Keputusan Pelapik: Tiga Puluh Tahun Memadankan Plastik dengan Racun

Anda pernah melihat apa yang dilakukan oleh gas masam kepada keluli karbon? saya ada. Ia tidak cantik. Keluli tidak berkarat seperti di udara. Ia retak. Dari dalam ke luar. Garis kecil yang anda tidak dapat lihat sehingga hari ia sampai ke luar dan semuanya berhenti dengan pantas.

Saya memulakan perniagaan ini pada tahun 1994, baru keluar dari sekolah metalurgi, bekerja untuk pengeluar paip di Ohio. Minggu pertama saya bekerja, mereka membawa saya melihat kegagalan. Talian keluli karbon dua belas inci, mengangkut air yang dihasilkan dari telaga syal. Tiga tahun dalam perkhidmatan. Bahagian bawah paip kelihatan seperti span. Lubang di mana-mana. Pengendali telah kehilangan suku juta dolar dalam masa henti.

Ketika itu saya belajar: keluli adalah kuat, tetapi keluli adalah bodoh. Ia tidak tahu bagaimana untuk melindungi dirinya sendiri. Anda perlu melindunginya.

Itulah yang dilakukan oleh pelapik. Mereka adalah sistem imun untuk paip anda.

---

Masalahnya: Apa Yang Anda Pam Sebenarnya?

Sebelum anda memilih pelapik, anda perlu menjawab satu soalan. Bukan apa yang ada dalam helaian spesifikasi. Apa yang sebenarnya ada dalam paip?

Saya bekerja di Timur Tengah, 2008. Kata klien “gas masam, 2% H2S, kering.” Kami mengesyorkan PTFE. Dipasang tiga puluh kilometer. Enam bulan kemudian, kegagalan. Banyak dari mereka.

ternyata, ia tidak kering. Air terpeluwap di tempat yang rendah. H2S terlarut dalam air itu. Dibuat asid sulfurik. Tak kuat, tapi cukup kuat. Dan PTFE? Ia baik-baik saja. Tetapi cincin sokongan tidak dimeterai dengan betul. Asid masuk di belakang pelapik. Menghakis keluli dari luar dalam, jika itu masuk akal. Pelapik itu sempurna. Paip itu adalah sampah.

Itulah perkara tentang pelapik. Mereka hanya berfungsi jika semuanya berfungsi juga.

Jadual 1: Media Menghakis Biasa dan Mekanismenya

Kimia itu penting. Suhu penting. Tekanan itu penting. Kadar aliran penting. Semuanya penting.

---

Keluarga Liner: Siapa Siapa di Dunia Plastik

Izinkan saya memperkenalkan anda kepada pemain. Saya telah bekerja dengan mereka semua. Suka beberapa. Benci orang lain. Belajar dari semua.

PTFE: Raja Tua

Politetrafluoroetilena. Teflon kepada kebanyakan orang. Kakek kepada plastik berprestasi tinggi.

Apa yang bagus: Hampir semuanya. Lengai secara kimia sehingga kira-kira 260°C. Tiada apa-apa yang melekat padanya. Pekali geseran sangat rendah anda sukar untuk mengukurnya.

Apa yang buruk: harga. Aliran sejuk. resapan.

formula 1: Kadar resapan (Undang-undang Pertama Fick)

$J=-D\times \frac{DC}{DX}$

J=−D×DXDC​

di mana:

• $J$

  J = Fluks resapan

• $D$

  D = Pekali resapan

• $DC\mathrm{/}DX$

  DC/DX = Kecerunan kepekatan

PTFE mempunyai D yang agak tinggi untuk molekul kecil. hidrogen, wap air, gas ringan. Mereka pergi terus. Tidak cepat, tetapi cukup pantas.

Saya melihat ini pada saluran klorin di Texas. Paip keluli berlapis PTFE, berumur sepuluh tahun, berfungsi dengan baik. Kemudian mereka mengubah proses. Tekanan yang lebih tinggi. Tiba-tiba, klorin telah meresap melalui pelapik, menyerang keluli di belakangnya. Pelapik itu kelihatan sempurna. Paip itu gagal dari luar ke dalam.

Kami membetulkannya dengan melepaskan anulus. Tebuk lubang kecil pada keluli untuk membiarkan gas yang meresap keluar. Berfungsi dengan baik selepas itu.

