Panduan bergambar ini menunjukkan beberapa masalah umum yang dapat terjadi pada bahan polimer dan elastomer, berbeda dengan masalah yang terjadi pada segel dan komponen logam.
Kegagalan komponen polimer (plastik dan elastomer) dan konsekuensinya bisa sama seriusnya dengan kegagalan peralatan logam.Informasi yang disajikan menjelaskan beberapa sifat yang mempengaruhi komponen polimer pada peralatan yang digunakan di fasilitas industri.Informasi ini berlaku untuk beberapa warisanCincin-O, pipa berjajar, plastik yang diperkuat serat (FRP) dan pipa berjajar.Contoh sifat seperti penetrasi, suhu kaca, dan viskoelastisitas serta implikasinya dibahas.
Pada tanggal 28 Januari 1986, bencana pesawat ulang-alik Challenger mengejutkan dunia.Ledakan terjadi karena O-ring tidak tersegel dengan baik.
Kesalahan yang dijelaskan dalam artikel ini memperkenalkan beberapa karakteristik kesalahan non-logam yang mempengaruhi peralatan yang digunakan dalam aplikasi industri.Untuk setiap kasus, sifat-sifat polimer yang penting dibahas.
Elastomer memiliki suhu transisi gelas, yang didefinisikan sebagai “suhu di mana bahan amorf, seperti kaca atau polimer, berubah dari keadaan kaca yang rapuh menjadi keadaan ulet” [1].
Elastomer memiliki set kompresi – “didefinisikan sebagai persentase regangan yang tidak dapat dipulihkan oleh elastomer setelah jangka waktu tertentu pada ekstrusi dan suhu tertentu” [2].Menurut penulis, kompresi mengacu pada kemampuan karet untuk kembali ke bentuk semula.Dalam banyak kasus, penguatan kompresi diimbangi oleh beberapa ekspansi yang terjadi selama penggunaan.Namun, seperti yang ditunjukkan pada contoh di bawah, hal ini tidak selalu terjadi.
Kesalahan 1: Suhu sekitar yang rendah (36°F) sebelum peluncuran mengakibatkan cincin-O Viton pada Pesawat Ulang-alik Challenger tidak mencukupi.Sebagaimana dinyatakan dalam berbagai investigasi kecelakaan: “Pada suhu di bawah 50°F, cincin-O Viton V747-75 tidak cukup fleksibel untuk melacak pembukaan celah pengujian” [3].Suhu transisi kaca menyebabkan cincin-O Challenger gagal tersegel dengan benar.
Masalah 2: Segel yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2 sebagian besar terkena air dan uap.Segel tersebut dirakit di lokasi menggunakan ethylene propylene diene monomer (EPDM).Namun, mereka sedang menguji fluoroelastomer (FKM) seperti Viton) dan perfluoroelastomer (FFKM) seperti Kalrez O-ring.Meskipun ukurannya berbeda-beda, semua cincin-O yang ditunjukkan pada Gambar 2 dimulai dengan ukuran yang sama:
Apa yang terjadi?Penggunaan uap dapat menjadi masalah bagi elastomer.Untuk aplikasi steam di atas 250°F, deformasi ekspansi dan kontraksi FKM dan FFKM harus diperhitungkan dalam perhitungan desain pengepakan.Elastomer yang berbeda memiliki kelebihan dan kekurangan tertentu, bahkan elastomer yang memiliki ketahanan kimia yang tinggi.Setiap perubahan memerlukan pemeliharaan yang cermat.
Catatan umum tentang elastomer.Secara umum, penggunaan elastomer pada suhu di atas 250°F dan di bawah 35°F bersifat khusus dan mungkin memerlukan masukan dari perancang.
