الخزانات والأوعية البلاستيكية المقواة بالألياف

FRP ( البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية حديثة ، المعروف أيضًا باسم GRP ، أو البلاستيك المقوى بالزجاج) عبارة عن مادة مركبة لبناء مصانع المواد الكيميائية ، ومصنع اللب والورق ، والمعدات الغذائية والصيدلانية الخزانات والأوعية مثل . معدات كيميائية يتراوح حجمها من أقل من متر إلى 20 مترًا [1] يتم تصنيعها باستخدام FRP كمادة للبناء.

يتم تصنيع المعدات الكيميائية FRP بشكل أساسي من خلال التمديد اليدوي ولف الشعيرة عمليات . لا يزال BS4994 يمثل المعيار الأساسي لهذه الفئة من العناصر.

صفح مزدوج

نظرًا لطبيعة مقاومة التآكل لـ FRP ، يمكن تصنيع الخزان بالكامل من المركب ، أو يمكن استخدام بطانة ثانية. في كلتا الحالتين ، يتم تصنيع البطانة الداخلية باستخدام خصائص مادة مختلفة عن الجزء الهيكلي (ومن هنا جاء الاسم مزدوج (بمعنى اثنين) وصفح (كلمة شائعة الاستخدام لطبقة من مادة مركبة))

البطانة ، إذا كانت مصنوعة من FRP ، عادة ما تكون غنية بالراتنج وتستخدم نوعًا مختلفًا من الزجاج ، يسمى “C-Glass” ، بينما يستخدم الجزء الهيكلي “E-Glass”. يبلغ سمك بطانة اللدائن الحرارية عادة 2.3 مم (100 مل ). لا تعتبر بطانة اللدائن الحرارية هذه مساهمة في القوة الميكانيكية. عادة ما يتم معالجة بطانة FRP قبل أن يستمر لفها أو وضعها ، باستخدام إما نظام BPO / DMA ، أو باستخدام محفز MEKP مع الكوبالت في الراتينج .

إذا لم تكن البطانة مصنوعة من FRP ، فهناك خيارات متعددة للبطانة بالحرارة. سيحتاج المهندس إلى تصميم الخزان بناءً على متطلبات التآكل الكيميائي للمعدات. PP ، PVC ، PTFE ، ECTFE ، ETFE ، FEP ، CPVC ، PVDF تستخدم كبطانات لدن بالحرارة شائعة.

نظرًا لضعف FRP في الالتواء ، ولكن القوة الهائلة ضد قوى الشد ومقاومته للتآكل ، فإن الهيدروستاتيكي الخزان هو تطبيق منطقي للمركب. تم تصميم الخزان لتحمل القوى الهيدروستاتيكية المطلوبة من خلال توجيه الألياف في الاتجاه العرضي. هذا يزيد من قوة الطوق ، مما يجعل الخزانات أقوى من الفولاذ متباين الخواص (رطل لكل رطل).

يوفر FRP الذي يتم إنشاؤه فوق البطانة متطلبات القوة الهيكلية لتحمل ظروف التصميم مثل الضغط الداخلي أو الفراغ ، والأحمال الهيدروستاتيكية ، والأحمال الزلزالية (بما في ذلك تكسير السوائل) ، وأحمال الرياح ، وأحمال التجديد الهيدروستاتيكي ، وحتى الثلج أحمال .

التطبيقات

تُستخدم خزانات وأوعية FRP المصممة وفقًا للمواصفة BS 4994 على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية في القطاعات التالية: مصنعي الكلور والقلويات ، والأسمدة ، ولب الخشب والورق ، واستخراج المعادن ، والتكرير ، والطلاء بالكهرباء ، المالحة والمياه ، ، الأغذية ومعالجة والخل ، وفي الهواء معدات مكافحة التلوث ، خاصة في البلدية محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومحطات معالجة المياه .

أنواع

تُستخدم خزانات FRP وأوعية المعالجة في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية ، بما في ذلك المواد الكيميائية والمياه ومياه الصرف الصحي والأغذية والمشروبات والتعدين والمعادن والطاقة والطاقة والتطبيقات عالية النقاء.

أجهزة تنقية الغاز

FRP أجهزة تنقية تستخدم لتنظيف السوائل . في تكنولوجيا التحكم في تلوث الهواء ، تأتي أجهزة تنقية الغاز في ثلاثة أنواع ، الوسائط الجافة والوسائط الرطبة والبيولوجية.

وسائط جافة

تشتمل الوسائط الجافة عادةً على وسائط جافة وصلبة (مثل الكربون المنشط ) معلقة في منتصف الوعاء على نظام من دعامات الحزمة والشبكات. تتحكم الوسائط في الملوث في طريق الغاز الوارد عن الامتزاز والامتصاص تركيز .

