Резервуары и сосуды из армированного волокном пластика

FRP ( Fibreglass Reinforced Plastics , также известный как GRP или Glass Reinforced Plastics) — это современный композитный материал , используемый в строительстве для химических заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов, а также пищевого и фармацевтического оборудования, такого как резервуары и сосуды . Химическое оборудование размером от менее метра до 20 метров ^[1] изготавливается с использованием FRP в качестве конструкционного материала.

Химическое оборудование FRP изготавливается в основном с помощью процессов ручной выкладки и намотки нитей . BS4994 по-прежнему остается ключевым стандартом для этого класса изделий.

Из-за коррозионной стойкости FRP бак может быть полностью изготовлен из композита или может быть использован второй вкладыш. В любом случае внутренний вкладыш изготавливается с использованием других свойств материала , чем структурная часть (отсюда название dual (что означает два) и laminate (слово, обычно используемое для слоя композитного материала))

Подкладка, если она сделана из FRP, обычно богата смолой и использует другой тип стекла , называемый «C-стекло», в то время как структурная часть использует «E-стекло». Термопластичная подкладка обычно имеет толщину 2,3 мм (100 мил ). Считается, что эта термопластичная подкладка не обеспечивает механическую прочность. Подкладка FRP обычно отверждается перед продолжением намотки или укладки с использованием либо системы BPO / DMA , либо катализатора MEKP с кобальтом в смоле .

Если футеровка не из FRP, есть несколько вариантов термопластиковой футеровки. Инженеру необходимо будет спроектировать резервуар на основе требований к химической коррозии оборудования. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF используются в качестве обычных термопластиковых футеровок.

Из-за слабости FRP к изгибу , но огромной прочности против растягивающих сил и стойкости к коррозии, гидростатический резервуар является логичным применением для композита. Резервуар спроектирован так, чтобы выдерживать гидростатические силы, необходимые для ориентации волокон в тангенциальном направлении. Это увеличивает кольцевую прочность , делая резервуары анизотропно прочнее стали (фунт на фунт).

Стеклопластик, который изготавливается поверх облицовки, обеспечивает требования к прочности конструкции, чтобы выдерживать такие расчетные условия, как внутреннее давление или вакуум , гидростатические нагрузки, сейсмические нагрузки (включая плеск жидкости), ветровые нагрузки, гидростатические нагрузки регенерации и даже снеговые нагрузки.

Резервуары и сосуды из стеклопластика, спроектированные в соответствии со стандартом BS 4994, широко используются в химической промышленности в следующих секторах: производство хлора и щелочи, удобрений, древесной массы и бумаги, извлечение металлов, очистка , гальваника , рассол , уксус , пищевая промышленность , а также в оборудовании для контроля загрязнения воздуха, особенно на муниципальных очистных сооружениях и станциях очистки воды .

Резервуары и технологические сосуды из стеклопластика используются в различных коммерческих и промышленных целях, включая химическую промышленность, водоснабжение и водоотведение, пищевую промышленность, горнодобывающую промышленность и металлургию, энергетику, а также отрасли с высокой степенью чистоты.

Скрубберы FRP используются для очистки жидкостей . В технологии контроля загрязнения воздуха скрубберы бывают трех видов: с сухой средой, с мокрой средой и биологические.

Сухая среда обычно включает сухую, твердую среду (такую ​​как активированный уголь ), подвешенную в середине сосуда на системе опор балок и решетки. Среда контролирует концентрацию загрязняющего вещества во входящем газе посредством адсорбции и абсорбции .

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

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

Мокрые скрубберы обычно погружают загрязненную жидкость в очищающий раствор. Эти сосуды должны быть спроектированы с учетом более строгих критериев. Ограничения по конструкции для мокрых скрубберов обычно включают:

• Коррозионное воздействие загрязненной жидкости и очищающего раствора.
• Высокие давления и нагрузки распылительной системы
• Аэродинамика внутренних сред, гарантирующая отсутствие обходного пути
• Внутренние системы поддержки
• Резервуар моющей жидкости для рециркуляции.
• Внутреннее и внешнее давление
• Экологические нагрузки
• Подъем и установка судна
• Подача очищающей жидкости в сосуд
• Слив для удаления жидкостей из поддона судна

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

Биологические скрубберы структурно идентичны мокрым скрубберам, но отличаются по конструкции. Сосуд спроектирован так, чтобы быть больше, поэтому воздух движется медленнее через сосуд. Среда спроектирована так, чтобы стимулировать биологический рост, а вода, которая распыляется через сосуд, наполнена питательными веществами, чтобы стимулировать рост бактерий . В таких скрубберах бактерии очищают загрязняющие вещества. Кроме того, вместо одной большой системы поддержки (обычно глубина среды 10 футов для химических скрубберов) существует несколько стадий поддержки среды, которые могут изменить требования к конструкции сосуда. (См. биофильтр для похожей технологии, которая обычно выполняется вне сосуда FRP.)