Penting untuk menentukan komposisi elastomer yang digunakan.Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dapat membedakan berbagai jenis elastomer yang berbeda secara signifikan, seperti EPDM, FKM, dan FFKM yang disebutkan di atas.Namun, pengujian untuk membedakan satu senyawa FKM dengan senyawa FKM lainnya dapat menjadi suatu tantangan.Cincin-O yang dibuat oleh produsen berbeda mungkin memiliki bahan pengisi, vulkanisasi, dan perawatan yang berbeda.Semua ini memiliki dampak signifikan pada set kompresi, ketahanan kimia, dan karakteristik suhu rendah.
Polimer memiliki rantai molekul yang panjang dan berulang sehingga memungkinkan cairan tertentu menembusnya.Berbeda dengan logam yang memiliki struktur kristal, molekul-molekul panjang saling terkait satu sama lain seperti untaian spageti yang dimasak.Secara fisik, molekul yang sangat kecil seperti air/uap dan gas dapat menembus.Beberapa molekul berukuran cukup kecil untuk dapat masuk melalui celah antar rantai individu.
Kegagalan 3: Biasanya, mendokumentasikan investigasi analisis kegagalan dimulai dengan memperoleh gambar bagian-bagiannya.Namun potongan plastik datar, fleksibel, dan berbau bensin yang diterima pada hari Jumat telah berubah menjadi pipa bundar yang keras pada hari Senin (saat foto diambil).Komponen tersebut kabarnya adalah jaket pipa polietilen (PE) yang digunakan untuk melindungi komponen listrik di bawah permukaan tanah di sebuah SPBU.Potongan plastik datar fleksibel yang Anda terima tidak melindungi kabel.Penetrasi bensin menyebabkan perubahan fisik, bukan kimia – pipa polietilen tidak terurai.Namun, perlu untuk menembus pipa yang tidak terlalu lunak.
Kesalahan 4. Banyak fasilitas industri menggunakan pipa baja berlapis Teflon untuk pengolahan air, pengolahan asam dan di mana keberadaan kontaminan logam tidak termasuk (misalnya, dalam industri makanan).Pipa berlapis teflon memiliki ventilasi yang memungkinkan air merembes ke dalam ruang melingkar antara baja dan lapisannya.Namun, pipa berjajar memiliki umur simpan setelah digunakan dalam waktu lama.
Gambar 4 menunjukkan pipa berlapis Teflon yang telah digunakan untuk memasok HCl selama lebih dari sepuluh tahun.Sejumlah besar produk korosi baja terakumulasi di ruang melingkar antara liner dan pipa baja.Produk mendorong lapisan ke dalam, menyebabkan kerusakan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Korosi pada baja berlanjut hingga pipa mulai bocor.
Selain itu terjadi creep pada permukaan flensa teflon.Creep didefinisikan sebagai deformasi (deformasi) pada beban konstan.Seperti halnya logam, rangkak polimer meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.Namun, tidak seperti baja, mulur terjadi pada suhu kamar.Kemungkinan besar, dengan berkurangnya penampang permukaan flensa, baut pipa baja dikencangkan secara berlebihan hingga muncul retakan cincin, seperti yang ditunjukkan pada foto.Retakan melingkar semakin membuat pipa baja terkena HCl.
Kegagalan 5: Lapisan polietilen densitas tinggi (HDPE) biasanya digunakan dalam industri minyak dan gas untuk memperbaiki saluran injeksi air baja yang terkorosi.Namun, terdapat persyaratan peraturan khusus untuk pelepas tekanan liner.Gambar 6 dan 7 menunjukkan liner yang gagal.Kerusakan pada liner katup tunggal terjadi ketika tekanan anulus melebihi tekanan operasi internal – liner gagal karena penetrasi.Untuk pelapis HDPE, cara terbaik untuk mencegah kegagalan ini adalah dengan menghindari penurunan tekanan yang cepat pada pipa.
