Резервуары и сосуды из армированного волокном пластика

FRP ( пластик, армированный стекловолокном , также известный как GRP или пластик, армированный стекловолокном) — это современный композитный материал , используемый в строительстве химических заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов, а также пищевого и фармацевтического оборудования, такого как резервуары и резервуары . Химическое оборудование размером от менее метра до 20 метров. ^{[ 1 ]} изготавливаются с использованием стеклопластика в качестве строительного материала.

Химическое оборудование из стеклопластика производится в основном методами ручной укладки и намотки накаливания . BS4994 по-прежнему остается ключевым стандартом для этого класса изделий.

Двойной ламинат

Из-за коррозионной стойкости стеклопластика резервуар можно изготовить полностью из композита или использовать второй лейнер. В любом случае внутренний вкладыш изготавливается с использованием материалов, отличающихся по свойствам от структурной части (отсюда и название «двойной» (что означает два) и «ламинат» (слово, обычно используемое для обозначения слоя композитного материала))

Облицовка, если она изготовлена из стеклопластика, обычно богата смолой и использует другой тип стекла , называемый «C-Glass», в то время как в структурной части используется «E-стекло». Термопластичный вкладыш обычно имеет толщину 2,3 мм (100 мил ). Считается, что этот термопластичный вкладыш не обеспечивает механическую прочность. Стеклопластиковый лайнер обычно отверждается перед намоткой или продолжением укладки с использованием системы BPO / DMA или катализатора MEKP с кобальтом в смоле .

Если вкладыш изготовлен не из стеклопластика, существует несколько вариантов вкладыша из термопластика. Инженеру необходимо будет спроектировать резервуар с учетом требований к химической коррозии оборудования. ПП , ПВХ , ПТФЭ , ECTFE , ETFE , FEP , ХПВХ , ПВДФ В качестве обычных термопластичных вкладышей используются .

Из-за слабости стеклопластика к короблению , но огромной прочности к растягивающим усилиям и устойчивости к коррозии, гидростатический резервуар является логичным применением композита. Резервуар спроектирован так, чтобы выдерживать гидростатические силы, необходимые за счет ориентации волокон в тангенциальном направлении. Это увеличивает прочность кольца , делая резервуары анизотропно прочнее стали (фунт на фунт).

Стеклопластик, построенный поверх футеровки, обеспечивает требования к структурной прочности, позволяющие выдерживать расчетные условия, такие как внутреннее давление или вакуум , гидростатические нагрузки, сейсмические нагрузки (включая выплескивание жидкости), ветровые нагрузки, восстановительные гидростатические нагрузки и даже снеговые нагрузки.

Приложения

Баки и сосуды из стеклопластика, спроектированные в соответствии с BS 4994, широко используются в химической промышленности в следующих секторах: производители хлор-щелочи, удобрения, древесная целлюлоза и бумага, добыча металлов, рафинирование , гальваника , рассол , уксус , пищевая промышленность и воздух. оборудование для контроля загрязнения, особенно на городских очистных сооружениях и водоочистных сооружениях .

Типы

Резервуары и технологические резервуары из стеклопластика используются в различных коммерческих и промышленных целях, включая химическую промышленность, водоснабжение и очистку сточных вод, продукты питания и напитки, горнодобывающую и металлургическую промышленность, энергетику, а также приложения с высокой чистотой.

Скрубберы

FRP Скрубберы используются для очистки жидкостей . В технологии контроля загрязнения воздуха скрубберы бывают трех видов: сухие, влажные и биологические.

Сухие СМИ

Сухая среда обычно представляет собой сухую твердую среду (например, активированный уголь ), подвешенную в середине сосуда на системе балочных опор и решетки. Среда контролирует концентрацию в загрязняющих веществ поступающем газе посредством адсорбции и абсорбции .

Эти суда имеют несколько конструктивных ограничений. Они должны быть предназначены для

Выгрузка и перезагрузка носителя
Коррозионное воздействие обрабатываемой жидкости
Внутреннее и внешнее давление
Экологические нагрузки
Опорные нагрузки для решетки и опорной системы
Подъем и установка судна
Регенерация среды внутри сосуда
Внутренние опоры штабеля для конструкции с двумя кроватями.
Резервирование для профилактического обслуживания
Удаление запотевания для удаления жидкостей, которые разрушают сухую среду.
Удаление конденсата для удаления жидкости, которая конденсируется внутри резервуара.

