względu na wysokie wymagania transportowe, wewnętrzne podpory, dysze natryskowe i inne elementy wewnętrzne. Ponadto ten pojedynczy statek nie zawierałby redundancji w celu konserwacji zapobiegawczej .

Ograniczenia

Typowe ograniczenia dotyczące zbiorników i konstrukcji FRP są prawie w całości oparte na parametrach aplikacji i użytych żywicach. Żywica termoplastyczna ulegnie pełzaniu w podwyższonych temperaturach i ostatecznie ulegnie zniszczeniu. Jednak nowa chemia wytworzyła żywice, które rzekomo są w stanie osiągnąć jeszcze wyższe temperatury, co ogromnie rozszerza to pole. Typowa maksymalna to 200 stopni Celsjusza.

Naczynia i konstrukcje z włókna szklanego są również podatne na degradację pod wpływem długotrwałej ekspozycji na światło słoneczne. Pogorszenie to jest spowodowane zmianami chemicznymi, które zachodzą w wyniku ekspozycji na ultrafioletową (UV) część światła. Degradacja powoduje, że zbiorniki i konstrukcje z włókna szklanego otwierają pory na powierzchni, umożliwiając odprowadzanie styrenu ze ścian naczynia lub konstrukcji, powodując ich kruchość, zmniejszając odporność na uderzenia i potencjalne właściwości wydłużania części. Degradację pod wpływem światła UV można skutecznie zahamować, dodając zewnętrzne żelkoty i uszczelniacze, które chronią konstrukcję z włókna szklanego, usuwając dostęp promieniowania UV do powierzchni produktu, odchylając w ten sposób energię UV.

Żywotność części na promieniowanie UV zależy od poziomu i rodzaju dodatku UV, jak również grubości i konstrukcji części, rodzaju pigmentu, poziomu i skuteczności dyspersji, warunków przetwarzania oraz położenia geograficznego, w którym używana jest wypraska (patrz rysunek 3). Podczas porównywania odporności żywicy na promieniowanie UV ważne jest upewnienie się, że testy zostały przeprowadzone w sposób spójny. Na rysunku 1 przedstawiono dane dotyczące przyspieszonego starzenia. Ogólnie rzecz biorąc, 2000 godzin odpowiada 1 rokowi na Florydzie i 1400 godzin 1 rokowi w południowej Kanadzie. Często używa się terminów takich jak „UV-8”. UV-8 oznacza, że ​​materiał może wytrzymać 8000 godzin w pogodynometrze ksenonowym Ci-65. UV-2 lub UV-4 oznaczałoby odpowiednio 2000 lub 4000 godzin. Stąd UV-8 odpowiada około 4 latom ciągłej ekspozycji na zewnątrz na Florydzie. Ważne jest, aby zrozumieć, który miernik pogody został użyty, tj. Carbon Arc lub Xenon, a także szczegóły dotyczące sposobu działania miernika pogody. ASTM D-2565 jest uznaną normą. Aby potwierdzić te dane, można przeprowadzić testy z wykorzystaniem rzeczywistej ekspozycji na warunki atmosferyczne na zewnątrz, na przykład na Florydzie iw Arizonie. Uwaga Rysunek 1 wykorzystuje standardowe kryteria branżowe, kiedy próbka osiągnęła mniej niż 50% pierwotnego wydłużenia przy zerwaniu, aby określić koniec testu. W większości przypadków żywotność części wykracza poza ten punkt. Wszystkie próbki na rycinie 1 są niepigmentowane zgodnie z dostawą firmy Exxon Chemical. Dane z testu wydajności UV można znaleźć w naszych arkuszach danych dla każdej określonej klasy. Charakterystyka odporności na światło Stabilizacja w świetle ultrafioletowym (UV) Tworzywa sztuczne są atakowane i niszczeją pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego. Kiedy plastikowe zbiorniki pochłaniają światło ultrafioletowe słońca, energia UV pobudza łańcuchy polimerów, powodując ich pękanie. Efektem są przebarwienia, kruchość i ewentualne pękanie. Podwyższone temperatury i tlen mają tendencję do przyspieszania niszczenia. Zbiorniki wymienione jako nadające się do użytku na zewnątrz są chronione przed działaniem promieni UV poprzez: barwienie lub pigmentowanie i/lub dodanie wewnętrznych stabilizatorów, które preferencyjnie pochłaniają lub rozpraszają energię UV. Zacienianie zbiorników przed słońcem zapobiegnie również pogorszeniu. Zbiorniki muszą mieć swobodę rozszerzania się lub kurczenia, unikaj nadmiernego naprężenia zbiornika. Aby uzyskać pomoc w wyborze odpowiedniego zbiornika do konkretnego zastosowania, zobacz przewodniki wyboru zbiorników żywicy renomowanych producentów żywic. Zasoby są publikowane poprzez umieszczanie dodatkowych odniesień do AVENGENALNYCH IZOLINI GLOBALNEGO PROMIENIOWANIA I ICH WPŁYWU NA POLIMERY Lata = 70 x ocena UV (Izolinia Twojej lokalizacji) (z rysunku 3) Przykład: Część naturalna, prawidłowo uformowana, z użyciem pakietu dodatków UV-8 na Florydzie, czyli na Florydzie = 140 Kcal/cm2/rok. (z rysunku 3) Zatem „oczekiwane” lata = 70/140 x 8 = 4 lata (do momentu, gdy pozostanie 50% pierwotnych właściwości wydłużenia przy zerwaniu.