Kekuatan bagian fiberglass berkurang dengan penggunaan berulang.Beberapa lapisan mungkin terkelupas dan retak seiring waktu.API 15 HR “Pipa Linier Fiberglass Tekanan Tinggi” berisi pernyataan bahwa perubahan tekanan sebesar 20% adalah batas pengujian dan perbaikan.Pasal 13.1.2.8 Standar Kanada CSA Z662, Sistem Pipa Minyak dan Gas, menetapkan bahwa fluktuasi tekanan harus dijaga di bawah 20% dari nilai tekanan pabrikan pipa.Jika tidak, tekanan desain dapat dikurangi hingga 50%.Saat merancang FRP dan FRP dengan kelongsong, beban siklik harus diperhitungkan.
Kesalahan 6: Sisi bawah (jam 6) pipa fiberglass (FRP) yang digunakan untuk mensuplai air garam ditutupi dengan polietilen densitas tinggi.Bagian yang gagal, bagian yang baik setelah kegagalan, dan komponen ketiga (mewakili komponen pasca produksi) diuji.Secara khusus, penampang bagian yang gagal dibandingkan dengan penampang pipa prefabrikasi dengan ukuran yang sama (lihat Gambar 8 dan 9).Perhatikan bahwa penampang yang gagal memiliki retakan intralaminar yang luas yang tidak terdapat pada pipa fabrikasi.Delaminasi terjadi pada pipa baru dan pipa rusak.Delaminasi biasa terjadi pada fiberglass dengan kandungan kaca tinggi;Kandungan kaca yang tinggi memberikan kekuatan yang lebih besar.Pipa mengalami fluktuasi tekanan yang parah (lebih dari 20%) dan rusak karena pembebanan siklik.
Gambar 9. Berikut adalah dua lagi penampang fiberglass jadi dalam pipa fiberglass berlapis polietilen densitas tinggi.
Selama pemasangan di lokasi, bagian pipa yang lebih kecil disambungkan – sambungan ini sangat penting.Biasanya, dua potong pipa disatukan dan celah di antara pipa diisi dengan “dempul”.Sambungan tersebut kemudian dibungkus dengan beberapa lapis penguat fiberglass lebar dan diresapi dengan resin.Permukaan luar sambungan harus mempunyai lapisan baja yang cukup.
Bahan non-logam seperti pelapis dan fiberglass bersifat viskoelastik.Walaupun ciri-ciri ini sulit dijelaskan, namun manifestasinya umum terjadi: kerusakan biasanya terjadi pada saat pemasangan, namun kebocoran tidak langsung terjadi.“Viskoelastisitas adalah sifat suatu bahan yang menunjukkan sifat kental dan elastis ketika mengalami deformasi.Bahan kental (seperti madu) menahan aliran geser dan berubah bentuk secara linier seiring waktu ketika tekanan diterapkan.Bahan elastis (seperti baja) akan segera berubah bentuk, tetapi juga dengan cepat kembali ke keadaan semula setelah tegangan dihilangkan.Bahan viskoelastik memiliki kedua sifat tersebut dan oleh karena itu menunjukkan deformasi yang bervariasi terhadap waktu.Elastisitas biasanya dihasilkan dari regangan ikatan sepanjang bidang kristal dalam padatan yang teratur, sedangkan viskositas dihasilkan dari difusi atom atau molekul dalam bahan amorf” [4].
Komponen fiberglass dan plastik memerlukan perawatan khusus selama pemasangan dan penanganan.Jika tidak, bahan tersebut dapat retak dan kerusakan baru akan terlihat lama setelah pengujian hidrostatis.
Sebagian besar kegagalan lapisan fiberglass terjadi karena kerusakan pada saat pemasangan [5].Pengujian hidrostatis diperlukan tetapi tidak mendeteksi kerusakan kecil yang mungkin terjadi selama penggunaan.
Gambar 10. Berikut ini adalah antarmuka bagian dalam (kiri) dan bagian luar (kanan) antara segmen pipa fiberglass.