Мокрые СМИ

Скрубберы с мокрой средой обычно обливают загрязненную жидкость очищающим раствором. Эти суда должны проектироваться по более строгим критериям. Конструктивные ограничения для скрубберов с мокрой средой обычно включают:

Коррозионное воздействие загрязненной жидкости и моющего раствора.
Высокие давления и загрузка распылительной системы
Аэродинамика внутренней среды, обеспечивающая отсутствие обхода
Системы внутренней поддержки
Резервуар промывочной жидкости для рециркуляции.
Внутреннее и внешнее давление
Экологические нагрузки
Подъем и установка судна
Подача промывочной жидкости в резервуар
Слив для удаления жидкости из картера сосуда

В случае декарбонизатора , используемого в системах обратного осмоса для ограничения концентрации газов в воде, воздух является очищающей жидкостью, а распыляемая жидкость — загрязненным потоком. Когда вода распыляется из скруббера, воздух удаляет водные газы из воды, которые затем обрабатываются в другом сосуде.

Биологический

Биологические скрубберы конструктивно идентичны скрубберам с мокрой средой, но различаются по конструкции. Судно рассчитано на больший размер, поэтому воздух проходит через него медленнее. Среда предназначена для стимулирования биологического роста, а вода, распыляемая через сосуд, наполнена питательными веществами , стимулирующими бактерий рост . В таких скрубберах бактерии очищают загрязняющие вещества. Кроме того, вместо единой большой системы поддержки (обычно глубина среды 10 футов для химических скрубберов) существует несколько этапов поддержки среды, которые могут изменить требования к конструкции судна. (См . «Биофильтр» , где описана аналогичная технология, которая обычно применяется за пределами сосуда из стеклопластика.)

Танки

Типичный резервуар для хранения, изготовленный из стеклопластика, имеет впускное отверстие, выпускное отверстие, вентиляционное отверстие, порт доступа , слив и переливное сопло. Однако есть и другие функции, которые можно включить в резервуар. Лестницы снаружи обеспечивают легкий доступ к крыше для погрузки. Судно должно быть спроектировано таким образом, чтобы выдерживать нагрузку человека, стоящего на этих лестницах, и даже выдерживать человека, стоящего на крыше. Наклонное дно облегчает слив воды. Указатели уровня позволяют точно определить уровень жидкости в резервуаре. Сосуд должен быть устойчив к коррозионному воздействию содержащейся в нем жидкости. Обычно эти сосуды имеют вторичную защитную конструкцию на случай взрыва сосуда.

Размер

Размер судов из стеклопластика редко ограничивается технологией производства , а скорее экономикой . Резервуары объемом менее 7500 литров (2000 галлонов ) легко изготавливаются из более дешевых материалов, таких как ПЭВП или ПВХ. Резервуары размером более четырех метров, как правило, ограничены ограничениями по доставке , и с экономической точки зрения цистерна должна быть изготовлена из бетона или стали цистерны на месте расположения .

Для хранения химикатов и контроля загрязнения воздуха лучше всего сделать несколько резервуаров меньшего диаметра . Например, один из крупнейших проектов по борьбе с неприятными запахами в Калифорнии , Санитарный округ округа Ориндж, будет использовать 24 ^{[ 2 ]} Общая емкость сосудов рассчитана на обработку 188 300 кубических футов в минуту 50 частей на миллион до (86 200 л/с) пахучего воздуха и рассчитана на содержание сероводорода . ^{[ 3 ]} Чтобы эквивалентный одиночный сосуд работал так же хорошо, как и 13 капельных фильтров на головных сооружениях , диаметр одного сосуда должен быть более 36 футов. ^{[ 4 ]} Это было бы непрактично из-за высоких требований к транспортировке, внутренних опор, распылительных форсунок и других внутренних устройств. Кроме того, это единственное судно не будет предусматривать резервирование для профилактического обслуживания .

Ограничения

Ограничения типичных сосудов и конструкций из стеклопластика почти полностью зависят от параметров применения и используемых смол. Термопластичная смола будет страдать от ползучести при повышенных температурах и в конечном итоге выйдет из строя. Однако новая химия создала смолы, которые, как утверждают, способны достигать еще более высоких температур, что значительно расширяет эту область. Типичный максимум составляет 200 градусов Цельсия.

