Faserverstärkte Kunststofftanks und -gefäße - Fibre-reinforced plastic tanks and vessels

FRP ( Fiberglasverstärkte Kunststoffe , auch als GFK oder glasfaserverstärkte Kunststoffe bekannt) ist ein moderner Verbundwerkstoff für chemische Anlagen wie Tanks und Gefäße . Chemische Geräte mit einer Größe von weniger als einem Meter bis 20 Metern werden aus GFK als Konstruktionsmaterial hergestellt.

Chemische GFK-Geräte werden hauptsächlich durch Handauflegen und Filamentwickeln hergestellt . BS4994 bleibt weiterhin ein Schlüsselstandard für diese Artikelklasse .

Doppellaminat

Aufgrund der Korrosionsbeständigkeit von FRP kann der Tank vollständig aus dem Verbundwerkstoff hergestellt werden, oder es kann eine zweite Auskleidung verwendet werden. In jedem Fall wird die innere Auskleidung mit unterschiedlichen Material - Eigenschaften als der strukturelle Teil (daher der Name dual (was bedeutet , zwei) und Laminat (ein Wort , die üblicherweise für eine Schicht aus einem Verbundmaterial verwendet wird ))

Die Auskleidung aus GFK ist normalerweise harzreich und verwendet eine andere Glasart , die als "C-Glas" bezeichnet wird, während der strukturelle Teil "E-Glas" verwendet. Die thermoplastische Auskleidung ist normalerweise 2,3 mm dick (100 mil ). Es wird nicht angenommen, dass diese thermoplastische Auskleidung zur mechanischen Festigkeit beiträgt. Die FRP-Auskleidung wird normalerweise vor dem Aufwickeln oder Auflegen gehärtet, indem entweder ein BPO / DMA- System oder ein MEKP- Katalysator mit Kobalt im Harz verwendet wird .

Wenn der Liner nicht aus GFK besteht, gibt es mehrere Möglichkeiten für einen thermoplastischen Liner. Der Ingenieur muss den Tank basierend auf den chemischen Korrosionsanforderungen der Ausrüstung konstruieren. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF werden als übliche thermoplastische Auskleidungen verwendet.

Aufgrund der Knickschwäche von FRP , aber der immensen Festigkeit gegen Zugkräfte und seiner Korrosionsbeständigkeit ist ein hydrostatischer Tank eine logische Anwendung für den Verbundwerkstoff. Der Tank ist so ausgelegt, dass er den hydrostatischen Kräften standhält, die durch die Ausrichtung der Fasern in tangentialer Richtung erforderlich sind . Dies erhöht die Reifenfestigkeit und macht die Tanks anisotrop stärker als Stahl (Pfund pro Pfund).

FRP , das über die Auskleidung ausgebildet ist , die strukturellen Festigkeitsanforderungen Konstruktionsbedingungen , wie beispielsweise interne auszuhalten Druck oder Vakuum , hydrostatischen Belastungen, seismische Belastungen (einschließlich Fluid Schwappen), Windlasten, Regeneration hydrostatischen Belastungen und sogar Schneelasten.

Anwendungen

FRP-Tanks und -Behälter gemäß BS 4994 werden in der chemischen Industrie in folgenden Bereichen häufig eingesetzt: Hersteller von Chloralkali, Düngemittel, Zellstoff und Papier, Metallgewinnung, Raffination , Galvanik , Salzlösung , Essig , Lebensmittelverarbeitung und in der Luft Geräte zur Kontrolle der Umweltverschmutzung, insbesondere in kommunalen Kläranlagen und Wasseraufbereitungsanlagen .

Typen

FRP-Tanks und Prozessbehälter werden in verschiedenen gewerblichen und industriellen Anwendungen eingesetzt, darunter in den Bereichen Chemie, Wasser und Abwasser, Lebensmittel und Getränke, Bergbau und Metalle, Energie, Energie und hochreine Anwendungen.

Wäscher

FRP - Wäscher sind für die Wäsche verwendet Flüssigkeiten . In der Luftreinhaltungstechnologie gibt es drei Arten von Gaswäschern: Dry Media, Wet Media und Biological.

Trockene Medien

Bei trockenen Medien handelte es sich typischerweise um trockene, feste Medien (wie Aktivkohle ), die in der Mitte des Gefäßes auf einem System aus Trägerträgern und Gittern aufgehängt waren . Das Medium steuert die Konzentration eines Schadstoffs im einströmenden Gas durch Adsorption und Absorption .

