Réservoirs et cuves en plastique renforcé de fibres - Fibre-reinforced plastic tanks and vessels

Le PRF ( plastiques renforcés de fibre de verre , également connus sous le nom de GRP, ou plastiques renforcés de verre) est un matériau composite moderne de construction pour les équipements d'usines chimiques comme les réservoirs et les navires . Les équipements chimiques dont la taille varie de moins d'un mètre à 20 mètres sont fabriqués en utilisant du PRF comme matériau de construction.

Les équipements chimiques FRP sont fabriqués principalement par des processus de pose à la main et d' enroulement de filament . BS4994 reste toujours une norme clé pour cette classe d'articles.

Laminé double

En raison de la nature résistante à la corrosion du FRP, le réservoir peut être entièrement fabriqué à partir du composite, ou un deuxième revêtement peut être utilisé. Dans les deux cas, le revêtement intérieur est fabriqué en utilisant des propriétés de matériau différentes de celles de la partie structurelle (d'où le nom double (signifiant deux) et stratifié (un mot couramment utilisé pour une couche d'un matériau composite))

La doublure, si elle est faite de FRP, est généralement riche en résine et utilise un type de verre différent , appelé "C-Glass", tandis que la partie structurelle utilise "E-Glass". Le revêtement thermoplastique a généralement une épaisseur de 2,3 mm (100 mils ). Cette doublure thermoplastique n'est pas considérée comme contribuant à la résistance mécanique. La doublure FRP est généralement durcie avant que l'enroulement ou la stratification continue, en utilisant soit un système BPO / DMA , soit en utilisant un catalyseur MEKP avec du cobalt dans la résine .

Si le revêtement n'est pas en FRP, il existe plusieurs choix pour un revêtement thermoplastique. L' ingénieur devra concevoir le réservoir en fonction des exigences de corrosion chimique de l'équipement. PP , PVC , PTFE , ECTFE , ETFE , FEP , CPVC , PVDF sont utilisés comme revêtements thermoplastiques courants.

En raison de la faiblesse du FRP au flambage , mais de son immense résistance aux forces de traction et de sa résistance à la corrosion, un réservoir hydrostatique est une application logique pour le composite. Le réservoir est conçu pour résister aux forces hydrostatiques requises en orientant les fibres dans la direction tangentielle. Cela augmente la résistance du cerceau , rendant les réservoirs anisotropiquement plus solides que l'acier (livre par livre).

Le PRF qui est construit sur la doublure fournit les exigences de résistance structurelle pour résister aux conditions de conception telles que la pression interne ou le vide , les charges hydrostatiques, les charges sismiques (y compris le ballottement de fluide), les charges de vent , les charges hydrostatiques de régénération et même les charges de neige .

Applications

Les réservoirs et récipients en PRF conçus selon la norme BS 4994 sont largement utilisés dans l'industrie chimique dans les secteurs suivants: fabricants de chlore-alcali, engrais, pâte et papier de bois, extraction des métaux, raffinage , galvanoplastie , saumure , vinaigre , transformation des aliments et dans l'air équipements de contrôle de la pollution, en particulier dans les usines de traitement des eaux usées municipales et les usines de traitement des eaux .

Les types

Les réservoirs et cuves de traitement en PRF sont utilisés dans diverses applications commerciales et industrielles, y compris les applications chimiques, eau et eaux usées, agroalimentaire, mines et métaux, électricité, énergie et haute pureté.

Épurateurs

FRP épurateurs sont utilisés pour le lavage des fluides . Dans la technologie de contrôle de la pollution de l'air, les épurateurs sont disponibles en trois variétés: milieux secs, milieux humides et biologiques.

Milieux secs

Les milieux secs impliquaient généralement un milieu sec et solide (tel que du charbon actif ) suspendu au milieu du navire sur un système de supports de poutre et de grille. Le média contrôle la concentration d'un polluant dans le gaz entrant par adsorption et absorption .

