FRP (پلاستیک تقویت‌شده با الیاف شیشه‌ای مدرن که با نام‌های GRP یا پلاستیک تقویت‌شده شیشه نیز شناخته می‌شود) یک ماده کامپوزیتی برای ساخت کارخانه‌های شیمیایی، کارخانه‌های خمیر و کاغذ، تجهیزات غذایی و دارویی، مخازن و مخازن است. تجهیزات شیمیایی در اندازه های کمتر از یک متر تا 20 متر [1] که با استفاده از FRP به عنوان مصالح ساختمانی تولید می شوند.
تجهیزات شیمیایی FRP عمدتاً از طریق فرآیندهای کشش دستی و سیم پیچ فیلامنت تولید می شود. BS4994 همچنان استاندارد این دسته از اقلام است.
لمینت دوبل
با توجه به ماهیت مقاوم در برابر خوردگی FRP، مخزن می تواند به طور کامل از کامپوزیت ساخته شود یا می توان از یک لاینر دوم استفاده کرد. در هر صورت، پوشش داخلی با استفاده از خواص مواد متفاوت نسبت به قسمت ساختاری ساخته شده است (از این رو نام دوبلکس (به معنی دو) و لمینت (کلمه ای که معمولا برای لایه ای از مواد کامپوزیت استفاده می شود) می باشد.
این آستر، اگر از FRP ساخته شده باشد، معمولاً با رزین غنی شده است و از نوع دیگری از شیشه به نام “C-Glass” استفاده می کند، در حالی که بخش ساختاری از “E-Glass” استفاده می کند. ضخامت لاینر ترموپلاستیک معمولاً 2.3 میلی متر (100 میل) است. این آستر ترموپلاستیک به استحکام مکانیکی کمک نمی کند. لاینر FRP معمولاً قبل از اینکه نورد یا ریخته شود، با استفاده از یک سیستم BPO/DMA یا با استفاده از یک کاتالیزور MEKP با کبالت در رزین، پخت می‌شود.
اگر آستر از FRP ساخته نشده باشد، گزینه های متعددی برای آستر ترموپلاستیک وجود دارد. مهندس باید مخزن را بر اساس نیازهای خوردگی شیمیایی تجهیزات طراحی کند. PP، PVC، PTFE، ECTFE، ETFE، FEP، CPVC، PVDF به عنوان آسترهای معمولی ترموپلاستیک استفاده می شود.
با توجه به ضعف FRP در استحکام پیچشی و در عین حال فوق العاده در برابر نیروهای کششی و مقاومت آن در برابر سایش، یک مخزن هیدرواستاتیک یک کاربرد منطقی برای کامپوزیت است. مخزن به گونه ای طراحی شده است که با هدایت الیاف در جهت عرضی در برابر نیروهای هیدرواستاتیک مورد نیاز مقاومت کند. این امر استحکام حلقه را افزایش می دهد و مخازن را قوی تر از فولاد ناهمسانگرد (پوند بر پوند) می کند.
FRP که بر روی لاینر ساخته می شود، الزامات مقاومت سازه ای را برای تحمل شرایط طراحی مانند فشار داخلی یا فضای خالی، بارهای هیدرواستاتیکی، بارهای لرزه ای (از جمله ترک خوردگی سیال)، بارهای باد، بارهای بازسازی هیدرواستاتیک و حتی بارهای برف فراهم می کند.
برنامه های کاربردی
مخازن و مخازن FRP طراحی شده بر اساس BS 4994 به طور گسترده در صنایع شیمیایی در بخش های زیر استفاده می شود: تولید کنندگان کلر قلیایی، کود، خمیر و کاغذ، استخراج مواد معدنی، تصفیه، آبکاری، آب نمک و آب، فرآوری مواد غذایی و سرکه و در تجهیزات کنترل آلودگی هوا، به ویژه در تصفیه خانه های فاضلاب شهری و تصفیه خانه های آب.
گونه ها
مخازن و مخازن فرآیند FRP در بسیاری از کاربردهای تجاری و صنعتی از جمله مواد شیمیایی، آب و فاضلاب، مواد غذایی و آشامیدنی، معدن، متالورژی، نیرو و انرژی و کاربردهای با خلوص بالا استفاده می‌شوند.
اسکرابرها
تصفیه کننده های FRP برای تمیز کردن مایعات استفاده می شود. در فناوری کنترل آلودگی هوا، اسکرابرها در سه نوع محیط خشک، محیط مرطوب و بیولوژیک تولید می شوند.