Типичный резервуар для хранения, изготовленный из FRP, имеет входное отверстие, выходное отверстие, вентиляционное отверстие, порт доступа , слив и переливное сопло. Однако есть и другие особенности, которые могут быть включены в резервуар. Лестницы снаружи обеспечивают легкий доступ к крыше для загрузки. Сосуд должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать нагрузку человека, стоящего на этих лестницах, и даже выдерживать человека, стоящего на крыше. Наклонное дно обеспечивает более легкий слив. Уровнемеры позволяют точно считывать уровень жидкости в резервуаре. Сосуд должен быть устойчив к коррозионной природе содержащейся в нем жидкости. Обычно эти сосуды имеют вторичную структуру сдерживания на случай разрыва сосуда.

Размер сосудов FRP редко ограничивается технологией производства , а скорее экономикой . Резервуары объемом менее 7500 литров (2000 галлонов ) легко изготавливаются из более дешевых материалов, таких как HDPE или PVC. Резервуары размером более четырех метров, как правило, ограничены ограничениями по доставке , а экономика предполагает изготовление бетонного или стального резервуара на месте установки резервуара.

Для хранения химикатов и контроля загрязнения воздуха , выбор заключается в создании нескольких резервуаров меньшего диаметра . Например, один из крупнейших проектов по контролю запахов в Калифорнии , Округ Санитария округа Ориндж , будет использовать 24 ^[2] сосуда в общей сложности для обработки 188 300 куб. футов в минуту (86 200 л/с) пахучего воздуха, с проектом до 50 частей на миллион сероводорода . ^[3] Для того чтобы эквивалентный один сосуд работал так же хорошо, как 13 капельных фильтров головных сооружений , один сосуд должен был бы быть более 36 футов в диаметре. ^[4] Это было бы непрактично из-за высоких требований к доставке, внутренних опор, распылительных форсунок и других внутренних устройств. Кроме того, этот один сосуд не будет включать избыточность для профилактического обслуживания .

Типичные пределы для сосудов и конструкций FRP почти полностью основаны на параметрах применения и используемых смолах. Термопластичная смола будет страдать от ползучести при повышенных температурах и в конечном итоге выйдет из строя. Однако новая химия создала смолы, которые, как утверждается, способны достигать еще более высоких температур, что значительно расширяет это поле. Типичный максимум составляет 200 градусов по Цельсию.

