Лінерське рішення: Тридцять років пошуку відповідності між пластиком і отрутою

Ви коли-небудь бачили, що кислий газ робить з вуглецевою сталлю? у мене є. Це не красиво. Сталь не іржавіє, як на повітрі. Він тріскається. Зсередини назовні. Маленькі лінії, які ви не можете побачити до того дня, коли вони вийдуть назовні, і все дуже швидко зупиниться.

Я почав займатися цим бізнесом у 1994, щойно закінчив школу металургії, працює на виробника труб в Огайо. Мій перший тиждень на роботі, мене повели дивитися провал. Дванадцятидюймова лінія з вуглецевої сталі, транспортування видобутої води зі сланцевої свердловини. Три роки служби. Нижня частина труби була схожа на губку. Скрізь діри. Через простої оператор втратив чверть мільйона доларів.

Тоді я навчився: сталь міцна, але сталь дурна. Воно не знає, як себе захистити. Ви повинні це захистити.

Ось що роблять вкладиші. Вони є імунною системою для вашої труби.

---

Проблема: Що ви насправді накачуєте?

Перш ніж вибрати вкладиш, потрібно відповісти на одне запитання. Не те, що вказано в специфікації. Що насправді в трубі?

Я працював на Близькому Сході, 2008. Клієнт сказав “Кислий газ, 2% Н2Ѕ, сухий.” Ми рекомендуємо PTFE. Встановив тридцять кілометрів. Через півроку, невдачі. Їх багато.

Виявляється, воно не було сухим. Вода конденсувалася в низинах. H2S розчинився в цій воді. Виготовляли сірчану кислоту. Не сильний, але досить міцний. І PTFE? Це було добре. Але опорне кільце не запечатано належним чином. Кислота потрапила за лайнер. Роз’їла сталь ззовні всередину, якщо це має сенс. Лайнер був ідеальним. Труба була сміттєвою.

Це те, що стосується вкладишів. Вони працюють, лише якщо все інше також працює.

Таблиця 1: Поширені корозійні середовища та їх механізми

Хімія має значення. Температура має значення. Тиск має значення. Швидкість потоку має значення. Все має значення.

---

Сім'я Лайнер: Хто є хто у світі пластику

Дозвольте познайомити вас з гравцями. Я працював з усіма ними. Деякі сподобались. Ненавидів інших. У всіх навчився.

PTFE: Старий король

Політетрафторетилен. Тефлон для більшості людей. Дідусь високоякісної пластмаси.

Чим він хороший: Майже все. Хімічно інертний приблизно до 260°C. До нього нічого не прилипає. Коефіцієнт тертя такий низький, що його важко виміряти.

Чим це погано: Ціна. Холодний потік. Проникнення.

формула 1: Швидкість проникнення (Перший закон Фіка)

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

J=−D×DXDC​

де:

• $J$

  J = Потік проникнення

• $D$

  D = Коефіцієнт дифузії

• $DC\mathrm{/}DX$

  DC/DX = Градієнт концентрації

PTFE має відносно високий D для малих молекул. водень, водяна пара, легкі гази. Вони проходять наскрізь. Не швидко, але досить швидко.

Я бачив це на хлорній лінії в Техасі. Сталева труба з тефлоновим покриттям, десять років, працює добре. Потім вони змінили процес. Більш високий тиск. Раптом, хлор просочувався через вкладиш, атакуючи сталь позаду нього. Лайнер виглядав ідеально. Труба проваливалася ззовні всередину.

Ми виправили це, продувши кільце. Просвердлили невеликі отвори в сталі, щоб випустити проникаючий газ. Після цього працювало добре.

Таблиця 2: Ефективність PTFE за середовищем

PFA: Оновлення

Перфторалкокси. Думайте про це як про молодший PTFE, більш гнучкий двоюрідний брат. Така ж хімічна стійкість. Кращі механічні властивості.

Що відрізняється: PFA може бути оброблений розплавом. Це означає кращі зварні шви, більш гладкі поверхні, менша пористість. Він також короткочасно витримує високі температури, хоча постійний рейтинг схожий.

Заковика: Це коштує дорожче. Про 20-30% більше, ніж PTFE. Іноді воно того варте, іноді ні.

Я використовував PFA на роботі в Північному морі. Газ високого тиску, конденсат, трохи H2S, трохи води. Клієнт хотів якнайкраще. Вкладиші PFA, вентильоване кільце, моніторинг портів. Коштує ціле стан. Але ця лінія працює вже п’ятнадцять років без проблем. Іноді ви отримуєте те, за що платите.

пп: Робоча конячка

поліпропілен. Дешевий. Веселий. Виконує роботу в багатьох місцях.