Jadual 2: Prestasi PTFE mengikut Sederhana

PFA: Peningkatan

Perfluoroalkoksi. Anggaplah ia sebagai PTFE yang lebih muda, sepupu yang lebih fleksibel. Rintangan kimia yang sama. Sifat mekanikal yang lebih baik.

Apa yang berbeza: PFA boleh diproses cair. Ini bermakna kimpalan yang lebih baik, permukaan yang lebih licin, kurang keliangan. Ia juga mengendalikan suhu yang lebih tinggi secara ringkas, walaupun penarafan berterusan adalah serupa.

Hasil tangkapan: Ia lebih mahal. mengenai 20-30% lebih daripada PTFE. Kadang-kadang berbaloi, kadang-kadang tidak.

Saya menggunakan PFA untuk kerja di Laut Utara. Gas tekanan tinggi, kondensat, beberapa H2S, sedikit air. Pelanggan mahukan yang terbaik. pelapik PFA, anulus vented, pelabuhan pemantauan. Membayar banyak wang. Tetapi talian itu telah berjalan lima belas tahun dengan isu sifar. Kadang-kadang anda mendapat apa yang anda bayar.

PP: Kuda Kerja

polipropilena. murah. ceria. Melakukan kerja di banyak tempat.

Had suhu: 80-90° C. itu sahaja. Di atas itu, ia menjadi lembut. Di atas 100°C, ia tidak berguna.

Rintangan Kimia: Baik untuk asid dan bes pada suhu sederhana. Tidak baik untuk pengoksida yang kuat. Tidak baik untuk hidrokarbon—ia menyebabkan ia membengkak.

formula 2: Nisbah Bengkak

$S\mathrm{\%}=\frac{V_{SW\mathrm{yang}LLeN}-V_{\mathrm{yang}R\mathrm{saya}G\mathrm{saya}NAL}}{V_{\mathrm{yang}R\mathrm{saya}G\mathrm{saya}NAL}}\times 100$

S%=VatausayaGkemudianL​VSWyanglleN​−VatausayaGkemudianL​​×100

Jika S% > 10%, awak ada masalah. Pelapik mengembang, gesper, menyekat paip anda.

Saya melihat ini pada tali air yang dihasilkan di Permian. pelapik PP, 80°C air, sedikit pemindahan minyak. Selepas dua tahun, pelapik telah bengkak 15%. Ia kelihatan seperti ular yang menelan seekor kambing. Benjolan di mana-mana. Aliran dikurangkan separuh. Terpaksa menggantikan keseluruhan talian dengan PE.

PE: Tarikh Murah

polietilena. Malah lebih murah daripada PP. Digunakan untuk air, air kumbahan, Bahan kimia ringan.

Had suhu: 60°C untuk HDPE. 80°C untuk PEX (berkait silang). Di atas itu, Tiada.

Rintangan Kimia: Baik untuk asid dan bes pada suhu rendah. Tidak baik untuk hidrokarbon sama sekali. Mereka akan menukar HDPE menjadi gel.

Kelebihannya: harga. dan ketangguhan. PE hampir mustahil untuk pecah. Anda boleh mengalahkannya, lepaskan, menyeretnya melalui parit, dan ia masih akan berfungsi.

Saya menggunakan PE untuk tali tailing di Kanada. 40° C, asid ringan, banyak pepejal. Pelapik PE bertahan selama dua belas tahun. Digantikan dengan benda yang sama. Kadang-kadang murah adalah bijak.

getah: Sekolah Lama

Getah asli, neoprena, butil, EPDM, nitril. Getah yang berbeza untuk kerja yang berbeza.

Apakah getah berfungsi dengan baik: Rintangan lelasan. Fleksibiliti. Pengedap. redaman.

Getah apa yang tidak berfungsi dengan baik: suhu tinggi. Asid kuat. organik.

Jadual 3: Pemilihan Pelapik Getah

Saya menyatakan getah butil untuk garis asid fosforik di Florida. 80° C, 40% asid, beberapa pepejal. Getah itu bertahan lapan tahun. Apabila kita menariknya, pelapik itu masih fleksibel. Keluli di belakangnya adalah sempurna. Itu satu kemenangan.