Сосуды и конструкции из стекловолокна также подвержены разрушению при длительном воздействии солнечного света. Это ухудшение вызвано химическими изменениями, которые происходят в результате воздействия ультрафиолетовой (УФ) части света. Деградация приводит к тому, что в резервуарах и конструкциях из стекловолокна открываются поры на поверхности, позволяя стиролу выходить из резервуара или стенок конструкции, вызывая их охрупчивание, снижая ударопрочность и потенциальное удлинение детали. Разрушение под действием УФ-излучения можно эффективно предотвратить путем добавления наружных гелькоутов и герметиков, которые защищают конструкцию из стекловолокна, устраняя доступ УФ-излучения к поверхности продукта, тем самым отражая УФ-энергию.

Срок службы детали под воздействием УФ-излучения зависит от уровня и типа УФ-добавки, а также от толщины и конструкции детали, типа пигмента, уровня и эффективности дисперсии, условий обработки и географического местоположения, где используется отлитая деталь (см. Рисунок 3). Это важно при сравнении характеристик смолы в УФ-излучении. для обеспечения того, чтобы тестирование проводилось на постоянной основе. На рисунке 1 представлены данные ускоренного выветривания. Обычно 2000 часов соответствуют 1 году во Флориде и 1400 часов — 1 году в Южной Канаде. Часто используются такие термины, как «УФ-8». UV-8 означает, что материал может выдерживать 8000 часов в ксеноновом метеорометре Ci-65. УФ-2 или УФ-4 будут означать 2000 или 4000 часов соответственно. Следовательно, УФ-8 соответствует примерно 4 годам непрерывного воздействия на открытом воздухе во Флориде. Важно понимать, какой метеорометр, т. е. Carbon Arc или Xenon, использовался, а также подробности того, как работал метеорометр. ASTM D-2565 является признанным стандартом. Для подтверждения этих данных можно провести тестирование с использованием фактического воздействия погодных условий на открытом воздухе, например, во Флориде и Аризоне. Примечание. На рис. 1 для определения окончания испытания используются стандартные отраслевые критерии, когда образец достиг менее 50 % своего первоначального разрывного удлинения. В большинстве случаев срок полезного использования детали превышает эту точку. Все образцы на рисунке 1 не пигментированы и поставляются компанией Exxon Chemical. Данные испытаний на УФ-излучение можно найти в наших технических характеристиках для каждого конкретного класса. Характеристики светостойкости Стабилизация ультрафиолета (УФ) Пластмассы разрушаются и портятся под воздействием прямых солнечных лучей. Когда пластиковые резервуары поглощают ультрафиолетовый свет солнца, энергия ультрафиолета возбуждает цепи полимеров, заставляя их разрываться. Последствиями являются обесцвечивание, охрупчивание и возможное растрескивание. Повышенные температуры и кислород ускоряют ухудшение состояния. Резервуары, указанные как пригодные для эксплуатации на открытом воздухе, защита от воздействия УФ-излучения путем: окрашивания или пигментирования и/или добавления внутренних стабилизаторов, которые преимущественно поглощают или рассеивают энергию УФ-излучения. Затенение резервуаров от солнца также предотвратит ухудшение состояния. Резервуары должны иметь возможность свободно расширяться или сжиматься, избегайте чрезмерного натяжения резервуара. Для получения помощи в выборе резервуара, подходящего для конкретного применения, см. Руководства по выбору смол для резервуаров от известных производителей смол. Ресурсы, публикуемые ^{[ 5 ]} размещение дополнительных ссылок на ОБЩИЕ ИЗОЛИНИИ ГЛОБАЛЬНОЙ РАДИАЦИИ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЛИМЕРЫ Годы = 70 x рейтинг УФ (изолиния вашего местоположения) (из рисунка 3). Пример: натуральная деталь, отлитая правильно, с использованием пакета присадок UV-8 для использования во Флориде. т. е. Флорида = 140 ккал/см2/год. (из рисунка 3) Таким образом, «ожидаемые годы» = 70/140 x 8 = 4 года (до тех пор, пока не останется 50% исходных свойств удлинения при разрыве).

Подумайте о защите своих вложений из стекловолокна от ультрафиолета, почти так же, как вы защищаете своих детей солнцезащитным кремом; Гелькоуты — это солнцезащитные кремы для ваших резервуаров, сосудов и других конструкций из стекловолокна.

Стандарты проектирования

Резервуары из стекловолокна подпадают под регулирование нескольких групп.

BS4994-87 — это британский стандарт для резервуаров и сосудов из стеклопластика, замененный стандартом EN 13121.
ЕН 13121
ASME RTP-1 (оборудование, устойчивое к коррозии из армированного термореактивного пластика) является стандартом для резервуаров и сосудов из стеклопластика, находящихся на территории США при давлении ниже 15 фунтов на квадратный дюйм и расположенных частично или полностью над землей .

