Zbiorniki i naczynia z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem - Fibre-reinforced plastic tanks and vessels

FRP ( Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym, znane również jako GRP lub tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym) to nowoczesny materiał kompozytowy do konstrukcji wyposażenia zakładów chemicznych, takich jak zbiorniki i naczynia . Sprzęt chemiczny o wielkości od mniej niż jednego 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 odporny na korozję charakter FRP zbiornik może być wykonany w całości z kompozytu lub można zastosować drugą wkładkę. 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))

Wykładzina, jeśli jest wykonana z FRP, jest zwykle bogata w żywicę i wykorzystuje inny rodzaj szkła , zwany „C-Glass”, podczas gdy część strukturalna wykorzystuje „E-Glass”. Wykładzina termoplastyczna ma zwykle grubość 2,3 mm (100 milicali ). Uważa się, że ta wykładzina termoplastyczna nie wpływa na wytrzymałość mechaniczną. Wykładzina FRP jest zwykle utwardzana przed nawijaniem lub kontynuacją układania przy użyciu systemu BPO / DMA lub katalizatora MEKP z kobaltem w żywicy .

Jeśli wyściółka nie jest wykonana z FRP, istnieje wiele możliwości wyboru wyściółki termoplastycznej. Inżynier będzie musiał zaprojektować zbiornik na podstawie chemicznego zapotrzebowania na korozję urządzenia. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF są używane jako zwykłe wkładki termoplastyczne.

Ze względu na słabość FRP do wyboczenia , 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 przy ustawianiu włókien w kierunku stycznym. Zwiększa to wytrzymałość obręczy , dzięki czemu zbiorniki są anizotropowo silniejsze niż stal (funt na funt).

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

Aplikacje

Zbiorniki i zbiorniki FRP zaprojektowane zgodnie z BS 4994 są szeroko stosowane w przemyśle chemicznym w następujących sektorach: producenci chloro-alkaliczne, nawozy, miazga drzewna i papier, wydobycie metali, rafinacja , galwanizacja , solanka , ocet , przetwórstwo spożywcze i powietrze sprzęt do kontroli zanieczyszczeń, zwłaszcza w komunalnych oczyszczalniach ścieków i oczyszczalniach wody .

Rodzaje

Zbiorniki FRP i zbiorniki procesowe są używane w różnych zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych, w tym w zastosowaniach chemicznych, wodno-ściekowych, żywności i napojów, górnictwie i metalach, energetyce, energetyce 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 kratownicy. Media kontroluje stężenia o zanieczyszczenia w gazie przychodzącego poprzez adsorpcję i absorpcji .

Statki te mają kilka ograniczeń projektowych. Muszą być zaprojektowane dla

  • Rozładowywanie i ponowne ładowanie mediów
  • Korozyjne działanie uzdatnianej cieczy
  • Ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne
  • Obciążenia środowiskowe
  • Obciążenia nośne dla kraty i systemu nośnego
  • Podnoszenie i instalowanie jednostki pływającej
  • Regeneracja mediów wewnątrz naczynia
  • Wewnętrzne wsporniki stosu dla konstrukcji z podwójnym łóżkiem
  • Nadmiarowość do konserwacji zapobiegawczej
  • Odparowywanie w celu usunięcia cieczy, które degradują suche media
  • Usuwanie kondensatu w celu usunięcia cieczy, która skropliła się wewnątrz naczynia

Mokre media

Płuczki mokre zwykle zanurzają zanieczyszczony płyn w roztworze płuczącym. Statki te muszą być zaprojektowane zgodnie z bardziej rygorystycznymi kryteriami. Ograniczenia projektowe dla skruberów mokrych mediów zazwyczaj obejmują:

  • Korozyjne działanie zanieczyszczonego płynu i roztworu płuczącego.
  • Wysokie ciśnienie i obciążenie systemu natryskowego
  • Aerodynamika mediów wewnętrznych zapewniająca brak bypassu
  • Systemy wsparcia wewnętrznego
  • Zbiornik płynu szorującego do recyrkulacji.
  • Ciśnienie wewnętrzne i zewnętrzne
  • Obciążenia środowiskowe
  • Podnoszenie i instalowanie naczynia
  • Doprowadzenie płynu płuczącego do naczynia
  • Opróżnianie w celu usunięcia płynów ze studzienki

W przypadku dekarbonatora , stosowanego w układach odwróconej osmozy w celu ograniczenia stężenia gazów w wodzie, cieczą płuczącą jest powietrze, a ciecz rozpylana - zanieczyszczonym strumieniem. Gdy woda jest rozpryskiwana ze skrubera, powietrze wypiera wodne gazy z wody, które mają zostać oczyszczone w innym naczyniu.