Обмеження температури: 80-90° C. Це все. Над цим, воно стає м'яким. Вище 100°C, це марно.

Хімічна стійкість: Добре підходить для кислот і лугів при помірних температурах. Не підходить для сильних окислювачів. Недобре для вуглеводнів — вони викликають набухання.

формула 2: Коефіцієнт набухання

$S\mathrm{\%}=\frac{V_{S\mathrm{Вт}\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_0"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}LLЕN}-V_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_1"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}РяГяNAL}}{V_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_2"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}РяГяNAL}}\times 100$

S%=VабояГпотімL​VSВтollЕN​−VабояГпотімL​​×100

Якщо S% > 10%, у вас проблема. Вкладиш розширюється, пряжки, блокує вашу трубу.

Я бачив це на водопровідній лінії в Пермі. PP вкладиш, 80°C води, деякий перехід нафти. Через два роки, лайнер роздувся 15%. Це було схоже на змію, яка проковтнула козу. Скрізь шишки. Потік зменшений вдвічі. Довелося замінити всю лінію на PE.

ПП: Дешеве побачення

поліетилен. Навіть дешевше ПП. Використовується для води, стічні води, М'які хімікати.

Обмеження температури: 60°C для HDPE. 80°C для PEX (зшиті). Над цим, Ні.

Хімічна стійкість: Добре підходить для кислот і лугів при низьких температурах. Зовсім не підходить для вуглеводнів. Вони перетворять HDPE на гель.

Перевага: Ціна. і міцність. PE практично неможливо зламати. Ви можете бити по ньому, кинь це, перетягніть його через канаву, і це все ще працюватиме.

Я використовував PE для хвостосховища в Канаді. 40° C, м'яка кислота, багато твердих речовин. ПЕ вкладиш прослужив дванадцять років. Замінив на те саме. Іноді дешево – це розумно.

гума: Стара школа

Натуральний каучук, неопрен, бутил, EPDM, нітрил. Різні гуми для різних робіт.

Яка гума добре справляється: Стійкість до стирання. Гнучкість. Пломбування. Демпфування.

Яка гума не підходить: висока температура. сильні кислоти. Органіка.

Таблиця 3: Вибір гумового вкладиша

Я вказав бутилкаучук для виробництва фосфорної кислоти у Флориді. 80° C, 40% кислота, деякі тверді речовини. Гума прослужила вісім років. Коли ми його витягли, лайнер все ще був гнучким. Сталь за ним була ідеальною. Це перемога.

Епоксидні покриття: Тонкий варіант

Не зовсім лайнер. Більш густа фарба. 0.5товщиною мм до 2 мм, зазвичай.

Де це працює: М'які хімікати, низька температура, немає стирання. Подумайте про питну воду, м'які стічні води, атмосферний вплив.

Де не вдається: висока температура, сильні кислоти, згинання, стирання, порожній.

формула 3: Термін служби покриття (Моє емпіричне правило)

$L=\frac{Т}{\mathrm{До}\times C\times Т}$

L=До×C×ТТ​

де:

• $L$

  L = Тривалість життя в роках

• $Т$

  Т = Товщина покриття (мм)

• $\mathrm{До}$

  До = Постійний (0.1 для епоксидної смоли)

• $C$

  C = Фактор хімічної концентрації

• $Т$

  Т = Температурний фактор

Для епоксидної смоли товщиною 1 мм 10% H2SO4 при 40°C:

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

L=1/(0.1×2×1.5)=3.3 років. Не чудово.

Я бачив, як епоксидне покриття вийшло з ладу за шість місяців у службі соляної кислоти. У специфікації сказано, що він повинен тривати п'ять років. Хтось забув сказати кислоту.

---

Матриця вибору: Що куди йде

Через тридцять років, ось моя шпаргалка. Його немає в жодному підручнику. Це просто те, що працює.

Таблиця 4: Вибір вкладиша за сервісом

Ось що стосується цього столу: це відправна точка, не кінцева точка. Кожна робота різна. Кожна рідина відрізняється. Кожен температурний цикл відрізняється.

---

Режими відмови: Як гинуть лайнери

Я бачив, як лайнери виходили з ладу в багатьох випадках, ніж я можу порахувати. Ось найкращі хіти.

Проникнення

Через вкладиш йде газ, атакує сталь ззаду. Лайнер виглядає ідеально. Труба мусорна.

Як це виправити: Провентилюйте кільцевий простір. Просвердліть отвори в сталі. Нехай газ виходить. Стежити за тиском у вентиляційній системі. Якщо ви бачите тиск, у вас проникнення. Якщо ви бачите рідину, у вас витік.

