La rottura per cracking fragile a bassa-temperatura si riferisce al rivestimento in PFA esposto a un ambiente a temperatura ultra-bassa durante l'arresto del sistema, il raffreddamento di emergenza o l'alimentazione a freddo medio. La mobilità della catena molecolare del fluoroplastico diminuisce drasticamente, la tenacità del materiale diminuisce drasticamente e passa allo stato rigido e fragile. In caso di leggero impatto di fluidi, vibrazioni della tubazione o sollecitazioni meccaniche minori, si generano rapidamente crepe irregolari che si espandono sulla superficie del rivestimento. Una volta che le crepe attraversano lo strato di rivestimento, il fluido corrosivo penetra nell'interfaccia di collegamento tra il rivestimento e il substrato in acciaio, provocando la desquamazione del rivestimento e perdite di corrosione del tubo di base. Questo guasto rientra nel danno dovuto all'attenuazione della tenacità del materiale indotto dalla temperatura-, che si verifica frequentemente nelle condutture esterne in inverno, nelle linee di consegna di mezzi criogenici e nelle condutture delle apparecchiature con raffreddamento forzato rapido.
1. Meccanismo di fragilità e fessurazione a bassa-temperatura
Il fluoropolimero PFA mantiene una buona flessibilità entro l'intervallo di temperature operative nominali. Quando la temperatura ambiente o la temperatura del mezzo scende al di sotto della soglia di transizione duttile-fragile del materiale, la forza di legame intermolecolare diventa rigida e la catena polimerica non può piegarsi e deformarsi per disperdere lo stress esterno. Piccole vibrazioni e fluttuazioni di pressione producono uno stress concentrato sul rivestimento; incapace di assorbire lo stress tramite deformazione elastica, il materiale dà origine direttamente a crepe fragili. Se la temperatura oscilla ripetutamente tra la normale temperatura di esercizio e la bassa temperatura, l'alternanza di freddo e caldo aumenterà gradualmente la larghezza e la profondità della fessura. A differenza dell'invecchiamento ossidativo termico causato dalla degradazione chimica ad alta-temperatura, questo danno è una riduzione reversibile della tenacità a bassa temperatura che porta alla frattura meccanica, senza rottura permanente della catena molecolare nella fase iniziale.
2. Posizioni tipiche soggette a danni fragili a bassa-temperatura
Condutture aeree esposte senza isolamento termico in ambienti esterni-a bassa temperatura;
Segmenti di tubazioni direttamente collegati a porti di alimentazione di materiale criogenico con shock freddo improvviso;
Tubi ciechi e gambe morte in cui il mezzo statico si congela e si espande per comprimere il rivestimento;
Aree di rivestimento-a pareti sottili con debole resistenza strutturale alle sollecitazioni termiche;
Posizioni della flangia e del gomito soggette a vibrazioni e concentrazione di sollecitazioni durante il calo di temperatura.
3. Fattori fondamentali che inducono l’accelerazione dei guasti fragili
Nessun isolamento termico esterno e rivestimento antigelo-su tubazioni posate all'aperto;
Iniezione diretta di un fluido a temperatura ultra-bassa nelle tubazioni calde senza transizione graduale della temperatura;
Il fluido trattenuto all'interno della tubazione durante l'arresto si congela e si espande per generare forza di estrusione interna;
Vibrazioni della fondazione della tubazione e shock meccanico della pompa trasmessi al rivestimento a bassa temperatura;
Arresto a lungo-termine senza svuotamento del liquido residuo, con conseguenti danni all'estrusione del ghiaccio nelle stagioni fredde.
4. Misure tecniche di prevenzione e controllo-del collegamento completo
① Avvolgere l'isolamento termico completo e lo strato protettivo antigelo-per le sezioni esposte del tubo
Isolare la temperatura ambiente a bassa-temperatura per stabilizzare la temperatura di servizio del rivestimento.
② Adottare una procedura di alimentazione di pre-raffreddamento graduale prima di introdurre il mezzo criogenico
Evita un-improvviso calo di temperatura per evitare shock da freddo sul rivestimento.
⑤ Drenare completamente tutto il mezzo residuo all'interno delle tubazioni dopo un arresto a lungo termine-
Elimina il pericolo nascosto di espansione del volume e di estrusione causata dal congelamento del liquido.
④ Fissare i supporti della tubazione con guarnizioni smorzanti per ridurre la trasmissione delle vibrazioni meccaniche
Elimina la fonte di stress da vibrazioni esterne che induce fessurazioni fragili.
⑤ Selezionare PFA modificato rinforzato a bassa-temperatura per tubazioni che operano in frequenti condizioni di alternanza di freddo-caldo
Ottimizza la formula per ridurre la temperatura di transizione duttile-fragile del rivestimento.
5. Tabella di confronto degli effetti della prevenzione
表格
| Modalità di layout e funzionamento | Rischio di crepe fragili a bassa-temperatura | Suggerimento per l'applicazione |
|---|---|---|
| Nessuna protezione isolante + alimentazione diretta del mezzo freddo + ritenzione di liquidi durante lo spegnimento | In ambienti a bassa-temperatura si verificano facilmente crepe fragili e frammentazione del rivestimento | Aggiungere lo strato di isolamento termico e scaricare completamente il liquido residuo |
| Isolamento antigelo completo-+ commutazione graduale della temperatura + drenaggio di spegnimento standardizzato | Evita efficacemente la perdita di tenacità alle basse-temperature e la frattura fragile | Specifiche standard di costruzione e funzionamento per condotte rivestite in PFA nelle regioni fredde |
| Fodera modificata resistente alle basse-temperature + tracciamento costante della temperatura, conservazione del calore + monitoraggio della temperatura online | Pericolo nascosto di fessurazioni indotte dal freddo estremamente basso- | Schema preferito per condotte di riscaldamento in condizioni di lavoro esterne e criogeniche |
Conclusione
La rottura da shock cracking fragile del rivestimento in PFA a bassa-temperatura ha origine dalla forte diminuzione della tenacità del materiale al di sotto della temperatura di transizione duttile-fragile, che rende il rivestimento incapace di tamponare lo stress esterno e produrre crepe fragili e penetranti. Le principali misure di prevenzione includono l'aggiunta di impianti di isolamento termico e tracciamento termico per stabilizzare la temperatura di lavoro, la standardizzazione dei processi di alimentazione del mezzo freddo e di drenaggio di arresto, la riduzione della trasmissione delle vibrazioni e l'adozione di materiali di rivestimento modificati resistenti alle basse-temperature. La gestione dell'intero-processo di protezione termica della tubazione, il funzionamento del processo e la selezione dei materiali può prevenire la rottura del rivestimento e le conseguenti perdite di substrato causate dalla fragilità alle basse-temperature dei tubi di riscaldamento rivestiti in PFA.