Biologiczny

Płuczki biologiczne są strukturalnie identyczne jak płuczki do mediów mokrych, ale różnią się konstrukcją. Naczynie zostało zaprojektowane tak, aby było większe, więc powietrze przepływa przez niego wolniej. Pożywka ma na celu pobudzenie wzrostu biologicznego, a woda, która rozpyla się przez naczynie, jest wypełniona substancjami odżywczymi, które pobudzają rozwój bakterii . W takich płuczkach bakterie usuwają zanieczyszczenia. Ponadto, zamiast pojedynczego, dużego systemu wsporczego (zwykle 10 stóp głębokości medium dla płuczek chemicznych), istnieje wiele etapów podparcia medium, które mogą zmienić wymagania projektowe zbiornika. (Zobacz biofiltr dla podobnej technologii, która jest zwykle wykonywana poza naczyniem FRP.)

czołgi

Typowy zbiornik magazynowy wykonany z FRP ma wlot, wylot, odpowietrznik, otwór dostępowy , spust i dyszę przelewową. Istnieją jednak inne funkcje, które można uwzględnić w zbiorniku. Drabiny na zewnątrz umożliwiają łatwy dostęp do dachu w celu załadunku. Statek musi być tak zaprojektowany, aby wytrzymać obciążenie osoby stojącej na tych drabinach, a nawet osobę stojącą na dachu. Nachylone spodnie ułatwiają odprowadzanie wody. Wskaźniki poziomu pozwalają komuś dokładnie odczytać poziom cieczy w zbiorniku. Naczynie musi być odporne na korozyjną naturę zawartego w nim płynu. Zazwyczaj te naczynia mają dodatkową konstrukcję zabezpieczającą na wypadek pęknięcia statku.

Rozmiar

Rozmiar naczyń 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 zwykle ograniczone przez żeglugowych ograniczeń, a ekonomia zaproponować konkretną lub stalowy zbiornik wytworzoną przy zbiorniku w miejscu .

W przypadku przechowywania chemikaliów i kontroli zanieczyszczenia powietrza wybiera się wiele zbiorników o mniejszych średnicach . Na przykład, jedną z największych projektów zwalczania zapachu w Kalifornii The pomarańczowy County Sanitation Rosja wykorzysta 24 naczyń łącznie do leczenia 188,300 cfm (86.200 l / s) o nieprzyjemnym zapachu powietrza o konstrukcji do 50 ppm w siarkowodór . Aby równoważny pojedynczy zbiornik działał równie dobrze, jak 13 filtrów zraszających w głowicy , pojedynczy zbiornik musiałby mieć ponad 36 stóp średnicy. Byłoby to niepraktyczne ze względu na wysokie wymagania transportowe, podpory wewnętrzne, dysze rozpylające i inne elementy wewnętrzne. Ponadto ten pojedynczy statek nie obejmowałby nadmiarowości w celu konserwacji zapobiegawczej .

Ograniczenia

Typowe limity naczyń i konstrukcji FRP są prawie całkowicie oparte na parametrach aplikacji i zastosowanych żywicach. Żywica termoplastyczna będzie ulegać pełzaniu w podwyższonych temperaturach i ostatecznie zawiedzie. Jednak nowa chemia wyprodukowała żywice, które twierdzą, że są w stanie osiągnąć jeszcze wyższe temperatury, co ogromnie rozszerza tę dziedzinę. Typowe maksimum to 200 stopni Celsjusza.

Naczynia i konstrukcje z włókna szklanego są również podatne na degradację pod wpływem długotrwałego wystawienia na działanie promieni słonecznych. To pogorszenie jest spowodowane zmianami chemicznymi, które zachodzą w wyniku ekspozycji na część światła ultrafioletowego (UV). Degradacja powoduje powstanie zbiorników i konstrukcji z włókna szklanego, otwierając pory w powierzchni, umożliwiając odprowadzanie styrenu z naczynia lub konstrukcji ścian, powodując ich kruchość, zmniejszając odporność na uderzenia i potencjalne właściwości wydłużające części. Degradację pod wpływem światła UV można skutecznie zahamować poprzez dodanie zewnętrznych żelkotów i uszczelniaczy, które chronią konstrukcję z włókna szklanego, usuwając dostęp UV do powierzchni produktu, odbijając tym samym energię UV.

