قرار الخطوط الملاحية المنتظمة: ثلاثون عامًا من مطابقة البلاستيك مع السم

هل سبق لك أن رأيت ما يفعله الغاز الحامض بالفولاذ الكربوني? أملك. انها ليست جميلة. الفولاذ لا يصدأ كما يحدث في الهواء. انها الشقوق. من الداخل الى الخارج. الخطوط الصغيرة التي لا يمكنك رؤيتها حتى يوم وصولها إلى الخارج ويتوقف كل شيء بسرعة كبيرة.

لقد بدأت في هذا العمل في 1994, جديدة من مدرسة المعادن, العمل في شركة تصنيع الأنابيب في ولاية أوهايو. أول أسبوع لي في العمل, أخذوني لرؤية الفشل. خط من الصلب الكربوني مقاس 12 بوصة, نقل المياه المنتجة من بئر الصخر الزيتي. ثلاث سنوات في الخدمة. يشبه الجزء السفلي من الأنبوب الإسفنجة. ثقوب في كل مكان. خسر المشغل ربع مليون دولار في فترة التوقف.

وذلك عندما تعلمت: الفولاذ قوي, لكن الفولاذ غبي. ولا يعرف كيف يحمي نفسه. عليك أن تحميها.

هذا ما تفعله البطانات. إنهم الجهاز المناعي للأنبوب الخاص بك.

---

المشكلة: ماذا تضخ حقا?

قبل أن تختار بطانة, تحتاج إلى الإجابة على سؤال واحد. ليس ما هو موجود في ورقة المواصفات. ما هو موجود بالفعل في الأنبوب?

عملت في وظيفة في الشرق الأوسط, 2008. قال العميل “الغاز الحامض, 2% H2S, جاف.” نوصي بـ PTFE. تم تثبيت ثلاثين كيلومترا. بعد ستة أشهر, الفشل. الكثير منهم.

تبين, لم تكن جافة. كان الماء يتكثف في المناطق المنخفضة. يذوب H2S في ذلك الماء. صنع حمض الكبريتيك. ليست قوية, لكنها قوية بما فيه الكفاية. و بتف? كان على ما يرام. لكن حلقة الدعم لم تكن مغلقة بشكل صحيح. حصل الحمض خلف البطانة. تآكل الفولاذ من الخارج إلى الداخل, إذا كان هذا منطقيا. الخطوط الملاحية المنتظمة كانت مثالية. كان الأنبوب قمامة.

هذا هو الشيء المتعلق بالبطانات. إنهم يعملون فقط إذا كان كل شيء آخر يعمل أيضًا.

الطاولة 1: الوسائط المسببة للتآكل الشائعة وآلياتها

الكيمياء مهمة. درجة الحرارة مهمة. الضغط مهم. معدل التدفق مهم. كل شيء مهم.

---

عائلة لاينر: من هو في عالم البلاستيك

اسمحوا لي أن أقدم لكم اللاعبين. لقد عملت معهم جميعًا. أحب بعض. كرهت الآخرين. تعلمت من الجميع.

بتف: الملك القديم

بولي تترافلوروإيثيلين. تفلون لمعظم الناس. جد البلاستيك عالي الأداء.

ما هو جيد في: كل شيء تقريبا. خامل كيميائيا حتى حوالي 260 درجة مئوية. لا شيء يلتصق به. معامل الاحتكاك منخفض جدًا بحيث يصعب قياسه.

ما هو سيء في: سعر. التدفق البارد. تخلل.

معادلة 1: معدل النفاذية (قانون فيك الأول)

$ي=-D\times \frac{Dج}{DX}$

ي=-D×DXDج​

أين:

• $ي$

  ي = تدفق تخلل

• $D$

  D = معامل الانتشار

• $Dج\mathrm{/}DX$

  Dج/DX = تدرج التركيز

يحتوي PTFE على نسبة D عالية نسبيًا للجزيئات الصغيرة. هيدروجين, بخار الماء, الغازات الخفيفة. يذهبون من خلال الحق. ليس سريعا, ولكن بسرعة كافية.