Salutan Epoksi: Pilihan Nipis

Bukan pelapik sebenarnya. Lebih kepada cat yang tebal. 0.5mm hingga 2mm tebal, biasanya.

Di mana ia berfungsi: Bahan kimia ringan, suhu rendah, tiada lelasan. Fikirkan air yang boleh diminum, air sisa ringan, pendedahan atmosfera.

Di mana ia gagal: suhu tinggi, Asid kuat, melentur, lelasan, kosong.

formula 3: Jangka Hayat Salutan (Peraturan Saya)

$L=\frac{T}{K\times C\times T}$

L=K×C×TT​

di mana:

• $L$

  L = Jangka hayat dalam tahun

• $T$

  T = Ketebalan salutan (mm)

• $K$

  K = Malar (0.1 untuk epoksi)

• $C$

  C = Faktor kepekatan kimia

• $T$

  T = Faktor suhu

Untuk masuk epoksi 1mm 10% H2SO4 pada 40°C:

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

L=1/(0.1×2×1.5)=3.3 tahun-tahun. Tidak hebat.

Saya melihat salutan epoksi gagal dalam tempoh enam bulan dalam perkhidmatan asid hidroklorik. Spesifikasi itu berkata ia sepatutnya bertahan lima tahun. Ada yang terlupa nak bagitahu asid.

---

Matriks Pemilihan: Apa Pergi Mana

Selepas tiga puluh tahun, inilah helaian tipu saya. Ia tiada dalam mana-mana buku teks. Ia hanya berfungsi.

Jadual 4: Pemilihan Pelapik mengikut Perkhidmatan

Inilah perkara tentang jadual ini: ia adalah titik permulaan, bukan titik penamat. Setiap pekerjaan berbeza. Setiap cecair berbeza. Setiap kitaran suhu adalah berbeza.

---

Mod Kegagalan: Bagaimana Pelapik Mati

Saya telah melihat pelapis gagal dalam lebih banyak cara daripada yang saya boleh kira. Berikut adalah hits terhebat.

resapan

Gas melalui pelapik, menyerang keluli dari belakang. Pelapik kelihatan sempurna. Paip itu sampah.

Bagaimana untuk membetulkannya: Buang anulus. Tebuk lubang pada keluli. Biarkan gas keluar. Pantau tekanan dalam sistem bolong. Jika anda melihat tekanan, anda mempunyai resapan. Jika anda melihat cecair, anda mempunyai kebocoran.

formula 4: Keperluan Annulus Venting

$A_{VeNT}=\frac{Q\times L}{P\times V}$

AVeNT​=P×VQ×L​

di mana:

• $A_{VeNT}$

  AVeNT​ = Kawasan bolong diperlukan

• $Q$

  Q = Kadar resapan

• $L$

  L = Panjang paip

• $P$

  P = Tekanan belakang yang dibenarkan

• $V$

  V = Halaju gas

Saya mereka bentuk sistem bolong untuk saluran gas masam di Alberta. 20 kilometer, 12-inci, Paip keluli berlapis PTFE. Kami mengira kadar resapan, lubang bersaiz sewajarnya. Dua puluh tahun kemudian, masih bekerja.

Runtuh

Vakum dalam paip keluli bergaris. Pelapik menyedut ke dalam. Aliran blok.

formula 5: Tekanan Runtuh Kritikal

$P_C=\frac{2e}{1-n^2}\times {\left(\frac{T}{D}\right)}^3$

PC​=1−n22e​×(DT​)3

di mana:

• $P_C$

  PC​ = Tekanan runtuh

• $e$

  e = Modulus keanjalan

• $n$

  n = Nisbah Poisson

• $T$

  T = ketebalan pelapik

• $D$

  D = Diameter pelapik

Pelapik nipis mudah runtuh. Pelapik tebal runtuh lebih kuat.

Saya melihat ini pada garis suntikan asid di Louisiana. Pam ditutup secara tiba-tiba. Vakum terbentuk. Pelapik PP runtuh seperti tin soda yang dipijak. Membayar banyak wang untuk diganti.

Bagaimana untuk membetulkannya: Gunakan pelapik yang lebih tebal. Pasang pemutus vakum. Reka sistem supaya ia tidak boleh berlaku.