رسانه خشک
محیط خشک معمولاً شامل محیط خشک و جامد (مانند کربن فعال) است که در وسط ظرف روی سیستمی از تکیه گاه های تیر و رنده معلق است. رسانه با جذب و غلظت آلاینده را از طریق گاز ورودی کنترل می کند.
این کشتی ها دارای چندین محدودیت طراحی هستند. باید برای آن طراحی شود
- بارگیری و بارگیری مجدد رسانه
- اثرات خورنده مایعی که باید درمان شود
- فشار داخلی و خارجی
- بارهای محیطی
- پشتیبانی از بارهای شبکه و سیستم پشتیبانی
- بلند کردن و نصب کشتی
- رسانه داخل ظرف را پر کنید
- پشته داخلی برای ساخت یک تخت دو نفره پشتیبانی می کند
- فرکانس نگهداری پیشگیرانه
- مایعاتی که محیط خشک را خراب می کنند را بردارید
- میعانات را خارج کنید تا هر مایعی که در داخل ظرف متراکم می شود را خارج کنید
رسانه مرطوب
اسکرابرهای مرطوب معمولاً مایع آلوده را در محلول شستشو می پوشانند. این کشتی ها باید با استانداردهای دقیق تری طراحی شوند. محدودیت‌های طراحی اسکرابرهای رسانه‌ای مرطوب معمولاً عبارتند از:
- اثرات خورنده مایع آلوده و محلول شستشو.
- سیستم آبپاش فشار بالا و بار
- آیرودینامیک رسانه داخلی برای اطمینان از عدم وجود بیش از حد
- سیستم های پشتیبانی داخلی
- مخزن مایع را برای بازیافت بشویید.
- فشار داخلی و خارجی
- بارهای محیطی
- بلند کردن و نصب کشتی
- مایع لباسشویی لوله کشی تحویل ظرف
- زهکشی برای حذف مایعات سینک رگ
در مورد کربن‌زدایی که در سیستم‌های اسمز معکوس برای کاهش غلظت گازها در آب استفاده می‌شود، هوا سیال پاک‌کننده و مایع پاشیده شده جریان آلاینده است. هنگامی که آب از اسکرابر پاشیده می شود، هوا گازهای آب را از آب خارج می کند تا در ظرف دیگری تصفیه شود.
بیولوژیکی
اسکرابرهای بیولوژیکی از نظر ساختاری مشابه اسکرابرهای مدیا مرطوب هستند، اما در طراحی متفاوت هستند. کاسه به گونه ای طراحی شده است که بزرگتر باشد، بنابراین هوا کندتر در داخل کاسه حرکت می کند. رسانه ها برای تشویق رشد بیولوژیکی طراحی شده اند و آبی که از طریق کاسه اسپری می شود با مواد مغذی پر می شود تا باکتری ها را به رشد تشویق کند. در چنین ماشین های لباسشویی، باکتری ها آلودگی ها را پاک می کنند. همچنین، به جای یک سیستم پشتیبانی بزرگ (معمولاً 10 فوت عمق محیط برای اسکرابرهای شیمیایی)، چندین مرحله پشتیبانی رسانه وجود دارد که می تواند الزامات طراحی کشتی را تغییر دهد. (برای یک تکنیک مشابه که معمولاً از یک ظرف FRP انجام می شود به بیوفیلتر مراجعه کنید.)
تانک ها
مخزن ذخیره سازی معمولی ساخته شده از FRP دارای ورودی، خروجی، دریچه، درگاه دسترسی، تخلیه و نازل سرریز است. با این حال، ویژگی های دیگری نیز وجود دارد که می تواند در مخزن گنجانده شود. پله ها از بیرون امکان دسترسی آسان به پشت بام را برای بارگیری فراهم می کنند. کشتی باید طوری طراحی شود که بار فردی که روی این نردبان ها ایستاده و حتی فردی که روی عرشه ایستاده است را تحمل کند. کف شیب دار امکان تخلیه آسان تر را فراهم می کند. سطح سنج به کسی اجازه می دهد تا سطح سیال را در مخزن به دقت بخواند. ظرف باید در برابر ماهیت خورنده مایع موجود در آن مقاوم باشد. این ظروف معمولاً دارای ساختار ثانویه مهاری هستند، در صورت انفجار.
اندازه
کشتی‌های FRP به ندرت توسط فناوری ساخت محدود می‌شوند، بلکه توسط اقتصاد محدود می‌شوند. مخازن زیر 7500 لیتر (2000 گالن) به راحتی از مواد ارزان تر مانند HDPE یا PVC ساخته می شوند. مخازن بیش از چهار متر معمولاً با محدودیت‌های حمل و نقل محدود می‌شوند و علم اقتصاد پیشنهاد می‌کند که یک مخزن بتنی یا فولادی در محل تولید شود.