رأيت هذا على خط الكلور في تكساس. أنابيب فولاذية مبطنة بـ PTFE, عشر سنوات, تعمل بشكل جيد. ثم غيروا العملية. ارتفاع الضغط. فجأة, كان الكلور يتخلل البطانة, مهاجمة الصلب وراء ذلك. تبدو الخطوط الملاحية المنتظمة مثالية. كان الأنبوب يفشل من الخارج إلى الداخل.

قمنا بإصلاحه عن طريق تنفيس الحلقة. حفر ثقوب صغيرة في الفولاذ للسماح للغاز المتخلل بالهروب. عملت بشكل جيد بعد ذلك.

الطاولة 2: أداء PTFE بالمتوسط

PFA: الترقية

بيرفلورو ألكوكسي. فكر في الأمر على أنه أصغر من PTFE, ابن عم أكثر مرونة. نفس المقاومة الكيميائية. خصائص ميكانيكية أفضل.

ما هو مختلف: يمكن معالجة PFA بالذوبان. وهذا يعني اللحامات أفضل, أسطح أكثر سلاسة, مسامية أقل. كما أنه يتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة لفترة وجيزة, على الرغم من أن التصنيف المستمر مشابه.

الصيد: يكلف أكثر. حول 20-30% أكثر من PTFE. في بعض الأحيان يستحق كل هذا العناء, في بعض الأحيان لا.

لقد استخدمت PFA في وظيفة في بحر الشمال. غاز عالي الضغط, المكثفات, بعض H2S, بعض الماء. أراد العميل الأفضل. بطانات PFA, حلقة منفسة, منافذ المراقبة. تكلف ثروة. لكن هذا الخط يعمل منذ خمسة عشر عامًا دون أي مشاكل. في بعض الأحيان تحصل على ما تدفعه مقابل.

ص: العمود الفقري

البولي بروبيلين. رخيص. مبتهج. هل المهمة في الكثير من الأماكن.

حد درجة الحرارة: 80-90درجة مئوية. هذا كل شيء. فوق ذلك, تصبح ناعمة. فوق 100 درجة مئوية, انها غير مجدية.

مقاومة كيميائية: جيد للأحماض والقواعد في درجات حرارة معتدلة. ليست جيدة للمؤكسدات القوية. ليست جيدة بالنسبة للهيدروكربونات، فهي تجعلها تنتفخ.

معادلة 2: نسبة التورم

$S\mathrm{\%}=\frac{V_{SW\mathrm{ال}LL\mathrm{البريد}N}-V_{\mathrm{ال}R\mathrm{أنا}ز\mathrm{أنا}NAL}}{V_{\mathrm{ال}R\mathrm{أنا}ز\mathrm{أنا}NAL}}\times 100$

S%=VأوأنازثمL​VSWالليرة لبنانيةالبريدN​-VأوأنازثمL​​×100

إذا كان S٪ > 10%, لديك مشكلة. تتوسع الخطوط الملاحية المنتظمة, أبازيم, كتل الأنابيب الخاصة بك.

رأيت هذا على خط المياه المنتجة في العصر البرمي. بطانة PP, 80درجة مئوية من الماء, بعض ترحيل النفط. بعد عامين, كانت البطانة منتفخة 15%. بدا وكأنه ثعبان ابتلع عنزة. المطبات في كل مكان. انخفض التدفق بمقدار النصف. اضطررت إلى استبدال الخط بأكمله بـ PE.

PE: الموعد الرخيص

بولي ايثيلين. حتى أرخص من PP. تستخدم للمياه, مياه الصرف الصحي, مواد كيميائية خفيفة.

حد درجة الحرارة: 60درجة مئوية للHDPE. 80درجة مئوية لـ PEX (مترابطة). فوق ذلك, لا.