هذه السفن لديها العديد من قيود التصميم. يجب أن تكون مصممة ل

تفريغ وإعادة تحميل الوسائط
التأثيرات المسببة للتآكل للسائل المراد معالجته
الضغط الداخلي والخارجي
الأحمال البيئية
دعم الأحمال لنظام الشبكات والدعم
رفع السفينة وتركيبها
تجديد الوسائط داخل الوعاء
يدعم المكدس الداخلي لبناء سرير مزدوج
التكرار للصيانة الوقائية
إزالة السوائل التي تؤدي إلى تدهور الوسائط الجافة
إزالة المكثفات لإزالة أي سائل يتكثف داخل الوعاء

وسائط مبللة

تقوم أجهزة التنظيف بالوسائط الرطبة عادةً بإخفاء السائل الملوث في محلول تنقية. يجب تصميم هذه السفن وفقًا لمعايير أكثر صرامة. تتضمن قيود تصميم أجهزة تنقية الغاز بالوسائط الرطبة عادةً ما يلي:

التأثيرات المسببة للتآكل للسائل الملوث ومحلول الغسل.
الضغط العالي وتحميل نظام الرش
الديناميكا الهوائية للوسائط الداخلية لضمان عدم وجود تجاوز
أنظمة الدعم الداخلي
خزان سائل الشطف لإعادة تدويره.
الضغط الداخلي والخارجي
الأحمال البيئية
رفع وتركيب السفينة
توصيل سائل الغسل بالسباكة إلى الوعاء
الصرف لإزالة سوائل حوض الوعاء

في حالة مزيل الكربون ، المستخدم في أنظمة التناضح العكسي للحد من تركيز الغازات في الماء ، يكون الهواء هو سائل الغسل والسائل المرشو هو التيار الملوث. عندما يتم رش الماء من جهاز التنظيف ، يقوم الهواء بإخراج الغازات المائية من الماء ، ليتم معالجتها في وعاء آخر.

البيولوجية

أجهزة الغسل البيولوجي متطابقة من الناحية الهيكلية مع أجهزة غسل الوسائط الرطبة ، ولكنها تختلف في تصميمها. تم تصميم الوعاء ليكون أكبر ، وبالتالي فإن الهواء يتحرك بشكل أبطأ خلال الوعاء. تم تصميم الوسائط لتشجيع النمو البيولوجي ، ويمتلئ الماء الذي يتم رشه عبر الوعاء بالمواد المغذية لتشجيع البكتيريا على النمو. في مثل هذه الغسالات ، تقوم البكتيريا بتنظيف الملوثات. أيضًا ، بدلاً من نظام دعم واحد كبير (عادةً عمق 10 أقدام من الوسائط لأجهزة التنظيف الكيميائية) ، هناك مراحل متعددة من دعم الوسائط ، والتي يمكن أن تغير متطلبات تصميم الوعاء. (راجع عامل التصفية الحيوي للحصول على تقنية مماثلة يتم إجراؤها عادةً خارج وعاء FRP.)

الدبابات

يحتوي خزان التخزين النموذجي المصنوع من FRP على مدخل ومخرج وفتحة تهوية ومنفذ وصول وصرف وفوهة تجاوز. ومع ذلك ، هناك ميزات أخرى يمكن تضمينها في الخزان. سلالم من الخارج تسمح بسهولة الوصول إلى السقف للتحميل. يجب أن تكون السفينة مصممة لتحمل حمل شخص يقف على هذه السلالم ، وحتى تحمل شخصًا يقف على السطح. القيعان المنحدرة تسمح بتصريف أسهل. تسمح مقاييس المستوى لشخص ما بقراءة مستوى السائل في الخزان بدقة. يجب أن يكون الوعاء مقاومًا للطبيعة المسببة للتآكل للسائل الذي يحتوي عليه. عادةً ما يكون لهذه الأوعية هيكل احتواء ثانوي ، في حالة انفجارها.

الحجم

نادرًا ما يقتصر حجم سفن FRP على تكنولوجيا التصنيع ، بل بالاقتصاد . يتم تصنيع الخزانات التي يقل حجمها عن 7500 لتر (2000 جالون ) بسهولة من مواد أرخص ، مثل HDPE أو PVC. عادة ما تكون الخزانات التي يزيد حجمها عن أربعة أمتار محدودة بسبب قيود الشحن ، وتشير الاقتصاديات إلى وجود خزان خرساني أو فولاذي الخزان يتم تصنيعه في موقع .