Cacat 7. Gambar 10 menunjukkan sambungan dua bagian pipa fiberglass.Gambar 11 menunjukkan penampang sambungan.Permukaan luar pipa tidak cukup diperkuat dan disegel, dan pipa pecah selama pengangkutan.Rekomendasi perkuatan sambungan diberikan dalam DIN 16966, CSA Z662 dan ASME NM.2.
Pipa polietilen densitas tinggi ringan, tahan korosi, dan biasa digunakan untuk pipa gas dan air, termasuk selang kebakaran di lokasi pabrik.Sebagian besar kegagalan pada jalur ini berhubungan dengan kerusakan yang diterima selama pekerjaan penggalian [6].Namun, kegagalan pertumbuhan retak lambat (SCG) juga dapat terjadi pada tegangan yang relatif rendah dan regangan yang minimal.Menurut laporan, “SCG adalah mode kegagalan umum pada jaringan pipa polietilen (PE) bawah tanah dengan umur desain 50 tahun” [7].
Kesalahan 8: SCG terbentuk di selang kebakaran setelah lebih dari 20 tahun digunakan.Frakturnya memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
Kegagalan SCG ditandai dengan pola rekahan: deformasinya minimal dan terjadi karena beberapa cincin konsentris.Ketika area SCG meningkat menjadi sekitar 2 x 1,5 inci, retakan menyebar dengan cepat dan gambaran makroskopis menjadi kurang jelas (Gambar 12-14).Saluran mungkin mengalami perubahan beban lebih dari 10% setiap minggunya.Sambungan HDPE lama dilaporkan lebih tahan terhadap kegagalan akibat fluktuasi beban dibandingkan sambungan HDPE lama [8].Namun, fasilitas yang ada harus mempertimbangkan pengembangan SCG seiring bertambahnya usia selang pemadam kebakaran HDPE.
Gambar 12. Foto ini menunjukkan perpotongan cabang T dengan pipa utama sehingga menimbulkan retakan yang ditunjukkan oleh panah merah.
Beras.14. Di sini Anda dapat melihat dari dekat permukaan rekahan cabang berbentuk T hingga pipa utama berbentuk T.Terdapat retakan yang jelas pada permukaan bagian dalam.
Kontainer Curah Menengah (IBC) cocok untuk menyimpan dan mengangkut sejumlah kecil bahan kimia (Gambar 15).Mereka sangat dapat diandalkan sehingga mudah untuk melupakan bahwa kegagalan mereka dapat menimbulkan bahaya yang signifikan.Namun, kegagalan MDS dapat mengakibatkan kerugian finansial yang signifikan, beberapa di antaranya diteliti oleh penulis.Kebanyakan kegagalan disebabkan oleh penanganan yang tidak tepat [9-11].Meskipun IBC tampak mudah untuk diperiksa, retakan pada HDPE yang disebabkan oleh penanganan yang tidak tepat sulit untuk dideteksi.Bagi manajer aset di perusahaan yang sering menangani kontainer besar yang berisi produk berbahaya, inspeksi eksternal dan internal yang teratur dan menyeluruh adalah hal yang wajib dilakukan.di Amerika Serikat.
Kerusakan dan penuaan akibat sinar ultraviolet (UV) lazim terjadi pada polimer.Ini berarti kita harus mengikuti petunjuk penyimpanan O-ring dengan hati-hati dan mempertimbangkan dampaknya terhadap umur komponen eksternal seperti tangki terbuka dan lapisan kolam.Meskipun kita perlu mengoptimalkan (meminimalkan) anggaran pemeliharaan, diperlukan beberapa pemeriksaan terhadap komponen eksternal, terutama komponen yang terkena sinar matahari (Gambar 16).
Karakteristik seperti suhu transisi kaca, set kompresi, penetrasi, mulur suhu ruangan, viskoelastisitas, perambatan retak lambat, dll. menentukan karakteristik kinerja bagian plastik dan elastomer.Untuk memastikan pemeliharaan komponen penting yang efektif dan efisien, sifat-sifat ini harus diperhitungkan, dan polimer harus menyadari sifat-sifat ini.
Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada klien dan kolega yang berwawasan luas karena telah berbagi temuan mereka dengan industri.
1. Lewis Sr., Richard J., Hawley's Concise Dictionary of Chemistry, edisi ke-12, Thomas Press International, London, Inggris, 1992.
2. Sumber internet: https://promo.parker.com/promotionsite/oring-ehandbook/us/en/ehome/laboratory-compression-set.
3. Lach, Cynthia L., Pengaruh Suhu dan Perlakuan Permukaan O-Ring terhadap Kemampuan Penyegelan Viton V747-75.Makalah Teknis NASA 3391, 1993, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013602.pdf.
5. Praktik Terbaik untuk Produsen Minyak dan Gas Kanada (CAPP), “Menggunakan Pipa Komposit Bertulang (Non-Logam),” April 2017.
6. Maupin J. dan Mamun M. Analisis Kegagalan, Risiko dan Bahaya Pipa Plastik, Proyek DOT No. 194, 2009.
7. Xiangpeng Luo, Jianfeng Shi dan Jingyan Zheng, Mekanisme Pertumbuhan Retak Lambat dalam Polietilen: Metode Elemen Hingga, Konferensi Bejana Tekan dan Perpipaan ASME 2015, Boston, MA, 2015.
8. Oliphant, K., Conrad, M., dan Bryce, W., Kelelahan Pipa Air Plastik: Tinjauan Teknis dan Rekomendasi Desain Kelelahan Pipa PE4710, Laporan Teknis atas nama Asosiasi Pipa Plastik, Mei 2012.
9. Pedoman CBA/SIA untuk Penyimpanan Cairan dalam Kontainer Curah Menengah, ICB Edisi 2, Oktober 2018 Online: www.chemical.org.uk/wp-content/uploads/2018/11/ibc-guidance-issue-2- 2018-1.pdf.
10. Beale, Christopher J., Way, Charter, Penyebab Kebocoran IBC di Pabrik Kimia – Analisis Pengalaman Operasi, Seri Seminar No. 154, IChemE, Rugby, UK, 2008, online: https://www.icheme.org/media/9737/xx-paper-42.pdf.
11. Madden, D., Merawat Totes IBC: Lima Tips Agar Tahan Lama, diposting di Kontainer Massal, Totes IBC, Keberlanjutan, diposting di blog.containerexchanger.com, 15 September 2018.
Ana Benz adalah Chief Engineer di IRISNDT (5311 86th Street, Edmonton, Alberta, Kanada T6E 5T8; Telepon: 780-577-4481; Email: [email dilindungi]).Dia bekerja sebagai spesialis korosi, kegagalan dan inspeksi selama 24 tahun.Pengalamannya mencakup melakukan inspeksi menggunakan teknik inspeksi tingkat lanjut dan mengatur program inspeksi pabrik.Mercedes-Benz melayani industri pengolahan kimia, pabrik petrokimia, pabrik pupuk dan pabrik nikel di seluruh dunia, serta pabrik produksi minyak dan gas.Beliau menerima gelar di bidang teknik material dari Universidad Simon Bolivar di Venezuela dan gelar master di bidang teknik material dari University of British Columbia.Dia memegang beberapa sertifikasi pengujian non-destruktif Dewan Standar Umum Kanada (CGSB), serta sertifikasi API 510 dan sertifikasi CWB Group Level 3.Benz adalah anggota Cabang Eksekutif NACE Edmonton selama 15 tahun dan sebelumnya menjabat di berbagai posisi di Masyarakat Pengelasan Kanada Cabang Edmonton.
NINGBO BODI SEALS CO.,LTD MEMPRODUKSI SEMUA JENISFFKM ORING,KIT ORING FKM,
SELAMAT DATANG UNTUK MENGHUBUNGI KAMI DI SINI, TERIMA KASIH!
Waktu posting: 18 November 2023