Pomyśl o ochronie swoich inwestycji z włókna szklanego przed promieniowaniem UV w taki sam sposób, w jaki chroniłbyś swoje dzieci filtrem przeciwsłonecznym; żelkoty to filtry przeciwsłoneczne do zbiorników, naczyń i innych konstrukcji z włókna szklanego.

Normy projektowe

Zbiorniki z włókna szklanego podlegają przepisom kilku grup.

• Bs4994 -87 to brytyjska norma dotycząca zbiorników i zbiorników FRP, zastąpiona przez EN 13121.
• EN 13121
• ASME RTP-1 (Reinforced Thermoset Plastic Corrosion Resistant Equipment) to standard dla zbiorników i statków FRP utrzymywanych w Stanach Zjednoczonych pod ciśnieniem poniżej 15 psig i znajdujących się częściowo lub całkowicie nad ziemią .

 Typowe parametry   projektowe  i specyfikacje będą wymagały zgodności z ASME RTP-1 lub akredytacji ASME. 

• ASTM 3299, która jest jedynie specyfikacją produktu, reguluje proces nawijania włókien w zbiornikach. To nie jest standard projektowania.
• SS245:1995 Standard singapurski dla segmentowych zbiorników do przechowywania wody z GRP.

Bs4994

Aby uniknąć niepewności związanej z określaniem samej grubości, w normie BS4994 wprowadzono pojęcie „właściwości jednostkowych”. Jest to właściwość przypadająca na jednostkę szerokości, na jednostkę masy zbrojenia. Na przykład WYTRZYMAŁOŚĆ JEDNOSTKI definiowana jest jako obciążenie w Newtonach na milimetr (szerokości laminatu) dla warstwy składającej się z 1 kg szkła na metr kwadratowy. tj. jednostką jest N/mm na kg/m2 szkła

ASME RTP-1

W specyfikacjach RTP-1 główne obawy dotyczą naprężeń i odkształceń , takich jak naprężenia obwodowe, naprężenia osiowe i naprężenia zrywające, z właściwościami fizycznymi materiału, takimi jak moduł Younga (który może wymagać analizy anizotropowej ze względu na proces nawijania włókna ). Są one związane z obciążeniami konstrukcji, takimi jak ciśnienie wewnętrzne i odkształcenia.

EN 13121

Ta norma europejska zastępuje normę BS4994-87, która jest obecnie oznaczona jako aktualna, przestarzała, zastąpiona.

SS245:1995

Jest to norma singapurska dotycząca zbiorników na wodę segmentowych z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym, która jest aktualna.

Wyroby

Mitsubishi Chemical Infratec

Zobacz też

• EN 13121-3
• BS 4994

Przykład zbiornika segmentowego TWS. https://www.mechgroup.co.uk/grp-sectional-tanks Przykład zbiorników cylindrycznych GRP. https://www.mechgroup.co.uk/grp-cylindrical-tanks

Dalsza lektura

•   BS 4994:1987 – Specyfikacja dotycząca projektowania i budowy zbiorników i zbiorników ze wzmocnionych tworzyw sztucznych . Normy brytyjskie. 1987-06-30. ISBN 0-580-15075-5 .
• „Studium przypadku projektu zbiornika ciśnieniowego” . Technologia ESR. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2007-05-12. — studium przypadku procesu projektowania zbiornika cylindrycznego z wykorzystaniem metodologii BS 4994
• Produkcja zbiorników i zbiorników FRP
• „Pokrywy zbiorników z TWS: Jak w opłacalny sposób spełnić wymagania prawne” . Kompozyty Coventive. — Pokrywy zbiorników z GRP: Jak w opłacalny sposób spełnić wymagania prawne