Diese Schiffe haben verschiedene Designbeschränkungen. Sie müssen für ausgelegt sein

  • Entladen und erneutes Laden der Medien
  • Ätzende Wirkung der zu behandelnden Flüssigkeit
  • Interner und externer Druck
  • Umweltbelastungen
  • Stützlasten für das Gitter- und Stützsystem
  • Schiff anheben und einbauen
  • Regenerieren der Medien im Gefäß
  • Interne Stapelhalterungen für eine Doppelbettkonstruktion
  • Redundanz zur vorbeugenden Wartung
  • Demisting, um Flüssigkeiten zu entfernen, die das trockene Medium zersetzen
  • Kondensatentfernung, um im Behälter kondensierte Flüssigkeit zu entfernen

Nasse Medien

Nassmedienwäscher tauchen die verschmutzte Flüssigkeit typischerweise in eine Waschlösung. Diese Schiffe müssen nach strengeren Kriterien ausgelegt sein. Die Konstruktionsbeschränkungen für Nassmedienwäscher umfassen typischerweise:

  • Die korrosiven Wirkungen der verschmutzten Flüssigkeit und der Waschlösung.
  • Die hohen Drücke und Belastungen eines Sprühsystems
  • Aerodynamik der internen Medien, um sicherzustellen, dass kein Bypass vorhanden ist
  • Interne Unterstützungssysteme
  • Vorratsbehälter für Waschflüssigkeit zur Umwälzung.
  • Interner und externer Druck
  • Umweltbelastungen
  • Schiff anheben und einbauen
  • Installation der Waschflüssigkeit zum Gefäß
  • Ablassen, um Gefäßwannenflüssigkeiten zu entfernen

Bei einem Dekarbonator , der in Umkehrosmoseanlagen zur Begrenzung der Gaskonzentration im Wasser eingesetzt wird, ist die Luft die Waschflüssigkeit und die gesprühte Flüssigkeit der verschmutzte Strom. Wenn das Wasser aus dem Wäscher gesprüht wird, entfernt die Luft die wässrigen Gase aus dem Wasser, um sie in einem anderen Gefäß zu behandeln.

Biologisch

Biologische Gaswäscher sind strukturell identisch mit den Nassmedienwäschern, unterscheiden sich jedoch in ihrer Konstruktion. Das Schiff ist größer ausgelegt, sodass sich die Luft langsamer durch das Schiff bewegt. Das Medium soll das biologische Wachstum fördern, und das Wasser, das durch das Gefäß sprüht, ist mit Nährstoffen gefüllt , um das Wachstum von Bakterien zu fördern . In solchen Gaswäschern schrubben die Bakterien den Schadstoff. Anstelle eines einzelnen großen Trägersystems (normalerweise 10 Fuß Medientiefe für chemische Wäscher) gibt es mehrere Stufen der Medienunterstützung, die die Konstruktionsanforderungen des Gefäßes ändern können. (Siehe Biofilter für ähnliche Technologien, die normalerweise außerhalb eines FRP-Gefäßes durchgeführt werden.)

Panzer

Ein typischer Lagertank aus GFK hat einen Einlass, einen Auslass, eine Entlüftung, eine Zugangsöffnung , einen Abfluss und eine Überlaufdüse. Es gibt jedoch andere Funktionen, die im Tank enthalten sein können. Leitern an der Außenseite ermöglichen einen einfachen Zugang zum Dach zum Laden. Das Schiff muss so konstruiert sein, dass es der Last von Personen standhält, die auf diesen Leitern stehen, und sogar einer Person, die auf dem Dach steht. Schräge Böden ermöglichen ein leichteres Ablassen. Füllstandsanzeigen ermöglichen es jemandem, den Flüssigkeitsstand im Tank genau abzulesen. Das Gefäß muss gegen die Korrosion der darin enthaltenen Flüssigkeit beständig sein. Typischerweise haben diese Gefäße eine sekundäre Rückhaltestruktur, falls das Gefäß platzt.

Größe

Die Größe von GFK-Schiffen wird selten durch die Herstellungstechnologie , sondern durch die Wirtschaftlichkeit begrenzt . Tanks kleiner als 7.500 Liter (2.000 Gallonen ) leicht hergestellt aus billigeren Materialien wie HDPE oder PVC. Tanks, die größer als vier Meter sind, sind im Allgemeinen durch Versandbeschränkungen begrenzt , und die Wirtschaftlichkeit legt nahe, dass ein Beton- oder Stahltank am Standort des Tanks hergestellt wird .