Ces navires ont plusieurs contraintes de conception. Ils doivent être conçus pour

  • Déchargement et rechargement du média
  • Effets corrosifs du fluide à traiter
  • Pression interne et externe
  • Charges environnementales
  • Charges de support pour le réseau et le système de support
  • Levage et installation du navire
  • Régénérer les médias à l'intérieur du navire
  • Supports de pile interne pour une construction à deux lits
  • Redondance pour la maintenance préventive
  • Désembuage pour éliminer les liquides qui dégradent le support sec
  • Élimination des condensats, pour éliminer tout liquide qui se condense à l'intérieur du récipient

Milieux humides

Les épurateurs à média humide aspergent généralement le fluide pollué dans une solution de lavage. Ces navires doivent être conçus selon des critères plus stricts. Les contraintes de conception des épurateurs à média humide comprennent généralement:

  • Les effets corrosifs du fluide pollué et de la solution de lavage.
  • Les hautes pressions et le chargement d'un système de pulvérisation
  • Aérodynamique du média interne pour s'assurer qu'il n'y a pas de bypass
  • Systèmes de support interne
  • Réservoir de fluide de lavage pour la recirculation.
  • Pression interne et externe
  • Charges environnementales
  • Levage et installation du bateau
  • Plomberie du fluide de lavage vers la cuve
  • Vidange pour éliminer les fluides du puisard de cuve

Dans le cas d'un décarbonateur , utilisé dans les systèmes d' osmose inverse pour limiter la concentration de gaz dans l'eau, l'air est le fluide de lavage et le liquide pulvérisé est le flux pollué. Au fur et à mesure que l'eau est pulvérisée hors du laveur, l'air élimine les gaz aqueux de l'eau, pour être traités dans un autre récipient.

Biologique

Les épurateurs biologiques sont structurellement identiques aux épurateurs à média humide, mais leur conception varie. Le navire est conçu pour être plus grand, de sorte que l'air se déplace plus lentement à travers le navire. Le milieu est conçu pour encourager la croissance biologique et l'eau qui pulvérise à travers le récipient est remplie de nutriments pour encourager la croissance des bactéries . Dans de tels épurateurs, les bactéries nettoient le polluant. De plus, au lieu d'un seul grand système de support (généralement une profondeur de 10 pieds de média pour les épurateurs chimiques), il existe plusieurs étapes de support de média, qui peuvent changer les exigences de conception du navire. (Voir le biofiltre pour une technologie similaire qui est généralement effectuée à l'extérieur d'un récipient en PRF.)

réservoirs

Un réservoir de stockage typique en PRF a une entrée, une sortie, un évent, un orifice d'accès , un drain et une buse de trop-plein. Cependant, il existe d'autres fonctionnalités qui peuvent être incluses dans le réservoir. Des échelles à l'extérieur permettent un accès facile au toit pour le chargement. Le navire doit être conçu pour résister à la charge d'une personne debout sur ces échelles, et même résister à une personne debout sur le toit. Les fonds inclinés permettent un drainage plus facile. Les jauges de niveau permettent à quelqu'un de lire avec précision le niveau de liquide dans le réservoir. Le récipient doit être résistant à la nature corrosive du fluide qu'il contient. En règle générale, ces récipients ont une structure de confinement secondaire, au cas où le récipient éclaterait.

Taille

La taille des navires en PRF est rarement limitée par la technologie de fabrication , mais plutôt par l' économie . Les réservoirs de moins de 7500 litres (2000 gallons ) sont facilement fabriqués à partir de matériaux moins chers, tels que le PEHD ou le PVC. Les réservoirs de plus de quatre mètres sont généralement limités par les contraintes d' expédition , et les données économiques suggèrent un réservoir en béton ou en acier fabriqué à l' emplacement du réservoir .

Pour le stockage de produits chimiques et le contrôle de la pollution de l'air , le choix est de fabriquer plusieurs réservoirs de plus petits diamètres . Par exemple, l'un des plus grands projets de contrôle des odeurs en Californie , le Orange County Sanitation District utilisera un total de 24 navires pour traiter 188300 cfm (86200 L / s) d'air odorant, avec une conception pouvant atteindre 50 ppm de sulfure d'hydrogène . Pour qu'un seul navire équivalent fonctionne aussi bien que les 13 filtres de ruissellement de tête , le navire unique devrait avoir plus de 36 pieds de diamètre. Cela ne serait pas pratique en raison des exigences élevées en matière d'expédition, des supports internes, des buses de pulvérisation et d'autres éléments internes. De plus, ce navire unique n'intègrerait pas de redondance pour la maintenance préventive .