формула 4: Вимоги до вентиляції затрубного простору

$A_{VЕNТ}=\frac{\mathrm{Питання}\times L}{P\times V}$

AVЕNТ​=P×VПитання×L​

де:

• $A_{VЕNТ}$

  AVЕNТ​ = Необхідна вентиляційна зона

• $\mathrm{Питання}$

  Питання = Швидкість проникнення

• $L$

  L = Довжина труби

• $P$

  P = Допустимий протитиск

• $V$

  V = Швидкість газу

Я розробив вентиляційну систему для трубопроводу кислого газу в Альберті. 20 кілометрів, 12-Дюйма, Сталева труба з тефлоновим покриттям. Ми розрахували швидкість проникнення, вентиляційні отвори відповідного розміру. Через двадцять років, все ще працює.

Згорнути

Вакуум в футерованій сталевій трубі. Вкладиш всмоктується всередину. Блокує потік.

формула 5: Критичний тиск колапсу

$P_C=\frac{2Е}{1-{п}^2}\times {\left(\frac{Т}{D}\right)}^3$

PC​=1−п22Е​×(DТ​)3

де:

• $P_C$

  PC​ = тиск колапсу

• $Е$

  Е = Модуль пружності

• $п$

  п = Коефіцієнт Пуассона

• $Т$

  Т = товщина вкладиша

• $D$

  D = Діаметр вкладиша

Тонкі вкладиші легко згортаються. Товсті вкладиші руйнуються сильніше.

Я бачив це на лінії впорскування кислоти в Луїзіані. Насоси раптово вимикаються. Утворюється вакуум. Поліпропіленовий вкладиш розвалився, як на банку газованої води. Заміна коштує цілого стану.

Як це виправити: Використовуйте більш товсті вкладиші. Встановити вакуумні вимикачі. Створіть систему так, щоб цього не сталося.

Теплове розширення

Труба нагрівається. Сталь розширюється. Лайнер більше розширюється. Пряжки вкладишів.

формула 6: Різниця теплового розширення

$\mathrm{d}L=({\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_4"\; data-source="1"\; data-orig="\alpha ">\alpha </span>}}_{LяNЕР}-{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_5"\; data-source="1"\; data-orig="\alpha ">\alpha </span>}}_{SТЕЕL})\times L\times \mathrm{d}Т$

dL=(αLУє​−αSТтакL​)×L×dТ

PTFE розширюється приблизно в десять разів більше, ніж сталь. Розігрійте його до 100°C, а 10-метрова секція росте на 15 мм більше, ніж сталь. Куди поділась ця додаткова довжина?? Застібається.

Як це виправити: Приклейте вкладиш. Або проектувати розширювальні петлі. Або працювати у вузькому діапазоні температур.

Хімічна атака

Невідповідний вкладиш для роботи. Він розчиняється, набрякає, тріщини, або пом'якшується.

Таблиця 5: Попередження щодо хімічної сумісності

Я один раз вказав ПП для бензолу. Велика помилка. Бензол при 50°C набухає ПП, як губка. Довелося замінити на PTFE. Коштує мені клієнта.

---

Тематичні дослідження: Справжня робота, Реальні уроки

Дозвольте мені ознайомити вас із трьома роботами. Кожен мене чогось навчив.

Справа 1: Провід кислого газу, який ледь не вбив нас

Розташування: Західна Альберта, 2010
Сервіс: природний газ, 5% Н2Ѕ, 2% CO2, слідова вода
температура: 40-60° C
тиск: 1200 PSI
Довжина: 15 км
Діаметр: 10-Дюйма

Вибір: PTFE Liner, 3мм товщини, вентильоване кільце.

Що пішло правильно: PTFE ідеально впорався з H2S. Відсутність корозії. Немає проблем з проникненням. Вентиляційні отвори ніколи не виявляли тиску.

Що пішло не так: Під час відключення, лінія швидко охолола. PTFE скоротився більше, ніж сталь. На фланцях, вкладиш відтягнутий від ущільнювальної поверхні. Коли вони перезапустили, газ потрапив за вкладиш на фланець. Створив тиск у затрубному просторі. Продував вентиляційний отвір.

Виправлення: Переробили фланцеві з’єднання. Додано механізм фіксації, який утримує вкладиш на місці незалежно від температури. Вартість додатково, але це спрацювало.

Що я навчився: Температурні цикли важливіші, ніж постійна температура. Завжди розраховуйте на найгірший випадок.

Справа 2: Кислотна лінія, яка тривала два місяці

Розташування: Луїзіана, 2015
Сервіс: 30% HCL, трохи органіки
температура: 70° C
тиск: 150 PSI
Довжина: 500 метрів
Діаметр: 6-Дюйма

Вибір: PP вкладиш, 4мм товщини. Хтось думав, що це заощадить гроші.