Für die Lagerung von Chemikalien und die Kontrolle der Luftverschmutzung können mehrere Tanks mit kleineren Durchmessern hergestellt werden . Zum Beispiel, einer der größten Geruchsbekämpfungsprojekte in Kalifornien , die Orange County Sanitation District wird nutzen 24 Schiffe insgesamt 188.300 zur Behandlung von cfm (86.200 l / s) von Geruchs- Luft, mit einem Design von bis zu 50 ppm von Schwefelwasserstoff . Damit ein gleichwertiges Einzelschiff sowie die 13 Tropfkörperfilter funktionieren können , muss das Einzelgefäß einen Durchmesser von über 36 Fuß haben. Dies wäre aufgrund der hohen Versandanforderungen, internen Stützen, Sprühdüsen und anderen Einbauten unpraktisch . Außerdem würde dieses einzelne Schiff keine Redundanz für die vorbeugende Wartung enthalten .

Einschränkungen

Typische Grenzwerte für GFK-Gefäße und -Konstrukte basieren fast ausschließlich auf den verwendeten Anwendungsparametern und Harzen. Das thermoplastische Harz leidet bei erhöhten Temperaturen unter Kriechen und versagt letztendlich. Neue Chemie hat jedoch Harze hervorgebracht, die behaupten, noch höhere Temperaturen erreichen zu können, was dieses Gebiet immens erweitert. Das typische Maximum liegt bei 200 Grad Celsius.

Glasfasergefäße und -konstrukte können auch bei längerer Sonneneinstrahlung abgebaut werden. Diese Verschlechterung wird durch chemische Veränderungen verursacht, die infolge der Exposition gegenüber dem ultravioletten (UV) Teil des Lichts auftreten. Der Abbau führt dazu, dass die Glasfasertanks und -konstrukte Poren in der Oberfläche öffnen, sodass Styrol aus dem Gefäß oder den Wänden des Konstrukts austreten kann, wodurch sie versprödet werden, wodurch die Schlagfestigkeit und die möglichen Dehnungseigenschaften des Teils verringert werden. Der Abbau durch UV-Licht kann durch die Zugabe von äußeren Gelcoats und Versiegelungsmitteln wirksam verhindert werden, die das Glasfaserkonstrukt schützen, indem der UV-Zugang zur Produktoberfläche entfernt wird, wodurch die UV-Energie abgelenkt wird.

Die UV-Lebensdauer eines Teils hängt vom Gehalt und Typ des UV-Additivs sowie von der Dicke und dem Design des Teils, dem Pigmenttyp, dem Grad und der Wirksamkeit der Dispersion, den Verarbeitungsbedingungen und dem geografischen Ort ab, an dem das Formteil verwendet wird (siehe Abbildung 3). Beim Vergleich der UV-Leistung des Harzes ist es wichtig sicherzustellen, dass die Tests auf einer konsistenten Basis durchgeführt wurden. In Abbildung 1 sind beschleunigte Verwitterungsdaten dargestellt. Im Allgemeinen entsprechen 2.000 Stunden einem Jahr in Florida und 1.400 Stunden einem Jahr in Südkanada. Oft werden Begriffe wie „UV-8“ verwendet. UV-8 bedeutet, dass das Material in einem Xenon Ci-65-Wettermesser 8.000 Stunden standhält. UV-2 oder UV-4 würden 2.000 bzw. 4.000 Stunden bedeuten. Daher entspricht UV-8 ungefähr 4 Jahren kontinuierlicher Exposition im Freien in Florida. Es ist wichtig zu verstehen, welcher Wettermesser, dh Carbon Arc oder Xenon, verwendet wurde, sowie die Details, wie der Wettermesser betrieben wurde. ASTM D-2565 ist der anerkannte Standard. Um diese Daten zu bestätigen, können Tests unter Verwendung der tatsächlichen Witterungseinflüsse im Freien wie Florida und Arizona durchgeführt werden. Hinweis In Abbildung 1 werden die Industriestandardkriterien verwendet, nach denen die Probe weniger als 50% ihrer ursprünglichen Bruchdehnung erreicht hat, um das Ende des Tests zu bestimmen. In den meisten Fällen erstreckt sich die Nutzungsdauer des Teils über diesen Punkt hinaus. Alle Proben in Abbildung 1 sind nicht pigmentiert, wie von Exxon Chemical geliefert. Die UV-Leistungstestdaten finden Sie in unseren Datenblättern für jede spezifische Sorte. Lichtstabilitätseigenschaften UV-Stabilisierung Kunststoffe werden angegriffen und verschlechtern sich, wenn sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Wenn Kunststofftanks das ultraviolette Licht der Sonne absorbieren, regt die UV-Energie die Ketten der Polymere an und lässt sie brechen. Die Auswirkungen sind Verfärbungen, Versprödung und eventuelle Risse. Erhöhte Temperaturen und Sauerstoff beschleunigen tendenziell die Verschlechterung. Als für den Einsatz im Freien geeignete Tanks sind vor UV-Angriffen geschützt, indem: gefärbt oder pigmentiert und / oder interne Stabilisatoren hinzugefügt werden, die die UV-Energie vorzugsweise absorbieren oder ableiten. Das Abschatten von Tanks vor der Sonne verhindert ebenfalls eine Verschlechterung. Die Tanks müssen frei sein, um sich auszudehnen oder zusammenzuziehen. Vermeiden Sie übermäßige Spannungen am Tank. Unterstützung bei der Auswahl des geeigneten Tanks für eine bestimmte Anwendung finden Sie in den Handbüchern zur Auswahl von Tankharzen bei namhaften Harzherstellern. Ressourcen, die veröffentlicht werden, indem zusätzliche Verweise auf AVENGENERALE ISOLINE DER GLOBALEN STRAHLUNG und deren Auswirkungen auf die Polymere angegeben werden. Jahre = 70 x UV-Bewertung (Isolinie Ihres Standorts) (aus Abbildung 3) Beispiel: Natürlicher Teil, ordnungsgemäß geformt, unter Verwendung eines UV-8-Additivpakets zur Verwendung in Florida ieFlorida = 140 Kcal / cm @ 2 / Jahr. (aus Abbildung 3) Somit sind die erwarteten Jahre = 70/140 x 8 = 4 Jahre (bis 50% der ursprünglichen Bruchdehnungseigenschaften übrig sind.

