Tworzywo, kompozyt, hybryda – dobór materiałów do budowy zbiorników przemysłowych

425

Projektowanie oraz konstruowanie zbiorników na substancje żrące, trujące i niebezpieczne wymaga gruntownego podejścia, ze szczególnym zwróceniem uwagi na właściwości wytrzymałościowe oraz eksploatacyjne dobieranego materiału konstrukcyjnego. Mają one kluczowy wpływ na zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa, gwarancję określonej żywotności zbiornika oraz osadzenie inwestycji w realiach finansowych. To z kolei rzutuje na szanse realizacji i sukces danego przedsięwzięcia.

Materiały konstrukcyjne zbiorników

Wśród podstawowych materiałów konstrukcyjnych zbiorników należy wyróżnić tworzywa polimerowe z grupy termoplastów, które wykorzystuje się w przypadkach, gdy zastosowanie stali nie stanowi optymalnego rozwiązania z uwagi na koszty, ciężar, możliwości obróbki, a także odporność chemiczną i na korozję. Zbiorniki wielkogabarytowe z tworzywa z powodzeniem pracują w różnorodnych branżach przemysłowych, niezależnie od stopnia skomplikowania procesu technologicznego – zarówno w posadowieniu naziemnym, jak i podziemnym.

Do podstawowych zalet tworzyw polimerowych takich jak m.in. PE, PP, PVC, PVDF zalicza się m.in.:

  • wysoką odporność chemiczną, dzięki której zbiorniki mogą być przeznaczone do kontaktu z większością agresywnych substancji chemicznych,
  • odporność na korozję i działanie agresywnego medium,
  • odporność na promieniowanie UV,
  • niższe koszty wytwarzania w stosunku do zbiorników stalowych,
  • niską masę – łatwiejszy transport i montaż,
  • łatwość obróbki,
  • możliwość długiego czasu eksploatacji bez konieczności stosowania dodatkowych materiałów zabezpieczających.

Oczywiście, jak żadne z materiałów konstrukcyjnych, tak i tworzywa polimerowe nie są pozbawione wad. Niektóre z nich stanowią pewne ograniczenia, głównie w kontekście warunków użytkowania. Są to m.in.:

  • niski zakres temperaturowy pracy,
  • słaba odporność na starzenie,
  • brak możliwości przechowywania gazów,
  • brak możliwości realizacji skomplikowanych kształtów.

Dlatego też w zależności od przeznaczenia i charakteru pracy zbiorników coraz częściej do ich budowy stosuje się duroplasty, na których skupiono się w dalszej części artykułu.

Dobór tworzywa a parametry pracy zbiornika magazynowego i procesowego

Na etapie koncepcji i projektowania niezwykle ważne jest określenie przez inwestora temperatury oraz stężenia czynnika roboczego. To dane, które wpływają na kolejne kroki tj. dobór odpowiedniego tworzywa oraz grubość materiału ścian zbiornika zapewniającą odpowiednią statykę.

W inżynierii przemysłowej szczególną rolę odgrywają właściwości chemoodporne materiału. Oddziaływanie czynników chemicznych na polimery jest bowiem znacznie szybsze niż w przypadku wpływu czynników atmosferycznych.

Na wspomnianą odporność chemiczną kluczowy wpływ mają:

  • temperatura, której oddziaływanie wpływa na wytrzymałość mechaniczną; wraz z jej wzrostem zwiększa się szybkość reakcji chemicznych, szybkość pęcznienia i ługowania; z kolei przy ujemnych temperaturach należy zwrócić uwagę na przystosowanie tworzyw do zastosowania zewnętrznego (nie każde sprawdzą się w tej roli),
  • promieniowanie ultrafioletowe,
  • zmienność warunków użytkowania – cykliczne zmiany są bardziej szkodliwe niż praca ciągła,
  • ruch cieczy – jej mieszanie zwiększa jej agresywność,
  • stężenie czynnika agresywnego.

Znajomość właściwości czynnika roboczego (skład procentowy, stężenie, maksymalna temperatura oraz gęstość) pozwala nie tylko dobrać materiał o odpowiedniej odporności chemicznej, ale może stać się decydująca jeśli chodzi o wybór technologii, w jakiej zostanie wyprodukowany zbiornik. Jak wiadomo – zwłaszcza dla tworzyw z grupy termoplastów – wraz ze wzrostem temperatury znacznie zmienia się elastyczność materiału. Z tego powodu dla zachowania odpowiedniej statyki konstrukcji należy w takich przypadkach stosować znacząco większe grubości ścianek, które wynikają z obliczeń statyki w oparciu o wcześniej wymienione parametry. Takie dane mogą zdecydować o wykluczeniu standardowej technologii produkcji z wykorzystaniem gotowych arkuszy tworzywa (AmargTank ClassicWeld[1])). Wtedy doskonałą alternatywą staje się technologia nawojowa (AmargTank SafeSeamLess[2])). 

Tworzywa termoplastyczne stosowane do produkcji zbiorników wielkogabarytowych na chemię

Stosowane do produkcji tworzywa sztuczne z podziałem na grupy przedstawia tzw. piramida termoplastycznych tworzyw sztucznych (schemat 1.).

W grupie tworzyw standardowych znajdują się powszechnie stosowane polietylen PE i polipropylen PP. Cena tych materiałów jest stosunkowo niska, natomiast mimo wielu zastosowań ich właściwości stanowią pewne ograniczenia jeśli chodzi np. o temperaturę stosowania czy odporność chemiczną w zależności od konkretnej substancji i jej stężenia.