Limites

Les limites typiques des récipients et constructions en PRF sont presque entièrement basées sur les paramètres d'application et les résines utilisées. La résine thermoplastique souffrira du fluage à des températures élevées et finira par échouer. Cependant, une nouvelle chimie a produit des résines qui prétendent être capables d'atteindre des températures encore plus élevées, ce qui élargit énormément ce domaine. Le maximum typique est de 200 degrés Celsius.

Les récipients et constructions en fibre de verre sont également susceptibles de se dégrader lors d'une exposition à long terme à la lumière du soleil. Cette détérioration est provoquée par des changements chimiques qui se produisent à la suite d'une exposition à la partie ultraviolette (UV) de la lumière. La dégradation entraîne les réservoirs et les constructions en fibre de verre, ouvrant les pores de la surface permettant au styrène de s'évacuer hors du récipient ou des parois de la construction, ce qui les fragilise, réduisant la résistance aux chocs et les propriétés d'élongation potentielles de la pièce. La dégradation de la lumière UV peut être efficacement inhibée par l'ajout de gelcoats et de mastics extérieurs, qui protègent la construction en fibre de verre en supprimant l'accès UV à la surface du produit, déviant ainsi l'énergie UV.

La durée de vie UV d'une pièce dépend du niveau et du type d'additif UV ainsi que de l'épaisseur et de la conception de la pièce, du type de pigment, du niveau et de l'efficacité de la dispersion, des conditions de traitement et de l'emplacement géographique où la pièce moulée est utilisée (voir Figure 3). Lors de la comparaison des performances UV de la résine, il est important de s'assurer que les tests ont été effectués de manière cohérente. Dans la figure 1, les données de vieillissement accéléré sont présentées. Généralement, 2 000 heures correspondent à 1 an en Floride et 1 400 heures à 1 an dans le sud du Canada. Des termes comme «UV-8» sont souvent utilisés. UV-8 signifie que le matériau peut résister à 8 000 heures dans un météoromètre au xénon Ci-65. UV-2 ou UV-4 signifierait respectivement 2 000 ou 4 000 heures. Ainsi, UV-8 correspond à environ 4 ans d'exposition extérieure continue en Floride. Il est important de comprendre quel météoromètre, c'est-à-dire Carbon Arc ou Xenon, a été utilisé, ainsi que les détails de la façon dont le météoromètre a été utilisé. ASTM D-2565 est la norme reconnue. Les tests peuvent être effectués en utilisant une exposition réelle aux intempéries, comme la Floride et l'Arizona, pour confirmer ces données. Remarque La figure 1 utilise les critères standard de l'industrie du moment où l'échantillon a atteint moins de 50% de son allongement à la rupture d'origine pour déterminer la fin du test. Dans la plupart des cas, la durée de vie utile de la pièce dépasse ce point. Tous les échantillons de la figure 1 sont non pigmentés tels que fournis par Exxon Chemical. Les données des tests de performance UV se trouvent sur nos fiches techniques pour chaque nuance spécifique. Caractéristiques de stabilité à la lumière Stabilisation aux ultraviolets (UV) Les plastiques sont attaqués et se détériorent lorsqu'ils sont exposés à la lumière directe du soleil. Lorsque les réservoirs en plastique absorbent la lumière ultraviolette du soleil, l'énergie UV excite les chaînes des polymères, les faisant se briser. Les effets sont la décoloration, la fragilisation et éventuellement la fissuration. Les températures élevées et l'oxygène ont tendance à accélérer la détérioration. Les cuves répertoriées comme adaptées au service extérieur sont protégées des attaques UV par: la coloration ou la pigmentation et / ou l'ajout de stabilisants internes qui absorbent ou dissipent préférentiellement l'énergie UV. L'ombrage des réservoirs du soleil empêchera également la détérioration. Les réservoirs doivent être libres de se dilater ou de se contracter, éviter une tension excessive sur le réservoir. Pour obtenir de l'aide dans la sélection du réservoir approprié pour une application spécifique, consultez les guides de sélection de résine de réservoir avec des fabricants de résine réputés. Ressources publiées en citant des références supplémentaires à AVENGENERAL ISOLINES OF GLOBAL RADIATION AND THERE EFFETS ON POLYMERS Years = 70 x UV Rating (Your Location's Isoline) (from Figure 3) Exemple: Partie naturelle, moulée correctement, utilisant un ensemble d'additifs UV-8 à utiliser en Floride, c'est-à-dire en Floride = 140 Kcal / cm @ 2 / an. (à partir de la figure 3) Ainsi, les années «attendues» = 70/140 x 8 = 4 ans (jusqu'à ce qu'il reste 50% des propriétés d'allongement à la rupture d'origine.