Trwałość części pod wpływem promieniowania UV zależy od poziomu i rodzaju dodatku UV, jak również od grubości i konstrukcji części, rodzaju pigmentu, poziomu i skuteczności dyspersji, warunków przetwarzania oraz położenia geograficznego, w którym wypraska jest używana (patrz Rysunek 3). Podczas porównywania właściwości UV żywicy ważne jest, aby upewnić się, że testy zostały przeprowadzone w sposób spójny. Na rysunku 1 przedstawiono dane dotyczące przyspieszonego starzenia. Generalnie 2000 godzin odpowiada 1 rokowi na Florydzie i 1400 godzinom 1 rokowi w południowej Kanadzie. Często używane są terminy takie jak „UV-8”. UV-8 oznacza, że ​​materiał może wytrzymać 8000 godzin w meteorometrze 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 meteorometr, tj. Carbon Arc czy Xenon, został użyty, a także dowiedzieć się, jak działał meteorometr. ASTM D-2565 to uznany standard. Aby potwierdzić te dane, testy można przeprowadzić z wykorzystaniem rzeczywistej ekspozycji na warunki atmosferyczne, takie jak Floryda i Arizona. Uwaga Rysunek 1 wykorzystuje standardowe kryteria branżowe, kiedy próbka osiągnęła mniej niż 50% jej pierwotnego wydłużenia przy zerwaniu, aby określić koniec testu. W większości przypadków żywotność części wykracza poza ten punkt. Wszystkie próbki na rysunku 1 nie są pigmentowane, tak jak zostały dostarczone przez firmę Exxon Chemical. Dane z testów wydajności UV można znaleźć w naszych arkuszach danych dla każdego konkretnego gatunku. Charakterystyka odporności na światło Stabilizacja w ultrafiolecie (UV) Tworzywa sztuczne są narażone na zniszczenie i niszczą pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego. Kiedy plastikowe zbiorniki pochłaniają ultrafioletowe światło słoneczne, energia UV pobudza łańcuchy polimerów, powodując ich pękanie. Efektem są przebarwienia, kruchość i ewentualne pękanie. Podwyższone temperatury i tlen mają tendencję do przyspieszania degradacji. Zbiorniki wymienione jako nadające się do użytku na zewnątrz są chronione przed działaniem promieni UV przez: zabarwienie lub pigmentację i / lub dodanie wewnętrznych stabilizatorów, które preferencyjnie pochłaniają lub rozpraszają energię UV. Zacienienie zbiorników przed słońcem również zapobiegnie zniszczeniu. Zbiorniki muszą mieć możliwość swobodnego rozszerzania się lub kurczenia, należy unikać nadmiernego naprężenia zbiornika. Aby uzyskać pomoc w wyborze odpowiedniego zbiornika do konkretnego zastosowania, zapoznaj się z Przewodnikami wyboru zbiornika żywicy z renomowanymi producentami żywic. Zasoby są publikowane poprzez umieszczenie dodatkowych odniesień do ŚRODKOWYCH IZOLIN PROMIENIOWANIA GLOBALNEGO ORAZ WPŁYWU NA POLIMERY Lata = 70 x ocena UV (izolacja Twojej lokalizacji) (z rysunku 3) Przykład: Część naturalna, prawidłowo uformowana, z użyciem pakietu dodatków UV-8 na Florydzie ieFlorida = 140 Kcal / cm @ 2 / rok. (z Rysunku 3) Tak więc „oczekiwane” lata = 70/140 x 8 = 4 lata (do momentu, gdy pozostało 50% pierwotnych właściwości wydłużenia przy zerwaniu.

Pomyśl o ochronie inwestycji z włókna szklanego przed promieniowaniem UV, w taki sam sposób, w jaki chroniłbyś swoje dzieci za pomocą filtrów przeciwsłonecznych; żelkoty to filtry przeciwsłoneczne do twoich zbiorników, naczyń i innych konstrukcji z włókna szklanego.


Standardy projektowe

Zbiorniki z włókna szklanego podlegają przepisom kilku grup. 

 Typical design parameters and specifications will require either compliance with ASME RTP-1 or accreditation from ASME.
  • Norma ASTM 3299, która jest jedynie specyfikacją produktu, reguluje proces nawijania włókna w zbiornikach. To nie jest standard projektowania.
  • SS245: 1995 Singapurska norma dla segmentowych zbiorników do przechowywania wody z TWS.

Bs4994

Aby uniknąć niepewności związanej z określaniem samej grubości, w BS4994 wprowadzono pojęcie „właściwości jednostkowych”. Jest to właściwość na jednostkę szerokości, na jednostkę masy zbrojenia. Na przykład WYTRZYMAŁOŚĆ JEDNOSTKOWA definiuje się jako obciążenie w niutonach 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 problemy dotyczą naprężenia i odkształcenia , takich jak naprężenie obręczy, naprężenie osiowe i naprężenie zrywające, z właściwościami fizycznymi materiału, takimi jak moduł Younga (co może wymagać analizy anizotropowej ze względu na proces nawijania włókien) ). Są one związane z obciążeniami konstrukcji, takimi jak ciśnienie wewnętrzne i odkształcenia.

BS EN 13121

Ta norma europejska zastępuje BS4994-87, który jest teraz oznaczony jako aktualny, przestarzały, zastąpiony.

SS245: 1995

Jest to obowiązująca norma singapurska dotycząca sekcyjnych zbiorników na wodę z TWS.

Produkuje

Mitsubishi Chemical Infratec

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ „Największe na świecie zbiorniki do przechowywania kwasu FRP”. Wzmocnione tworzywa sztuczne . 49 : 26–29. 2005-11-18. doi : 10.1016 / s0034-3617 (05) 70798-0 .
  2. ^ [1] Strona 12, Zakład 2 Headworks Facility
  3. ^ Inżynierowie Carollo , Okręgowy Zakład Sanitarny Orange County nr 2 Wymiana głowicy (nr zlecenia P2-66) Specyfikacja 11395D.1.3.A.3
  4. ^ Ponieważ obszar musi być utrzymywany, aby zmniejszyć prędkość,
  5. ^ Raventank.com

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

Dalsza lektura