مقاومة كيميائية: جيد للأحماض والقواعد في درجات حرارة منخفضة. ليست جيدة للهيدروكربونات على الإطلاق. سوف يقومون بتحويل HDPE إلى مادة هلامية.

الميزة: سعر. والمتانة. يكاد يكون من المستحيل كسر PE. يمكنك التغلب عليه, أسقطه, اسحبه عبر الخندق, وسيظل يعمل.

لقد استخدمت PE لخط المخلفات في كندا. 40درجة مئوية, حمض خفيف, الكثير من المواد الصلبة. استمرت بطانة PE لمدة اثني عشر عامًا. واستبدلته بنفس الشيء. في بعض الأحيان يكون الرخيص ذكاءً.

ممحاة: المدرسة القديمة

المطاط الطبيعي, النيوبرين, بوتيل, إبدم, النتريل. مطاط مختلف لوظائف مختلفة.

ما المطاط يعمل بشكل جيد: مقاومة التآكل. المرونة. ختم. التخميد.

ما المطاط لا يعمل بشكل جيد: ارتفاع درجة الحرارة. أحماض قوية. المواد العضوية.

الطاولة 3: اختيار بطانة المطاط

لقد حددت مطاط البوتيل لخط حمض الفوسفوريك في فلوريدا. 80درجة مئوية, 40% حامض, بعض المواد الصلبة. استمر المطاط ثماني سنوات. عندما سحبناها, كانت البطانة لا تزال مرنة. كان الفولاذ الذي يقف خلفه مثاليًا. هذا فوز.

طلاءات الايبوكسي: الخيار الرقيق

ليست حقا بطانة. المزيد من الطلاء السميك. 0.5مم إلى 2 مم, عادة.

حيث يعمل: مواد كيميائية خفيفة, درجة حرارة منخفضة, لا كشط. فكر في المياه الصالحة للشرب, مياه الصرف الصحي الخفيفة, التعرض للغلاف الجوي.

حيث يفشل: ارتفاع درجة الحرارة, أحماض قوية, الثناء, كشط, فارغ.

معادلة 3: عمر الطلاء (قاعدتي الأساسية)

$L=\frac{T}{ك\times ج\times T}$

L=ك×ج×TT​

أين:

• $L$

  L = العمر بالسنوات

• $T$

  T = سمك الطلاء (مم)

• $ك$

  ك = ثابت (0.1 للايبوكسي)

• $ج$

  ج = عامل التركيز الكيميائي

• $T$

  T = عامل درجة الحرارة

ل 1 ملم الايبوكسي في 10% H2SO4 عند 40 درجة مئوية:

$L=1\mathrm{/}(0.1\times 2\times 1.5)=3.3$

L=1/(0.1×2×1.5)=3.3 سنوات. ليست رائعة.

رأيت طلاء إيبوكسي يفشل خلال ستة أشهر في خدمة حمض الهيدروكلوريك. قالت المواصفات أنها يجب أن تستمر لمدة خمس سنوات. نسي شخص ما أن يخبر الحمض.

---

مصفوفة الاختيار: ماذا يذهب أين

بعد ثلاثين عاما, ها هي ورقة الغش الخاصة بي. إنه ليس في أي كتاب مدرسي. هذا فقط ما يعمل.

الطاولة 4: اختيار الخطوط الملاحية المنتظمة حسب الخدمة

هذا هو الشيء المتعلق بهذا الجدول: إنها نقطة البداية, ليست نقطة نهاية. كل وظيفة مختلفة. كل سائل مختلف. كل دورة درجة حرارة مختلفة.

---

أوضاع الفشل: كيف تموت الخطوط

لقد رأيت الخطوط تفشل بطرق أكثر مما أستطيع الاعتماد عليه. وهنا أعظم الزيارات.

تخلل

يمر الغاز عبر البطانة, يهاجم الفولاذ من الخلف. الخطوط الملاحية المنتظمة تبدو مثالية. الأنبوب قمامة.