Pensez à protéger vos investissements en fibre de verre des UV, de la même manière que vous protégeriez vos enfants avec un écran solaire; Les gelcoats sont des écrans solaires pour vos réservoirs, navires et autres constructions en fibre de verre.


Normes de conception

Les réservoirs en fibre de verre relèvent de la réglementation de plusieurs groupes.

  • Bs4994 -87 est la norme des normes britanniques pour les réservoirs et les navires en PRF, remplacée par la norme EN 13121.
  • EN 13121
  • ASME RTP-1 (équipement résistant à la corrosion en plastique thermodurci renforcé) est la norme pour les réservoirs et les navires en PRF détenus aux États-Unis sous 15 psig et situés partiellement ou entièrement au - dessus du sol .
 Typical design parameters and specifications will require either compliance with ASME RTP-1 or accreditation from ASME.
  • ASTM 3299, qui n'est qu'une spécification de produit, régit le processus d'enroulement filamentaire pour les réservoirs. Ce n'est pas une norme de conception.
  • SS245: 1995 Norme de Singapour pour les réservoirs de stockage d'eau sectionnels en PRV.

Bs4994

C'est pour éviter l'incertitude associée à la spécification de l'épaisseur seule, que BS4994 a introduit le concept de «propriétés unitaires». C'est la propriété par unité de largeur, par unité de masse de ferraillage. Par exemple, la RÉSISTANCE DE L'UNITÉ est définie comme la charge en Newton par millimètre (de largeur du stratifié) pour une couche constituée de 1 kg de verre par mètre carré. c'est-à-dire que l'unité est N / mm par Kg / m2 de verre

ASME RTP-1

Dans les spécifications RTP-1, les principales préoccupations relient la contrainte et la déformation , telles que la contrainte de cercle, la contrainte axiale et la contrainte de rupture aux propriétés physiques du matériau, telles que le module de Young (qui peut nécessiter une analyse anisotrope en raison du processus d'enroulement du filament. ). Celles-ci sont liées aux charges de la conception, telles que la pression interne et la déformation.

BS EN 13121

Cette norme européenne remplace BS4994-87 qui est maintenant marquée comme actuelle, obsolète, remplacée.

SS245: 1995

Il s'agit de la norme de Singapour pour le réservoir d'eau sectionnel en PRV, qui est en vigueur.

Les manufactures

Mitsubishi Chemical Infratec

Voir également

Les références

  1. ^ "Les plus grands réservoirs de stockage d'acide FRP du monde". Plastiques renforcés . 49 : 26-29. 2005-11-18. doi : 10.1016 / s0034-3617 (05) 70798-0 .
  2. ^ [1] Page 12, Usine 2 Headworks Facility
  3. ^ Carollo Engineers , Remplacement de la tête de l'usine n ° 2 du district d'assainissement du comté d'Orange (Job n ° P2-66) Spécification 11395D.1.3.A.3
  4. ^ Puisque la zone doit être maintenue pour maintenir la vitesse réduite,
  5. ^ Raventank.com

Exemple d'un réservoir sectionnel GRP. https://www.mechgroup.co.uk/grp-sectional-tanks Exemple de réservoirs cylindriques en PRV. https://www.mechgroup.co.uk/grp-cylindrical-tanks

Lectures complémentaires