Pengembangan haba

Paip menjadi panas. Keluli mengembang. Pelapik mengembang lebih. Gancu pelapik.

formula 6: Perbezaan Pengembangan Terma

$\mathrm{d}L=(a_{L\mathrm{saya}NeR}-a_{STeeL})\times L\times \mathrm{d}T$

dL=(aLdalamialah​−aSTyaL​)×L×dT

PTFE mengembang kira-kira sepuluh kali lebih banyak daripada keluli. Panaskan 100°C, dan bahagian 10 meter tumbuh 15mm lebih daripada keluli. Ke mana perginya panjang tambahan itu? Ia melengkung.

Bagaimana untuk membetulkannya: Ikat pelapik. Atau gelung pengembangan reka bentuk. Atau beroperasi dalam julat suhu yang sempit.

Serangan Kimia

Pelapik yang salah untuk kerja itu. Ia larut, membengkak, retak, atau melembutkan.

Jadual 5: Amaran Keserasian Bahan Kimia

Saya menyatakan PP untuk garis benzena sekali. Kesilapan besar. Benzena pada 50°C membengkak PP seperti span. Terpaksa tukar dengan PTFE. Kos saya pelanggan.

---

Kajian Kes: Pekerjaan Sebenar, Pengajaran Sebenar

Biar saya membimbing anda melalui tiga kerja. Masing-masing mengajar saya sesuatu.

Kes 1: Talian Gas Masam Yang Hampir Membunuh Kami

Lokasi: Alberta Barat, 2010
Perkhidmatan: gas asli, 5% H2S, 2% CO2, air surih
suhu: 40-60° C
Tekanan: 1200 psi
Panjang: 15 km
Diameter: 10-inci

Pilihan: PTFE Liner, 3mm tebal, anulus vented.

Apa yang Berlaku Betul: PTFE mengendalikan H2S dengan sempurna. Tiada kakisan. Tiada masalah resapan. Bolong tidak pernah menunjukkan tekanan.

Apa yang Silap: Semasa penutupan, talian menjadi sejuk dengan cepat. PTFE menguncup lebih daripada keluli. Di bebibir, pelapik ditarik ke belakang dari muka pengedap. Apabila mereka dimulakan semula, gas masuk di belakang pelapik di bebibir. Bertekanan anulus. Tiup keluar lubang angin.

Pembaikan: Kami mereka bentuk semula sambungan bebibir. Menambahkan mekanisme penguncian yang menahan pelapik pada tempatnya tanpa mengira suhu. Kos tambahan, tetapi ia berjaya.

Apa yang Saya Belajar: Kitaran suhu lebih penting daripada suhu stabil. Sentiasa reka bentuk untuk kes terburuk.

Kes 2: Garis Asid Yang Bertahan Dua Bulan

Lokasi: Louisiana, 2015
Perkhidmatan: 30% HCl, beberapa bahan organik
suhu: 70° C
Tekanan: 150 psi
Panjang: 500 meter
Diameter: 6-inci

Pilihan: pelapik PP, 4mm tebal. Seseorang fikir ia akan menjimatkan wang.

Apa yang Silap: Semuanya. PP tidak dinilai untuk HCl pada 70°C. Kami memberitahu mereka. Mereka tidak mendengar. Selepas dua bulan, pelapik itu rapuh. Retak di mana-mana. Asid mencapai keluli. Lubang jarum bocor di enam tempat.

Pembaikan: Gantikan dengan PTFE. Kos tiga kali ganda kos kerja asal.

Apa yang Saya Belajar: Murah pun mahal. Selalu.

Kes 3: Garisan Buburan Yang Tidak Akan Mati

Lokasi: Nevada, 2018
Perkhidmatan: Tailing perlombongan emas, 30% pepejal, PH 2-3
suhu: 30-40° C
Tekanan: Atmosfera
Panjang: 3 km
Diameter: 8-inci

Pilihan: Getah asli, 6mm tebal.

Apa yang Berlaku Betul: Getah itu menyerap lelasan seperti juara. Selepas lima tahun, kami mengukur kehilangan dinding. Kurang daripada 1mm. Keluli di belakangnya adalah sempurna.

Apa yang Silap: tiada apa. Talian itu masih berjalan.