بالنسبة المواد الكيميائية لتخزين والتحكم في تلوث الهواء ، يكون الاختيار هو صنع خزانات متعددة بأقطار أصغر . على سبيل المثال ، واحدة من أكبر مشاريع التحكم في الرائحة في كاليفورنيا ، منطقة الصرف الصحي في مقاطعة أورانج ستستخدم 24 [2] إجمالي الأوعية لمعالجة 188300 قدم مكعب في الدقيقة (86200 لتر / ثانية) من الهواء المعطر ، مع تصميم يصل إلى 50 جزء في المليون من كبريتيد الهيدروجين . [3] لكي تعمل سفينة واحدة مكافئة بالإضافة إلى 13 مرشحًا متقطرًا لأعمال الرأس ، يجب أن يزيد قطر الوعاء الواحد عن 36 قدمًا. [4] سيكون هذا غير عملي بسبب متطلبات الشحن العالية والدعامات الداخلية وفوهات الرش والأجزاء الداخلية الأخرى. بالإضافة إلى أن هذه السفينة المفردة لن تتضمن التكرار للصيانة الوقائية .

القيود

تعتمد أوعية FRP النموذجية وحدود التركيبات بشكل كامل تقريبًا على معلمات التطبيق والراتنجات المستخدمة. سوف يعاني راتينج اللدائن الحرارية من الزحف في درجات حرارة مرتفعة ويفشل في النهاية. الجديدة ومع ذلك ، فقد أنتجت الكيمياء راتنجات تدعي أنها قادرة على تحقيق درجات حرارة أعلى ، مما يوسع هذا المجال بشكل كبير. الحد الأقصى النموذجي هو 200 درجة مئوية.

كما أن الأوعية والتركيبات المصنوعة من الألياف الزجاجية عرضة للتحلل عند التعرض الطويل الأمد لأشعة الشمس. يحدث هذا التدهور بسبب التغيرات الكيميائية التي تحدث نتيجة التعرض لجزء الأشعة فوق البنفسجية (UV) من الضوء. ينتج عن التحلل في خزانات الألياف الزجاجية والبناء ، وفتح المسام في السطح مما يسمح للستايرين بالخروج من الوعاء أو جدران البناء ، مما يتسبب في تقصفها ، مما يقلل من مقاومة الصدمات وخصائص الاستطالة المحتملة للجزء. يمكن منع التدهور الناتج عن ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال عن طريق إضافة الجلكوات الخارجية ومانعات التسرب ، والتي تحمي بنية الألياف الزجاجية من خلال إزالة وصول الأشعة فوق البنفسجية إلى سطح المنتج وبالتالي تشتيت طاقة الأشعة فوق البنفسجية.

يعتمد العمر الافتراضي للأشعة فوق البنفسجية للجزء على مستوى ونوع مضافة الأشعة فوق البنفسجية بالإضافة إلى سمك الجزء وتصميمه ونوع الصباغ ومستوى وفعالية التشتت وظروف المعالجة والموقع الجغرافي حيث يتم استخدام الجزء المصبوب (انظر الشكل 3). من المهم عند مقارنة أداء الأشعة فوق البنفسجية الراتنج لضمان إجراء الاختبار على أساس ثابت. في الشكل 1 ، يتم تقديم بيانات التجوية المتسارعة. بشكل عام ، تقابل 2000 ساعة سنة واحدة في فلوريدا و 1400 ساعة إلى سنة واحدة في جنوب كندا. غالبًا ما يتم استخدام مصطلحات مثل “UV-8”. يعني UV-8 أن المادة يمكنها تحمل 8000 ساعة في مقياس الطقس Xenon Ci-65. يعني UV-2 أو UV-4 2000 أو 4000 ساعة على التوالي. ومن ثم ، فإن الأشعة فوق البنفسجية – 8 تقابل ما يقرب من 4 سنوات من التعرض المستمر في الهواء الطلق في فلوريدا. من المهم معرفة مقياس الطقس ، مثل Carbon Arc أو Xenon ، الذي تم استخدامه ، بالإضافة إلى تفاصيل كيفية تشغيل مقياس الطقس. ASTM D-2565 هو المعيار المعترف به. يمكن إجراء الاختبار باستخدام التعرض الفعلي للعوامل الجوية في الهواء الطلق ، مثل فلوريدا وأريزونا ، لتأكيد هذه البيانات. ملاحظة: يستخدم الشكل 1 معايير الصناعة القياسية عندما تصل العينة إلى أقل من 50٪ من استطالة الكسر الأصلي لتحديد نهاية الاختبار. في معظم الحالات ، يمتد العمر الإنتاجي للجزء إلى ما بعد هذه النقطة. جميع العينات في الشكل 1 غير مصبوغة كما قدمتها شركة إكسون للكيماويات. يمكن العثور على بيانات اختبار أداء الأشعة فوق البنفسجية في أوراق البيانات الخاصة بنا لكل درجة محددة. خصائص ثبات الضوء يتم مهاجمة المواد البلاستيكية المقاومة للأشعة فوق البنفسجية وتتلف عند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة. عندما تمتص الخزانات البلاستيكية ضوء الشمس فوق البنفسجي ، فإن طاقة الأشعة فوق البنفسجية تثير سلاسل البوليمرات ، مما يؤدي إلى تكسيرها. الآثار هي تلون وتقصف وتشقق في نهاية المطاف. تميل درجات الحرارة المرتفعة والأكسجين إلى تسريع التدهور. الخزانات المدرجة على أنها مناسبة للخدمة الخارجية هي محمية من هجوم الأشعة فوق البنفسجية عن طريق: التلوين أو الصبغ و / أو إضافة مثبتات داخلية تمتص أو تبدد طاقة الأشعة فوق البنفسجية بشكل تفضيلي. كما أن تظليل الخزانات من الشمس سيمنع التدهور. يجب أن تكون الخزانات حرة في التمدد أو الانكماش ، وتجنب التوتر المفرط على الخزان. للحصول على المساعدة في اختيار الخزان المناسب لتطبيق معين ، راجع Tank Resin Selector Guides مع الشركات المصنعة للراتنج ذات السمعة الطيبة. يتم نشر الموارد بواسطة [5] وضع مراجع إضافية إلى المعزولات المنتشرة للإشعاع العالمي وهناك تأثيرات على البوليمرات السنوات = 70 × تصنيف الأشعة فوق البنفسجية (Isoline في موقعك) (من الشكل 3) مثال: جزء طبيعي ، مصبوب بشكل صحيح ، باستخدام عبوة مضافة للأشعة فوق البنفسجية 8 للاستخدام في فلوريدا ie فلوريدا = 140 كيلو كالوري / سم @ 2 / سنة. (من الشكل 3) وبالتالي السنوات “المتوقعة” = 70/140 × 8 = 4 سنوات (حتى تبقى 50٪ من خصائص استطالة الكسر الأصلية.