Denken Sie daran, Ihre Glasfaserinvestitionen vor UV-Strahlung zu schützen, ähnlich wie Sie Ihre Kinder mit Sonnenschutzmitteln schützen würden. Gelcoats sind Sonnenschutzmittel für Ihre Tanks, Gefäße und andere Glasfaserkonstrukte.


Designstandards

Glasfasertanks fallen unter die Regulierung mehrerer Gruppen. 

 Typical design parameters and specifications will require either compliance with ASME RTP-1 or accreditation from ASME.
  • ASTM 3299, das nur eine Produktspezifikation ist, regelt den Filamentwickelprozess für Tanks. Es ist kein Designstandard.
  • SS245: 1995 Singapur-Standard für GFK-Wasserspeichertanks.

Bs4994

Um die mit der Angabe der Dicke allein verbundene Unsicherheit zu vermeiden, führte BS4994 das Konzept der "Einheiteneigenschaften" ein. Es ist eine Eigenschaft pro Einheitsbreite und pro Einheitsmasse der Bewehrung. Beispielsweise wird die EINHEITSSTÄRKE als Belastung in Newton pro Millimeter (Laminatbreite) für eine Schicht definiert, die aus 1 kg Glas pro Quadratmeter besteht. Das heißt, die Einheit ist N / mm pro kg / m2 Glas

ASME RTP-1

In den RTP-1-Spezifikationen beziehen sich die Hauptprobleme auf Spannung und Dehnung , wie z. B. Umfangsspannung, axiale Spannung und Bruchspannung, auf die physikalischen Eigenschaften des Materials, wie z. B. den Elastizitätsmodul (der aufgrund des Filamentwicklungsprozesses möglicherweise eine anisotrope Analyse erfordert ). Diese beziehen sich auf die Lasten des Designs, wie der interne Druck und Dehnung.

BS EN 13121

Diese europäische Norm ersetzt BS4994-87, die jetzt als aktuell, veraltet, ersetzt gekennzeichnet ist.

SS245: 1995

Dies ist der derzeitige Singapur-Standard für GFK-Wassertanks.

Stellt her

Mitsubishi Chemical Infratec

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Weltweit größte FRP-Säurespeichertanks". Verstärkte Kunststoffe . 49 : 26–29. 2005-11-18. doi : 10.1016 / s0034-3617 (05) 70798-0 .
  2. ^ [1] Seite 12, Werk 2 Headworks Facility
  3. ^ Carollo-Ingenieure , Sanitärbezirk von Orange County, Werk Nr. 2, Ersatz der Kopfarbeiten (Auftrag Nr. P2-66) Spezifikation 11395D.1.3.A.3
  4. ^ Da die Fläche beibehalten werden muss, um die Geschwindigkeit zu verringern,
  5. ^ Raventank.com

Beispiel eines GFK-Sektionaltanks. https://www.mechgroup.co.uk/grp-sectional-tanks Beispiel für zylindrische GFK-Tanks. https://www.mechgroup.co.uk/grp-cylindrical-tanks

Weiterführende Literatur