برای نگهداری مواد شیمیایی و کنترل آلودگی هوا، انتخاب مخازن متعدد با قطر کمتر است. به عنوان مثال، یکی از بزرگترین پروژه های کنترل بو کالیفرنیا، منطقه بهداشتی اورنج کانتی از 24 [2] کشتی برای پردازش 188300 فوت مکعب در دقیقه (86200 لیتر در ثانیه) هوای معطر استفاده خواهد کرد، با طراحی تا 50 قسمت در هر دقیقه میلیون سولفید هیدروژن. [3] برای اینکه یک کشتی معادل به علاوه 13 فیلتر قطره ای برای کار سر کار کند، قطر یک کشتی باید بیش از 36 فوت باشد. [4] این امر به دلیل الزامات بالاتر برای حمل و نقل، پشتیبانی داخلی، نازل های اسپری و سایر قطعات داخلی غیر عملی است. علاوه بر این، این کشتی واحد شامل اضافه کاری برای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه نخواهد بود.
محدودیت های
مخازن معمولی FRP و محدودیت‌های فیکسچر تقریباً به طور کامل به پارامترهای کاربرد و رزین‌های مورد استفاده بستگی دارد. رزین ترموپلاستیک در دماهای بالا دچار خزش می شود و در نهایت از کار می افتد. با این حال، شیمی جدید رزین هایی را تولید کرده است که ادعا می کنند می توانند به دمای بالاتری دست یابند و این زمینه را به شدت گسترش داده است. حداکثر دمای معمولی 200 درجه سانتیگراد است.
همچنین، ظروف و اتصالات فایبرگلاس با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید مستعد تخریب هستند. این تخریب ناشی از تغییرات شیمیایی است که در نتیجه قرار گرفتن در معرض قسمت فرابنفش (UV) نور رخ می دهد. تجزیه منجر به مخازن فایبرگلاس و سنگ تراشی می شود، منافذی را در سطح باز می کند که به استایرن اجازه می دهد از ظرف یا دیواره های بنایی خارج شود و باعث شکنندگی آنها شود، مقاومت ضربه و خواص ازدیاد بالقوه قطعه را کاهش دهد. با افزودن ژل کت ها و درزگیرهای خارجی که با حذف اشعه ماوراء بنفش به سطح محصول و در نتیجه پراکنده شدن انرژی UV از ساختار فایبرگلاس محافظت می کنند، می توان از زوال نور UV به طور موثری جلوگیری کرد.
عمر UV یک قطعه به سطح و نوع افزودنی UV و همچنین ضخامت و طراحی قطعه، نوع رنگدانه و سطح پراکندگی و اثربخشی، شرایط پخت و موقعیت جغرافیایی که در آن قطعه ریخته‌گری شده استفاده می‌شود، بستگی دارد (شکل 3 را ببینید). هنگام مقایسه عملکرد رزین های UV حائز اهمیت است که اطمینان حاصل شود که آزمایش بر اساس یک پایه انجام می شود. در شکل 1، داده های هوازدگی شتاب یافته ارائه شده است. به طور کلی، 2000 ساعت مربوط به یک سال در فلوریدا و 1400 ساعت به یک سال در جنوب کانادا است. اصطلاحاتی مانند “UV-8” اغلب استفاده می شود. UV-8 به این معنی است که این ماده می تواند 8000 ساعت در یک سنج آب و هوای زنون Ci-65 مقاومت کند. UV-2 یا UV-4 به ترتیب به معنای 2000 یا 4000 ساعت است. بنابراین، UV-8 مربوط به حدود 4 سال قرار گرفتن در معرض مداوم در خارج از منزل در فلوریدا است. دانستن اینکه از چه سنج آب و هوا، مانند کربن آرک یا زنون، استفاده شده است و همچنین جزئیات نحوه عملکرد سنج آب و هوا بسیار مهم است. ASTM D-2565 استاندارد شناخته شده است. آزمایش را می توان با استفاده از قرار گرفتن در معرض واقعی عناصر در فضای باز، مانند فلوریدا و آریزونا، برای تأیید این داده ها انجام داد. نکته: در شکل 1 از استاندارد صنعتی زمانی استفاده می شود که نمونه به کمتر از 50% از طول شکستگی اولیه برسد تا پایان آزمایش را تعیین کند. در بیشتر موارد عمر مفید قطعه از این نقطه فراتر می رود. تمام نمونه های شکل 1 همانطور که توسط Exxon Chemicals ارائه شده رنگ آمیزی