Parametry czynnika roboczego i ich znaczenie w doborze zbiornika chemoodpornego

Projektując i dobierając zbiornik bezciśnieniowy na chemikalia szczególną uwagę zwracamy na parametry czynnika roboczego, czyli medium z jakim będzie pracował zbiornik magazynowy lub procesowy. Ważną rolę odgrywają takie dane, jak:

  • nazwa handlowa, wzór chemiczny oraz skład procentowy,
  • stężenie oraz gęstość substancji czy też mieszaniny,
  • temperatura medium.

Poniżej omówiliśmy najważniejsze zagadnienia na które wpływ mają parametry substancji chemicznej lub ich mieszaniny, tj.:

  • rodzaj tworzywa, z jakiego zostanie wyprodukowany zbiornik,
  • grubość materiału poszczególnych partii zbiornika,
  • technologia produkcji,
  • podległość pod dozór UDT,
  • dodatkowe wyposażenie zbiornika (izolacja).

Parametry medium wpływają na dobór tworzywa w zależności od jego odporności chemicznej

Odporność chemiczna materiału ma bezpośrednie przełożenie m.in. na długookresową wytrzymałość zbiornika, ryzyko ewentualnej degradacji tworzywa czy utleniania. Weryfikacja odporności tworzywa na daną substancję dokonywana jest w oparciu o tabele odporności chemicznej, z których można korzystać dzięki dedykowanym aplikacjom oraz poradnikom dostawców materiałów pierwotnych lub półproduktów z tworzyw sztucznych.

Przykład odporności chemicznej tworzyw na wybrane substancje

Nazwa związku Stężenie Odporność materiału
PE80/
PE100
PP-H PVC-NI PVDF
 Chlorek żelaza (III)  45%  ●
 Ług sodowy 60%  ●  ●  ○
 Koagulanty glinowe      
 Koagulanty żelazowe  –      
 Kwas azotowy 65%  /  ●
 Kwas fosforowy (VI) 85%
 Kwas mrówkowy 85%
 Kwas siarkowy 80%  ●
 Kwas siarkowy 98%  / /
 Kwas solny  37%
 Mleko wapienne
 PAX-18  –      
 PAX-20      
 PIX-113      
Polielektrolit
Podchloryn sodu 13%
Roztwór NaCl nasycony
Węglan sodu
 Woda  ●  ●
 Woda DEMI  –  ●  ●  ●


LEGENDA:
●    odporny
/     warunkowo odporny
○    odporny, możliwość wystąpienia spękań naprężeniowych
–     nieodporny
brak znacznika oznacza, że materiał nie był testowany na odporność w stosunku do przywołanego medium
    

Odporność chemiczna tworzyw PE i PP na grupy związków i mieszanin związków chemicznych

TWORZYWO PE / PP ODPORNESłabe i mocne kwasy nieorganiczne,
Kwasy organiczne
Sole nieorganiczne
Alkohole i glikole
Aldehydy i ketony
TWORZYWO PE / PP WARUNKOWO ODPORNEKwasy utleniające i niektóre ich sole
Węglowodory alifatyczne i aromatyczne
Oleje mineralne
Estry i etery
TWORZYWO PE / PP NIEODPORNESubstancje silnie utleniające
Chlorowcowane węglowodory
Halogeny (F, Cl, Br, J)

Temperatura i gęstość substancji warunkują grubość materiału poszczególnych partii zbiornika

Gdy mamy już wybrane tworzywo odporne na daną substancję, przechodzimy do obliczeń statyki konstrukcji. W tym przypadku parametry medium warunkują grubość zastosowanego materiału cylindra, ścianek oraz dna projektowanego zbiornika (wraz ze wzrostem temperatury znacznie zmienia się elastyczność materiału, w związku z czym dla zachowania odpowiedniej statyki konstrukcji stosuje się większe grubości ścianek).

W pewnych warunkach bywa to nieracjonalne ekonomicznie, dlatego jeśli to możliwe, to dla podwyższonych temperatur preferujemy wybór znacznie sztywniejszego tworzywa, jakim jest np. PP-H (moduł elastyczności/sprężystości E dla PP-H AlphaPlus mierzony według DIN EN ISO 527 wynosi aż 1700 MPa w porównaniu do PE 100, dla którego jest to wartość 1100 MPa) lub stosowanie konstrukcji kompozytowych (poliestrowych/winyloestrowych wraz z zbrojeniem włóknem szklanym) z warstwą wykańczającą chemoodporną, ewentualnie systemu hybrydowego: kaszerowanego linera z tworzywa + konstrukcji z kompozytu.

Dodatkowo warto wspomnieć o tym, że gęstość substancji wpływa na siły powstające zwłaszcza w dolnych partiach zbiornika.

zbiorniki chemoodporne w praktyce poradnik

Dane nt. medium determinują technologię produkcji zbiornika chemoodpornego

W wielu procesach technologicznych wykorzystywane są substancje o znacznym stężeniu i gęstości oraz wysokiej temperaturze pracy. Gdy dojdą do tego ograniczenia przestrzeni, to przy doborze zbiornika może okazać się, że sama geometria nie pozwoli zachować jego odpowiedniej pojemności.

Z powodu sztywności oraz wysokiej wartości modułu elastyczności poszczególnych rodzajów tworzyw dąży się do ograniczenia powstawania szkodliwych naprężeń wewnątrzmateriałowych w wyniku zwijania arkuszy. Tym samym, poza wpływem parametrów medium na dobór odpowiedniego tworzywa, obliczenia wykonywane w oparciu o normę DVS mogą być decydujące jeśli chodzi o wybór technologii, w jakiej zostanie wykonany zbiornik (tj. technologia AmargTank ClassicWeld w której wykorzystuje się gotowe arkusze tworzywa lub technologia nawojowa AmargTank SafeSeamLess) szczegóły znajdziesz na poniższych stronach.