Стекловолоконные сосуды и конструкции также подвержены деградации 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 стекловолоконных резервуарах и конструкциях открываются поры на поверхности, что позволяет стиролу вытекать из стенок сосуда или конструкции, в результате чего они становятся хрупкими, что снижает ударопрочность и потенциальные свойства удлинения детали. Деградация от УФ-излучения может быть эффективно подавлена ​​добавлением внешних гелькоутов и герметиков, которые защищают стекловолоконную конструкцию, исключая доступ УФ-излучения к поверхности продукта, тем самым отклоняя 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 формованная деталь (см. Рисунок 3). При сравнении УФ-характеристик смолы важно убедиться, что испытания проводились на постоянной основе. На рисунке 1 представлены данные об ускоренном выветривании. Как правило, 2000 часов соответствуют 1 году во Флориде, а 1400 часов — 1 году в Южной Канаде. Часто используются такие термины, как «УФ-8». УФ-8 означает, что материал может выдержать 8000 часов в везерометре Xenon Ci-65. УФ-2 или УФ-4 будут означать 2000 или 4000 часов соответственно. Таким образом, УФ-8 соответствует примерно 4 годам непрерывного воздействия на открытом воздухе во Флориде. Важно понимать, какой везерометр использовался, т. е. Carbon Arc или Xenon, а также подробности того, как работал везерометр. ASTM D-2565 является признанным стандартом. Испытания могут проводиться с использованием фактического воздействия атмосферных условий на открытом воздухе, например, во Флориде и Аризоне, для подтверждения этих данных. Примечание. На рисунке 1 используются критерии отраслевого стандарта, когда образец достигает менее 50% от своего первоначального удлинения при разрыве, чтобы определить конец испытания. В большинстве случаев срок службы детали превышает эту точку. Все образцы на рисунке 1 непигментированы, как поставляются Exxon Chemical. Данные испытаний на УФ-стойкость можно найти в наших технических паспортах для каждой конкретной марки. Характеристики светостойкости Стабилизация ультрафиолетом (УФ) Пластики подвергаются воздействию и разрушаются при воздействии прямых солнечных лучей. Когда пластиковые резервуары поглощают ультрафиолетовый свет солнца, энергия УФ-излучения возбуждает полимерные цепи, вызывая их разрыв. Последствиями являются обесцвечивание, хрупкость и возможное растрескивание. Повышенные температуры и кислород, как правило, ускоряют ухудшение. Резервуары, перечисленные как подходящие для эксплуатации на открытом воздухе, защищены от воздействия УФ-излучения: окрашиванием или пигментированием и/или добавлением внутренних стабилизаторов, которые преимущественно поглощают или рассеивают УФ-энергию. 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 подходящего резервуара для конкретного применения см. Руководства по выбору смолы для резервуаров у авторитетных производителей смол. Ресурсы, публикуемые ^[5], размещают дополнительные ссылки на AVENGENERAL ISOLINES OF GLOBAL RADIATION AND THERE EFFECTS ON POLYMERS Годы = 70 x рейтинг УФ-излучения (изолиния вашего местоположения) (из рисунка 3) Пример: натуральная деталь, отформованная надлежащим образом, с использованием пакета добавок УФ-8 для использования во Флориде, т.е. Флорида = 140 ккал/см@2/год. (из рисунка 3) Таким образом, «ожидаемые» годы = 70/140 x 8 = 4 года (пока не останется 50% от исходных свойств удлинения при разрыве).

Подумайте о защите ваших стекловолоконных конструкций от ультрафиолета примерно так же, как вы защищаете своих детей с помощью солнцезащитного крема: гелькоуты являются солнцезащитными экранами для ваших резервуаров, сосудов и других конструкций из стекловолокна.

Резервуары из стеклопластика подпадают под регулирование нескольких групп.

• BS4994-87 — британский стандарт для резервуаров и сосудов из стеклопластика, замененный стандартом EN 13121.
• EN 13121
• ASME RTP-1 (армированное термореактивное пластиковое коррозионно-стойкое оборудование) — стандарт для резервуаров и сосудов из стеклопластика, находящихся на территории США под давлением 15 фунтов на квадратный дюйм и расположенных частично или полностью над землей .

Типичные параметры конструкции и спецификации потребуют либо соответствия стандарту ASME RTP-1, либо аккредитации ASME.

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

Именно для того, чтобы избежать неопределенности, связанной с указанием только толщины, BS4994 ввел понятие «единичные свойства». Это свойство на единицу ширины, на единицу массы армирования. Например, ПРОЧНОСТЬ ЕДИНИЦЫ определяется как нагрузка в Ньютонах на миллиметр (ширины ламината) для слоя, состоящего из 1 кг стекла на квадратный метр. т.е. единица измерения — Н/мм на кг/м2 стекла.

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 нити). Они связаны с нагрузками конструкции, такими как внутреннее давление и деформация.

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

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

• BS EN 13121-3
• БС 4994

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

• BS 4994:1987 – Технические условия на проектирование и строительство сосудов и резервуаров из армированных пластиков . Британские стандарты. 1987-06-30. ISBN 0-580-15075-5.
• "Исследование случая проектирования сосудов высокого давления". Технология ESR. Архивировано из оригинала 2007-05-12.— пример процесса проектирования цилиндрического сосуда с использованием методологии BS 4994
• Производство резервуаров и сосудов из стеклопластика
• Производитель FRP-емкостей в Коимбатуре
• «Крышки для резервуаров из стеклопластика: как экономически эффективно выполнить нормативные требования». Coventive Composites.— Крышки резервуаров из стеклопластика: как экономически эффективно выполнить нормативные требования

^[1]