نشده اند. داده های تست عملکرد UV را می توان در برگه های داده ما برای هر درجه خاص یافت. خواص پایداری نور پلاستیک های مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش وقتی در معرض نور مستقیم خورشید قرار می گیرند مورد حمله قرار می گیرند و خراب می شوند. هنگامی که مخازن پلاستیکی نور فرابنفش خورشید را جذب می کنند، انرژی UV زنجیره های پلیمری را تحریک می کند و باعث شکستن آنها می شود. اثرات تغییر رنگ، شکنندگی و در نهایت ترک خوردن است. دمای بالاتر و اکسیژن باعث تسریع خرابی می شود. کابینت هایی که به عنوان مناسب برای خدمات در فضای باز فهرست شده اند با استفاده از موارد زیر در برابر حمله UV محافظت می شوند: رنگ آمیزی، رنگ آمیزی، و/یا افزودن تثبیت کننده های داخلی که ترجیحاً انرژی UV را جذب یا از بین می برند. سایه زدن مخازن از نور خورشید نیز از خراب شدن آن جلوگیری می کند. مخازن باید آزادانه منبسط یا منقبض شوند و از کشش بیش از حد روی مخزن جلوگیری شود. برای کمک در انتخاب مخزن مناسب برای یک کاربرد خاص، به راهنمای انتخاب رزین مخزن با سازندگان معتبر رزین مراجعه کنید. منابع توسط [5] ارجاعات اضافی به جداسازهای پراکنده تابش جهانی و اثرات آن بر پلیمرها ارسال شده است سال = 70 x رتبه UV (ایزوله در محل شما) (از شکل 3) مثال: قطعه طبیعی، به درستی قالب گیری شده، با استفاده از بسته بندی افزودنی تابش UV 8 برای استفاده در fl یعنی fl = 140 kcal/cm2/year.
به محافظت از سرمایه گذاری فایبرگلاس خود در برابر اشعه ماوراء بنفش فکر کنید، همانطور که از کودکان خود با ضد آفتاب محافظت می کنید. ژل کت ها ضدآفتاب هایی برای مخازن، کاسه ها و سایر وسایل فایبرگلاس هستند.
معیارهای طراحی
مخازن فایبرگلاس تحت سازماندهی چندین گروه قرار می گیرند.
- BS4994 -87 استاندارد بریتانیایی برای مخازن و شناورهای FRP است که جایگزین استاندارد EN 13121 شده است.
- در سال 13121
- ASME RTP-1 (تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی تقویت شده با ترموپلاستیک) استانداردی برای مخازن و کشتی‌های FRP است که در ایالات متحده کمتر از 15 psi نگهداری می‌شوند و به طور جزئی یا کامل در بالای زمین قرار دارند.
استانداردها و مشخصات طراحی معمولی به انطباق با ASME RTP-1 یا تأیید اعتبار از ASME نیاز دارند.
- استاندارد ASTM 3299 که تنها یک مشخصات محصول است، فرآیند سیم پیچی رشته را برای مخازن کنترل می کند. این یک استاندارد طراحی نیست.
- SS245: استاندارد 1995 سنگاپور برای مخازن ذخیره آب مقطعی GRP.
BS4994
برای جلوگیری از عدم قطعیت مربوط به تعیین ضخامت به تنهایی، BS4994 مفهوم “ویژگی های واحد” را معرفی کرد. این یک ویژگی در واحد عرض، در واحد جرم آرماتور است. به عنوان مثال، استحکام واحد به عنوان بار نیوتن در هر میلی متر (برای عرض لایه لایه) یک لایه متشکل از 1 کیلوگرم شیشه در هر متر مربع تعریف می شود. یعنی واحد N/mm در هر کیلوگرم بر متر مربع شیشه است
ASME RTP-1
در مشخصات RTP-1، نگرانی های اولیه مربوط به تنش و کرنش (مانند تنش حلقه، تنش محوری، و شکست تنش) بر روی خواص فیزیکی مواد، مانند مدول یانگ است که ممکن است به دلیل فرآیند سیم پیچی رشته به تحلیل ناهمسانگرد نیاز داشته باشد. ). اینها با بارهای طراحی مانند تنش و کرنش داخلی مرتبط هستند.
BS EN 13121
این استاندارد اروپایی جایگزین BS4994-87 می شود که اکنون به عنوان فعلی، منسوخ، جایگزین شده مشخص شده است.
SS245: 1995
این استاندارد سنگاپور برای مخزن آب مقطعی GRP است که جاری است.