فكر في حماية استثماراتك في الألياف الزجاجية من الأشعة فوق البنفسجية ، بنفس الطريقة التي تحمي بها أطفالك باستخدام واقي الشمس ؛ الجلكوتات هي واقيات من الشمس للخزانات والأوعية وغيرها من التركيبات المصنوعة من الألياف الزجاجية.

معايير التصميم

تندرج خزانات الألياف الزجاجية تحت تنظيم عدة مجموعات.

BS4994 -87 هو المعيار القياسي البريطاني لخزانات وسفن FRP التي حلت محلها EN 13121.
في 13121
ASME RTP-1 (معدات مقاومة التآكل البلاستيكية المقواة بالحرارة) هي المعيار لخزانات FRP والسفن المحتجزة داخل الولايات المتحدة تحت 15 رطل لكل بوصة مربعة وتقع جزئيًا أو كليًا فوق الأرض .

 النموذجية  التصميم ستتطلب معايير ومواصفات  إما الامتثال لـ ASME RTP-1 أو الاعتماد من ASME.

يتحكم معيار ASTM 3299 ، الذي يعد فقط من مواصفات المنتج ، في عملية لف الفتيل للخزانات. إنه ليس معيار تصميم.
SS245: 1995 المعيار السنغافوري لخزانات تخزين المياه GRP المقطعية.

BS4994

لتجنب عدم اليقين المرتبط بتحديد السماكة وحدها ، قدمت BS4994 مفهوم “خصائص الوحدة”. إنها خاصية لكل وحدة عرض ، لكل وحدة كتلة من التعزيز. على سبيل المثال ، تُعرَّف قوة الوحدة على أنها حمولة نيوتن لكل مليمتر (لعرض التصفيح) لطبقة تتكون من 1 كجم من الزجاج لكل متر مربع. أي الوحدة N / مم لكل Kg / m2 زجاج

ASME RTP-1

في مواصفات RTP-1 ، تتعلق الاهتمامات الأساسية بالإجهاد والانفعال ( ، مثل إجهاد الحلقة ، والضغط المحوري ، وكسر الضغط على الخصائص الفيزيائية للمادة ، مثل معامل Young الذي قد يتطلب تحليل متباين الخواص بسبب عملية لف الشعيرة ). هذه مرتبطة بأحمال التصميم ، مثل الضغط الداخلي والانفعال.

BS EN 13121

يحل هذا المعيار الأوروبي محل BS4994-87 والذي تم وضع علامة عليه الآن على أنه حالي ، قديم ، مستبدل.

SS245: 1995

هذا هو معيار سنغافورة لخزان المياه المقطعي GRP ، والذي هو حالي.