كيفية اصلاحها: تنفيس الحلقة. حفر ثقوب في الفولاذ. دع الغاز يهرب. مراقبة الضغط في نظام التهوية. إذا رأيت الضغط, لديك تخلل. إذا رأيت السائل, لديك تسرب.

معادلة 4: متطلبات التهوية الحلقية

$A_{V\mathrm{البريد}NT}=\frac{س\times L}{ف\times V}$

AVالبريدNT​=ف×Vس×L​

أين:

• $A_{V\mathrm{البريد}NT}$

  AVالبريدNT​ = منطقة التهوية المطلوبة

• $س$

  س = معدل التخلل

• $L$

  L = طول الأنبوب

• $ف$

  ف = الضغط الخلفي المسموح به

• $V$

  V = سرعة الغاز

لقد صممت نظام تنفيس لخط الغاز الحامض في ألبرتا. 20 كيلومترات, 12-بوصة, أنابيب فولاذية مبطنة بـ PTFE. قمنا بحساب معدل التخلل, فتحات الحجم وفقا لذلك. بعد عشرين عاما, لا يزال يعمل.

ينهار

فراغ في الأنابيب الفولاذية المبطنة. تمتص البطانة إلى الداخل. تدفق الكتل.

معادلة 5: ضغط الانهيار الحرج

${ف}_{ج}=\frac{2\mathrm{البريد}}{1-{ن}^2}\times {\left(\frac{T}{D}\right)}^3$

فج​=1-ن22البريد​×(DT​)3

أين:

• ${ف}_{ج}$

  فج​ = انهيار الضغط

• $\mathrm{البريد}$

  البريد = معامل المرونة

• $ن$

  ن = نسبة بواسون

• $T$

  T = سمك الخطوط الملاحية المنتظمة

• $D$

  D = قطر البطانة

بطانات رقيقة تنهار بسهولة. البطانات السميكة تنهار بشكل أقوى.

رأيت هذا على خط حقن الحمض في لويزيانا. توقفت المضخات فجأة. فراغ شكلت. انهارت بطانة PP مثل علبة الصودا. تكلفة ثروة ليحل محل.

كيفية اصلاحها: استخدمي بطانات أكثر سمكًا. تثبيت قواطع فراغ. صمم النظام بحيث لا يحدث.

التمدد الحراري

الأنابيب تصبح ساخنة. يتوسع الصلب. تتوسع الخطوط الملاحية المنتظمة أكثر. أبازيم بطانة.

معادلة 6: فرق التمدد الحراري

$\mathrm{د}L=({أ}_{L\mathrm{أنا}N\mathrm{البريد}R}-{أ}_{ST\mathrm{البريد}\mathrm{البريد}L})\times L\times \mathrm{د}T$

دL=(أLفييكون​-أSTنعمL​)×L×دT

يتمدد PTFE حوالي عشر مرات أكثر من الفولاذ. تسخينه إلى 100 درجة مئوية, وينمو المقطع الذي يبلغ طوله 10 أمتار بمقدار 15 ملم أكثر من الفولاذ. أين يذهب هذا الطول الإضافي? إنه ينحني.

كيفية اصلاحها: ربط الخطوط الملاحية المنتظمة. أو تصميم حلقات التوسعة. أو تعمل ضمن نطاق درجة حرارة ضيقة.

الهجوم الكيميائي

بطانة خاطئة لهذا المنصب. يذوب, تتضخم, الشقوق, أو يخفف.

الطاولة 5: تحذيرات التوافق الكيميائي

لقد حددت PP لخط البنزين مرة واحدة. خطأ كبير. يؤدي البنزين عند 50 درجة مئوية إلى تضخم PP مثل الإسفنج. كان ليحل محل PTFE. كلفني العميل.

---

دراسات الحالة: وظائف حقيقية, دروس حقيقية

اسمحوا لي أن أطلعكم على ثلاث وظائف. كل واحد علمني شيئا.