Що пішло не так: все. PP не було оцінено для HCl при 70°C. Ми сказали їм. Вони не послухали. Через два місяці, вкладиш був крихким. Скрізь тріщини. Кислота дійшла до сталі. Витік проколів у шести місцях.

Виправлення: Замініть на PTFE. Коштує втричі більше, ніж оригінальна робота.

Що я навчився: Дешево дорого. Завжди.

Справа 3: Лінія шламу, яка не помре

Розташування: Невада, 2018
Сервіс: Хвости видобутку золота, 30% тверді речовини, PH 2-3
температура: 30-40° C
тиск: Атмосферний
Довжина: 3 км
Діаметр: 8-Дюйма

Вибір: Натуральний каучук, 6мм товщини.

Що пішло правильно: Гума поглинала стирання, як чемпіон. Через п'ять років, ми виміряли втрати стінки. Менше 1 мм. Сталь за ним була ідеальною.

Що пішло не так: нічого. Ця лінія все ще працює.

Що я навчився: Іноді старі способи є найкращими. Гума існує назавжди неспроста.

---

Нове: Куди ми прямуємо

Струмопровідні вкладиші

У пластикових трубах накопичується статична електрика. Може викликати іскри. У вогненебезпечному обслуговуванні, це погано.

Нові вкладиші мають сажу або інші електропровідні наповнювачі. Вони розсіюють статику. Безпечний для вуглеводнів.

Двошарові вкладиші

Два різних пластику, коекструдований. Внутрішній шар хімічно стійкий. Зовнішній шар з’єднується зі сталлю. Найкраще з обох світів.

Я бачив демонстрацію цього на виставці минулого року. PTFE внутрішній, модифікований PE зовнішній. Міцність зчеплення в три рази вище стандартної. Цікаві речі.

Розумні вкладиші

Волоконно-оптичні датчики, вбудовані в вкладиш. Вимірюють температуру, процідити, навіть хімічна присутність. Моніторинг стану лайнера в реальному часі.

Зараз дорого. Через десять років стане стандартним.

Таблиця 6: Нові лайнерні технології

---

Процес прийняття рішень: Що я насправді роблю

Через тридцять років, ось мій процес. Це не складно.

Крок 1: Отримайте справжні дані

Не специфікація. Справжні дані. Що міститься в футерованій сталевій трубі? При якій температурі? При якому тиску? Як довго? Будь-які розлади? Будь-які відключення? Будь-які цикли очищення?

Крок 2: Усуньте очевидні «ні».

Температура занадто висока для PP? Усунути. Присутні вуглеводні? Виключіть гуму (крім нітрилу). Сильний окислювач? Усуньте все, крім PTFE/PFA.

Крок 3: Складіть список можливих

Зазвичай у вас є два-три варіанти. PTFE для міцних матеріалів. PP для легких речей. Гума для стирання.

Крок 4: Розглянемо Систему

Яка довжина труби? Скільки арматури? Скільки фланців? Довгі труби віддають перевагу дешевшим вкладишам. Багато фітингів віддають перевагу гнучкішим вкладишам.

Крок 5: Подумайте про невдачу

Якщо цей вкладиш виходить з ладу, що відбувається? Витік проколів? Катастрофічний розрив? Наскільки погані наслідки? Погані наслідки виправдовують дорогі вкладиші.

Крок 6: Зробіть дзвінок

Тоді ви вибираєте. І сподіваюся, що ви праві.

---

Таблиця 7: Моя коротка довідкова картка

✅ = Добре, ⚠️ = Обережно, ❌ = Ні

---

Що я кажу молодим інженерам

Якось запитав мене молодий інженер: “Як я знаю, який вкладиш вибрати?”

Я сказав: “Ви не робите. Не дуже. Ви робите найкраще припущення на основі даних, які у вас є. Тоді ти спостерігаєш за цим, як яструб. І коли це зазнає невдачі — бо щось завжди зазнає невдачі — ви вчитеся на цьому.”

Він виглядав розчарованим. Хотів формулу, Я думаю. Дерево рішень. Гарантована відповідь.

Немає жодного.

Просто є досвід. І дані. І звертаючи увагу. І бути досить скромним, щоб визнати, коли ти не правий.

Той кислий газопровід в Альберті? Той, у якого проблема з фланцем? Ми це виправили. Але я все ще думаю про це. Досі дивуюся, що ще я пропустив.

Це робота. Ви ніколи не перестаєте вчитися. Ви ніколи не перестаєте хвилюватися. Ви просто починаєте краще знати, про що хвилюватися.