Stefanie Römhild, Swerea KIMAB

Transkript

1 Polymera material i Stefanie.romhild@swerea.se,

2 Presentationens innehåll Typiska polymera material i rökgasutrustning Exempel på erfarenheter kring användning och inspektion av polymera material i rökgasrenings- och kringutrustning baserade på resultat av flera Värmeforsk-projekt Kort introduktion till ett nytt projekt Tankar Processrör, etc Skorstenar Skrubbrar Droppavskiljare, inkråmet Rökgaskanaler

3 Polymera material i rökgasreningsanläggningar Glasfiberarmerad plast = GAP GAP på stål eller betong Termoplastiska material som PP, PVC, PVC-C, fluorplaster Linad GAP Flakebeläggningar PP PVC Vinylester PVDF - Teflon

4 Skrubbrar och skorstenar i GAP Korrosiva miljöer Fuktig miljö(>40c) till 180C, torra rökgaser Hel materialklass (olika hartser, armeringar) Dokumenterad livslängd år Spärrskikt och styrkelaminat Typer av skador/korrosion/ åldringstecken - Ytkrackelering, materialförsprödning - Oxidation, nedbrytning (quench) - Blåsbildning - Nötning - Delaminering (kemisk, temperatur) - Allmän materialpåverkan, nedgång Delar av en skorsten i SS2205 efter 2 år mekaniska egenskaper 4

5 Ytkrackelering i skorsten eller skrubber Inneryta hos 37-år gammal skorsten H 2 O Dragspänningar Fukt- och temperatur-växlingar, termisk chock 5

6 Ytkrackerling i skrubbrar (ca 17 år) Inlopp efter vattenindysning Kloridsteg Spärrskikt Styrkelaminat Bör bytas Kolfiberväv som ytmatta Analys av de mekaniska egenskaperna Kan repareras 2/4/2013 6

7 Status mekaniska egenskaper Endast styrkelaminat Laminat med spärrskikt Mätning av akustisk emission för att studera brotts-processer: Mikrosprickor vid 0.2 till 0.4% töjning i spärrskiktet After 33 years indications of cracks in the structural laminate, replaced with a new FRP stack designed for a life time longer than 33 years. 2/4/2013 Presentation av 7

8 Blåsbildning i skrubbrar och skorstenar H 2 O Acetate, Na +, Ca 2+, Mg 2+, acetone, organic substances Skrubbervägg efter 2 år ΔT=0 Immersion in water at 99ºC Microdela- ΔT=0 Outer surface air 99ºC ΔT 20ºC Outer surface air 25ºC Hardly any microdela- Microdelaminations, ΔT 80ºC Outer surface water 20ºC Macroscopic blistering, 8

9 Blåsbildning (2) Blåsbildning är fortfarande mycket vanligt förekommande med de materialen som vanligtvis används i tillverkningen av GAP. Isolering motverkar oftast blåsbildning. Blåsbildning kan tillåtas i viss mån. Undersökningar har visat att de mekaniska egenskaperna hos styrkelaminatet inte verkar påverkas negativt. Blåsornas tillväxt och fördelning ska följas. Blåsorna ska inte spricka, inte plötsligt tillta dramatiskt i storlek, antal eller växa till stora delamineringar. 9

10 Delamineringar i GAP-skorstenar Skorsten som är placerad i en betongpipa Den nedre delen är isolerad Design data: 55-75ºC, 170ºC for max 2 h Diameter 2000 mm Höjd 70 m, varav 64 m i betongpipan, isolerad 2/4/

11 Stack 1 after 10 years Stack 2 after 10 years Lindat laminat med novolacharts Kanaler ok, handupplagt Handupplagt laminat Novolac epoxy-baserad vinyl ester Skorsten och kanaler delamineringsskadade

12 Hur ska delamineringar bedömas? Delaminering i första och andra CSMlagret i styrkelaminatet Delaminering mellan spärrskikt och styrkelaminat. Blåsorna spruckna

13 Temperaturer under drift Non-insulated part Osmotic blistering Insulated part Delaminations Thermal gradient across the laminate wall NO thermal gradient across the laminate wall Tg=145ºC Tg=148ºC Tg=95ºC Tg=148ºC ºC

14 Högtemperatur-novolac-hartser A B C D HDT 180ºC 150ºC 140ºC 135ºC Tg 195ºC 165ºC 150ºC ºC Elongation at yield /break 3 % 3-4% 4% 2,5-3,0% ºC ºC

15 Robustare GAP-skorstenar Bakgrund: Glasfiberarmerad esterplast (GAP) kan drabbas av mycket kostsamma delamineringsskador vid bypasskörning eller driftstörningar som kan kräva utbyte av hela komponenter och leder till driftstopp. Sökande: Swerea KIMAB Projektpartners: Termap AB, Tekniska Verken Linköping, Idbäcksverket Nyköping Projektperiod: , Rapport godkänd Projektets mål: Att göra GAP-materialen mer robusta och skräddarsy GAP-laminat för applikationer med garanterad tålighet mot delamineringar upp till omväxlande höga temperaturer, med önskemål att klara 200ºC. Att kunna ger råd om hur en anläggning kan kontrollera om dess GAP-utrustning befinner sig i riskzonen för delamineringsskador eller hur man vid nyinköp kan jämföra materialalternativ. Att öka medvetenheten bland driftpersonalen om vilka konsekvenser oväntade driftstörningar med hög temperatur kan ha på aktuell utrustning av GAP.