قضية 1: خط الغاز الحامض الذي كاد أن يقتلنا

موقع: ألبرتا الغربية, 2010
خدمة: الغاز الطبيعي, 5% H2S, 2% CO2, تتبع الماء
درجة حرارة: 40-60درجة مئوية
الضغط: 1200 هذه المبادرة
طول: 15 كم
قطر: 10-بوصة

الاختيار: بطانة PTFE, 3مم, حلقة منفسة.

ما الذي حدث بشكل صحيح: يتعامل PTFE مع H2S بشكل مثالي. لا تآكل. لا توجد مشاكل تخلل. الفتحات لم تظهر الضغط أبدًا.

ما الخطأ الذي حدث: أثناء إيقاف التشغيل, تم تبريد الخط بسرعة. تقلص PTFE أكثر من الفولاذ. عند الشفاه, انسحبت البطانة من وجه الختم. عندما استأنفوا, وصل الغاز خلف البطانة عند الحافة. الضغط على الحلقة. فجر تنفيس.

الإصلاح: قمنا بإعادة تصميم اتصالات الحافة. تمت إضافة آلية قفل تثبت البطانة في مكانها بغض النظر عن درجة الحرارة. تكلفة إضافية, لكنها عملت.

ما تعلمته: دورات درجة الحرارة مهمة أكثر من درجة الحرارة الثابتة. صمم دائمًا لأسوأ الحالات.

قضية 2: الخط الحمضي الذي استمر شهرين

موقع: لويزيانا, 2015
خدمة: 30% حمض الهيدروكلوريك, بعض المواد العضوية
درجة حرارة: 70درجة مئوية
الضغط: 150 هذه المبادرة
طول: 500 متر
قطر: 6-بوصة

الاختيار: بطانة PP, 4مم. يعتقد شخص ما أنه سيوفر المال.

ما الخطأ الذي حدث: كل شئ. لم يتم تصنيف PP لحمض الهيدروكلوريك عند 70 درجة مئوية. قلنا لهم. لم يستمعوا. بعد شهرين, كانت البطانة هشة. الشقوق في كل مكان. وصل الحمض إلى الفولاذ. تسرب الثقب في ستة أماكن.

الإصلاح: استبدله بـ PTFE. تكلف ثلاثة أضعاف تكلفة الوظيفة الأصلية.

ما تعلمته: رخيصة الثمن. دائماً.

قضية 3: خط الملاط الذي لن يموت

موقع: نيفادا, 2018
خدمة: مخلفات تعدين الذهب, 30% المواد الصلبة, الرقم الهيدروجيني 2-3
درجة حرارة: 30-40درجة مئوية
الضغط: الغلاف الجوي
طول: 3 كم
قطر: 8-بوصة

الاختيار: المطاط الطبيعي, 6مم.

ما الذي حدث بشكل صحيح: امتص المطاط التآكل مثل البطل. بعد خمس سنوات, قمنا بقياس فقدان الجدار. أقل من 1 ملم. كان الفولاذ الذي يقف خلفه مثاليًا.

ما الخطأ الذي حدث: لا شئ. هذا الخط لا يزال قيد التشغيل.

ما تعلمته: في بعض الأحيان تكون الطرق القديمة هي أفضل الطرق. لقد كان المطاط موجودًا إلى الأبد لسبب ما.

---

الاشياء الجديدة: إلى أين نتجه

بطانات موصلة

تتراكم الكهرباء الساكنة في الأنابيب البلاستيكية. يمكن أن يسبب الشرر. في الخدمة القابلة للاشتعال, هذا سيء.

تحتوي البطانات الجديدة على أسود الكربون أو حشوات موصلة أخرى. أنها تبدد ساكنة. آمنة للهيدروكربونات.