 Typical design parameters and specifications will require either compliance with ASME RTP-1 or accreditation from ASME.

ASTM 3299, который является лишь спецификацией продукта, регулирует процесс намотки резервуаров. Это не стандарт дизайна.
SS245:1995 Сингапурский стандарт для секционных резервуаров для хранения воды из стеклопластика.

BS4994

Чтобы избежать неопределенности, связанной с указанием только толщины, BS4994 ввел концепцию «свойств единицы». Это свойство на единицу ширины, на единицу массы арматуры. Например, ЕДИНИЦА ПРОЧНОСТИ определяется как нагрузка в Ньютонах на миллиметр (ширины ламината) для слоя, состоящего из 1 кг стекла на квадратный метр. т.е. единицей измерения является Н/мм на кг/м2 стекла.

АСМЭ РТП-1

В спецификациях RTP-1 основные проблемы связаны с напряжением и деформацией , такими как окружное напряжение, осевое напряжение и разрушающее напряжение, с физическими свойствами материала, такими как модуль Юнга (который может потребовать анизотропного анализа из-за процесса намотки накаливания). ). Они связаны с нагрузками конструкции, такими как внутреннее давление и деформация.

БС ЕН 13121

Этот европейский стандарт заменяет BS4994-87, который теперь имеет маркировку «Текущий», «Устаревший», «Замененный».

СС245:1995

Это действующий сингапурский стандарт для секционных резервуаров для воды из стеклопластика.

Производство

Мицубиси Кемикал Инфратек

См. также

Ссылки

^ Ньюберри, Альфред Л.; Путри, Гунунг (18 ноября 2005 г.). «Самые большие в мире резервуары для хранения кислоты из стеклопластика». Армированные пластмассы . 49 (10): 26–29. дои : 10.1016/s0034-3617(05)70798-0 .
^ [1] Страница 12, Головное сооружение завода 2
^ Carollo Engineers , Замена головных сооружений завода № 2 санитарного округа округа Ориндж (задание № P2-66), спецификация 11395D.1.3.A.3
^ Поскольку для снижения скорости необходимо сохранять площадь, ${{\sqrt {13*{{\pi } \over {4}}*10^{2}}} \over {\pi \over 4}}=36.055ft$
^ Raventank.com

Пример секционного резервуара из стеклопластика. https://www.mechgroup.co.uk/grp-sectional-tanks Пример цилиндрических резервуаров из стеклопластика. https://www.mechgroup.co.uk/grp-cylindrical-tanks

Дальнейшее чтение

BS 4994:1987 – Технические условия на проектирование и изготовление сосудов и резервуаров из армированных пластмасс . Британские стандарты. 30 июня 1987 г. ISBN 0-580-15075-5 .
«Пример проектирования сосудов под давлением» . Технология ЭСР. Архивировано из оригинала 12 мая 2007 г. — тематическое исследование процесса проектирования цилиндрического сосуда с использованием методологии BS 4994.
Производство резервуаров и сосудов из стеклопластика
«Крышки резервуаров из стеклопластика: как экономически эффективно выполнить нормативные требования» . Ковентивные композиты. — Крышки резервуаров из стеклопластика: как обеспечить соответствие нормативным требованиям экономически эффективным способом

^{[ 1 ]}

^ Бонифилд, Рик (24 января 2023 г.). «Проверка резервуаров и сосудов из армированного волокном пластика» . ПласТех Сервис . ПласТех Сервисез, Инк . Проверено 6 февраля 2023 г.

[1] Ньюберри, Альфред Л.; Путри, Гунунг (18 ноября 2005 г.). «Самые большие в мире резервуары для хранения кислоты из стеклопластика». Армированные пластмассы . 49 (10): 26–29. дои : 10.1016/s0034-3617(05)70798-0 .

[2] [1] Страница 12, Головное сооружение завода 2

[3] Carollo Engineers , Замена головных сооружений завода № 2 санитарного округа округа Ориндж (задание № P2-66), спецификация 11395D.1.3.A.3

[4] Поскольку для снижения скорости необходимо сохранять площадь, ${{\sqrt {13*{{\pi } \over {4}}*10^{2}}} \over {\pi \over 4}}=36.055ft$

[5] Raventank.com

[6] Бонифилд, Рик (24 января 2023 г.). «Проверка резервуаров и сосудов из армированного волокном пластика» . ПласТех Сервис . ПласТех Сервисез, Инк . Проверено 6 февраля 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 1 ]