16 Flake eller GAP-beläggningar som ytskydd GAP CSM laminat på en stålyta efter förbehandling, primer Tjocklek ca 3 4 mm Förankring möjlig Tex i rökgaskanaler, skorstenar, fläkthus, tankar Fördel egen bärkraft Rökgaskanal Flake Härdplast med glasflake som fyllmedel som appliceras på förbehandlad metallyta med målning eller sprutning Förbehandling mycket viktig Tumregel ca 1,5 mm tjockt Skorstenar, rökgaskanaler, etc Rökgaskanal 16

17 PP i rökgasreningsanläggningar Används mestadels i inkråmet för skrubbrar i komponenter såsom demistrar, fyllkroppar, dysbankar 17

18

19 PP i rökgasreningsanläggningar Används mestadels i inkråmet för skrubbrar i komponenter såsom demistrar, fyllkroppar, dysbankar Används ibland som billigare alternativ till GAP i rörledningar för bland annat kalkslurry och för mindre behållare. Flera typer PP med olika egenskaper (PPH, PPB, PPR, stabiliseringssystem, kristallinitet, etc) Känsligt mot oxidativ nedbrytning, behöver därför ett stabiliseringssystem. Stabilisatorn förbrukas under drift och är den förbrukad kan materialet brytas ner. Kvarvarande stabilisatormängd dock inte alltid ett enkelt mått på kvarvarande livslängd. 19

20 Faktorer som begränsar livslängden på PP i skrubbrar och rökgaskondensorer Värmeutvidgning / kontraktion Mjukningstemperaturen Urlakning av stabilisatorer Oxidativ eller kemisk attack Dålig kvalitet / fel materialval Brandrisk 04/02/2013

21 Checklista vid inköp av PP Värmeutvidgning/kontraktion: hur mycket varierar temperaturen och vad är den högsta temperaturen som kan förväntas? Vilken typ av PP är mest lämplig för ändamålet. Kan man ändra designen för att minska effekterna? Värmedistorsion: vilken belastning kommer konstruktionen att utsättas för och vid vilken temperatur? Finns det risk för tunga avlagringar? Urlakning av stabilisatorer: vilka sorters stabilisatorer och i vilken mängs finns de i materialet? Är temperaturen hög och/eller är det en tunnväggig konstruktion och/eller i kontakt med rinnande media är risken extra stor för urlakning. 04/02/2013

22 Checklista vid inköp av PP, forts. Oxidativ eller kemisk attack: Vad innehåller rökgaserna? Finns det starkt oxiderande ämnen är stabiliseringen extra viktig det kan också vara värt att då fundera på om PP är rätt materialval. Dålig kvalitet/fel materialval: Generellt rekommenderas det att använda leverantörer med god dokumentation och kunnande. Brandrisk: Om det finns risk för antändning skall man vara medveten om den mycket stora värmemängd som PP utvecklar och att branden kan riskerar att spridas vidare. Flamskyddat material har ofta mycket sämre kemiska och mekaniska egenskaper än icke flamskyddat. Mekaniska och termiska egenskaper hos olika PPmaterial 04/02/2013

23 Statusbedömning av polymera material i Olika typer av skador, defekter, rekommendationer, etc är samlade i Värmeforsk-rapporten M Visuell inspektion fortfarande ett mycket viktigt verktyg i inspektion av processutrustning av GAP Oförstörande provningsmetoder har belysts ur slutanvändarperspektiv: T.ex. digital röntgen, värmekamera, ultraljud, fuktmätare 23

24 IR kamera and digital röntgen Industry standards as PSK 6316 (IR) and NORSOK M-622 (X-ray, ultrasonic) TAPPI guidelines, Reichhold IR kamera Passiv mätning medan anläggningen är i drift Ändrad värmeledning vid defekter och läckor Tunna konstruktioner Röntgen/Inspecta Tjocklek, laminatupppyggnad, tjocklek spärrskikt Local inspektion jämfört med IR-kamera 2/4/

25 OFP vid inspektion Många tekniker hade fortfarande begränsningar när de studerades för ca 2-3 år sedan. Arbete pågår att förbättra teknikerna och anpassa dem till de speciella kraven som polymera material i processutrustning medför. Utöver de tekniska frågorna måste även en samsyn om användning av dessa tekniker växer fram. 25

26 Tack! 26