بطانات طبقة مزدوجة

نوعان من البلاستيك المختلف, مقذوف بشكل مشترك. الطبقة الداخلية مقاومة للمواد الكيميائية. الطبقة الخارجية ترتبط بالفولاذ. أفضل ما في العالمين.

لقد رأيت عرضًا توضيحيًا لهذا في معرض تجاري العام الماضي. PTFE الداخلية, تعديل PE الخارجي. قوة السندات أعلى بثلاث مرات من المعيار. أشياء مثيرة للاهتمام.

بطانات ذكية

أجهزة استشعار الألياف الضوئية مدمجة في البطانة. يقيسون درجة الحرارة, أَضْنَى, وحتى الوجود الكيميائي. مراقبة في الوقت الحقيقي لصحة الخطوط الملاحية المنتظمة.

مكلفة الآن. سيكون قياسيًا خلال عشر سنوات.

الطاولة 6: تقنيات الخطوط الملاحية المنتظمة الناشئة

---

عملية اتخاذ القرار: ما أفعله في الواقع

بعد ثلاثين عاما, ها هي عمليتي. انها ليست معقدة.

خطوة 1: احصل على البيانات الحقيقية

ليست ورقة المواصفات. البيانات الحقيقية. ماذا يوجد في الأنابيب الفولاذية المبطنة? في أي درجة حرارة? في أي ضغط? إلى متى? أي اضطرابات? أي إيقافات? أي دورات التنظيف?

خطوة 2: تخلص من الـ "لا" الواضحة

درجة الحرارة مرتفعة جدًا بالنسبة لـ PP? اِسْتَبْعَد. الهيدروكربونات موجودة? القضاء على المطاط (باستثناء النتريل). مؤكسد قوي? القضاء على كل شيء باستثناء PTFE/PFA.

خطوة 3: قائمة مختصرة للممكنات

عادةً ما ينتهي بك الأمر بخيارين أو ثلاثة. PTFE للأشياء الصعبة. PP للأشياء السهلة. مطاط للتآكل.

خطوة 4: النظر في النظام

كم هو طول الأنبوب? كم عدد التجهيزات? كم عدد الشفاه? تعمل الأنابيب الطويلة على تفضيل البطانات الأرخص. الكثير من التركيبات تفضل البطانات الأكثر مرونة.

خطوة 5: فكر في الفشل

إذا فشلت هذه الخطوط الملاحية المنتظمة, ماذا يحدث? تسرب الثقب? تمزق كارثي? ما مدى سوء النتيجة? العواقب السيئة تبرر البطانات باهظة الثمن.

خطوة 6: قم بإجراء المكالمة

ثم تختار. ونأمل أن تكون على حق.

---

الطاولة 7: بطاقتي المرجعية السريعة

✅ = جيد, ⚠️= الحذر, ❌ = لا

---

ماذا أقول للمهندسين الشباب

سألني مهندس شاب ذات مرة: “كيف أعرف أي الخطوط الملاحية المنتظمة لاختيار?”

قلت: “لم تكن. ليس حقيقيًا. يمكنك إجراء أفضل تخمين بناءً على البيانات المتوفرة لديك. ثم تشاهده مثل الصقر. وعندما تفشل، لأن شيئًا ما يفشل دائمًا، فإنك تتعلم منه.”

بدا بخيبة أمل. أراد صيغة, أظن. شجرة القرار. إجابة مضمونة.

لا يوجد واحد.

هناك فقط الخبرة. والبيانات. والانتباه. وأن تكون متواضعًا بما يكفي للاعتراف عندما تكون مخطئًا.

خط الغاز الحامض هذا في ألبرتا? واحد مع مشكلة شفة? لقد أصلحنا الأمر. ولكن ما زلت أفكر في ذلك. ما زلت أتساءل ماذا فاتني أيضًا.

هذه هي الوظيفة. أنت لا تتوقف أبدا عن التعلم. أنت لا تتوقف أبدا عن القلق. أنت فقط تتحسن في معرفة ما يدعو للقلق.