Apa yang Saya Belajar: Kadang-kadang cara lama adalah cara terbaik. Getah telah wujud selama-lamanya atas sebab tertentu.

---

Barang Baru: Kemana Kita Halatuju

Pelapik Konduktif

Elektrik statik terkumpul dalam paip plastik. Boleh menyebabkan percikan api. Dalam perkhidmatan mudah terbakar, itu teruk.

Pelapik baharu mempunyai karbon hitam atau pengisi konduktif lain. Mereka meresap statik. Selamat untuk hidrokarbon.

Pelapik Dwi Lapisan

Dua plastik berbeza, tersemperit bersama. Lapisan dalam adalah tahan kimia. Lapisan luar terikat pada keluli. Terbaik dari kedua-dua dunia.

Saya melihat demo ini pada pameran perdagangan tahun lepas. dalaman PTFE, luar PE diubah suai. Kekuatan ikatan tiga kali lebih tinggi daripada standard. Perkara yang menarik.

Pelapik Pintar

Penderia gentian optik tertanam dalam pelapik. Mereka mengukur suhu, ketegangan, walaupun kehadiran kimia. Pemantauan masa nyata kesihatan pelapik.

Mahal sekarang. Akan menjadi standard dalam sepuluh tahun.

Jadual 6: Teknologi Pelapik Baru Muncul

---

Proses Keputusan: Apa Yang Saya Buat Sebenarnya

Selepas tiga puluh tahun, inilah proses saya. Ia tidak rumit.

Langkah 1: Dapatkan Data Sebenar

Bukan helaian spesifikasi. Data sebenar. Apa yang ada dalam paip keluli bergaris? Pada suhu berapa? Pada tekanan apa? Untuk berapa lama? Sebarang kekecewaan? Sebarang penutupan? Sebarang kitaran pembersihan?

Langkah 2: Hapuskan No yang Jelas

Suhu terlalu tinggi untuk PP? Hapuskan. Hidrokarbon hadir? Hapuskan getah (kecuali nitril). Pengoksida yang kuat? Hapuskan segala-galanya kecuali PTFE/PFA.

Langkah 3: Senarai pendek Kemungkinan

Anda biasanya mempunyai dua atau tiga pilihan. PTFE untuk perkara yang sukar. PP untuk perkara yang mudah. Getah untuk melecet.

Langkah 4: Pertimbangkan Sistem

Berapa panjang paip? Berapa banyak kelengkapan? Berapa banyak bebibir? Saluran paip yang panjang memihak kepada pelapik yang lebih murah. Banyak kelengkapan mengutamakan pelapik yang lebih fleksibel.

Langkah 5: Fikirkan Tentang Kegagalan

Jika pelapik ini gagal, Apa yang Berlaku? Kebocoran lubang jarum? Pecah bencana? Betapa teruknya akibatnya? Akibat buruk membenarkan pelapik mahal.

Langkah 6: Buat Panggilan

Kemudian anda pilih. Dan harap anda betul.

---

Jadual 7: Kad Rujukan Pantas Saya

✅ = Baik, ⚠️ = Awas, ❌ = Tidak

---

Apa yang Saya Beritahu Jurutera Muda

Seorang jurutera muda bertanya kepada saya sekali: “Bagaimana saya tahu pelapik mana yang hendak dipilih?”

kata saya: “anda tidak. Tidak juga. Anda membuat tekaan terbaik berdasarkan data yang anda miliki. Kemudian anda menontonnya seperti burung elang. Dan apabila ia gagal-kerana sesuatu sentiasa gagal-anda belajar daripadanya.”

Dia kelihatan kecewa. Mahu formula, saya rasa. Pokok keputusan. Jawapan yang dijamin.

tiada satu pun.

Baru ada pengalaman. Dan data. Dan memberi perhatian. Dan cukup rendah hati untuk mengakui apabila anda salah.

Talian gas masam di Alberta? Yang ada masalah flange? Kami membetulkannya. Tetapi saya masih memikirkannya. Masih tertanya-tanya apa lagi yang saya terlepas.

Itulah kerjanya. Anda tidak pernah berhenti belajar. Anda tidak pernah berhenti bimbang. Anda hanya menjadi lebih baik dalam mengetahui perkara yang perlu dibimbangkan.