Przykład wpływu parametrów medium chemicznego na sposób wykonania zbiornika w oparciu o obliczenia statyki według normy DVS

  • Branża: przedsiębiorstwo chemiczne
  • Medium: mieszanina związków ze znaczną ilością kwasu fosforowego o stężeniu 45%
  • Temperatura robocza: 80°C (krótkotrwała 85°C)
  • Minimalna grubość ścianki zbiornika w oparciu o obliczenia statyki według normy DVS: 40 mm (wskazania i wytyczne w zakresie możliwości wykonania cylindrów z płyt płaskich zawarte są w opracowaniu DVS)

  • Możliwa minimalna średnica wykonania cylindra po uwzględnieniu dopuszczalnego wskaźnika wydłużenia struktur krawędziowych ɛ, która pozwoliłaby uniknąć przekroczenia maksymalnych dopuszczalnych sił i naprężeń wewnątrzmateriałowych: 8000 mm

Założenia projektu wskazywały na średnicę kilkukrotnie mniejszą, aniżeli wychodzącą z obliczeń. Jeśli chodzi o wykonanie z gotowych arkuszy tworzywa, to maszyna zgrzewająca oraz zwijająca płytę w cylinder umożliwia pracę z arkuszem o grubości nawet 30–50 mm, natomiast skutkiem mogłoby być powstanie nadmiernych naprężeń w przekroju ścianki. To z kolei w perspektywie eksploatacji zbiornika mogłoby prowadzić do pęknięć do kolejnych warstw materiału, całkowitego uszkodzenia ścianek zbiornika, nieszczelnością, a nawet trwałą awarią. Z tego powodu odrzucono wykonanie metodą AmargTank ClassicWeld.

Najbardziej racjonalnym rozwiązaniem było wykonanie cylindra technologią beznaprężeniowej ekstruzji wstęgi termoplastycznego tworzywa, czyli metodą nawojową. Daje ona możliwość zastosowania dużych grubości ścianki zbiornika (nawet do 100–140 mm litej ścianki termoplastu) – nawet przy małej średnicy rzędu D = 100–200 cm oraz dużej wysokości (H = 6–10 m). Tym samym technologia nawojowa gwarantuje wykonanie niezwykle wytrzymałego zbiornika z tworzywa o dużej sztywności, przystosowanego do warunków pracy w podwyższonych temperaturach i przy medium o wysokiej gęstości.

Na zdjęciach poniżej widoczne zbiorniki wykonane metodą nawojową.

Rodzaj substancji a zbiorniki magazynowe podlegające pod dozór Urzędu Dozoru Technicznego

W przypadku bezciśnieniowych zbiorników magazynowych kwalifikacja substancji jako bardzo toksycznej, toksycznej, szkodliwej lub żrącej oraz pojemność, w jakiej będzie przechowywana, ma znaczenie jeśli chodzi o tzw. procedurę dozorową (tzn. wpływa na ocenę, czy taki zbiornik będzie podlegał pod dozór Urzędu Dozoru Technicznego). Takie inwestycje wiążą się z odpowiednią ścieżką postępowania, m.in. uzgodnieniem dokumentacji techniczno-projektowej w UDT jeszcze przed rozpoczęciem produkcji.

Więcej szczegółów nt. zbiorników magazynowych dozorowych znajdziesz w na stronie „Zbiorniki magazynowe dozorowe UDT”.

Zbiornik magazynowy ługu sodowego o pojemności 50 m3 wykonany w ramach wymiany wyeksploatowanego, stalowego zbiornika, któremu skończył się okres żywotności
Zbiornik dozorowy na NaOH dla przedsiębiorstwa z branży koksowniczej
Zbiornik stężonego ługu sodowego posadowiony na terenie zakładu
Zbiornik dozorowy na NaOH dla przedsiębiorstwa spożywczego
Zbiornik dozorowy na PIX dla przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjnego.

Dodatkowe wymagania pod kątem wyposażenia zbiornika w zależności od specyfiki medium i jego wrażliwości na zmiany temperatury

Warto w tym miejscu wspomnieć również o wrażliwości substancji na zmiany temperatury, która ma znaczenie w przypadku posadowienia zbiorników na zewnątrz obiektów i zastosowania dodatkowego wyposażenia. Dla przykładu możemy wskazać ług sodowy NaOH o stężeniu powyżej 50%, który przy spadku temperatury poniżej 20°C ma tendencję do krystalizacji. Jest to zjawisko niekorzystne i może prowadzić do zmiany przepływów w rurociągach i ich zatykania się.

W przypadku takich zbiorników warto zastosować systemy izolacji termicznej. Zazwyczaj wyposażamy je w redundantny system utrzymywania stałej temperatury czynnika roboczego oparty na dwóch niezależnych chemoodpornych grzałkach elektrycznych, które są montowane we wnętrzu zbiornika (grzałki mają stały kontakt z medium). Dodatkowo należy pamiętać o izolacji rurociągów przesyłowych z zastosowaniem wełny mineralnej i system kabli grzejnych. Zadaniem wspomnianych układów jest podtrzymanie zadanej temperatury. Systemy redundantne zapewniają ochronę w sytuacjach, gdy jeden z nich ulegnie niespodziewanej awarii. Wtedy drugi zapewnia nieprzerwaną pracę układu i ogranicza przestoje produkcyjne.

Standardowo zbiorniki zabezpieczane są przed przemarzaniem, natomiast jako inny przykład możemy wskazać magazynowanie płynu do odladzania clariant. Taki zbiornik izoluje się cieplnie w celu ochrony przed nagrzewaniem się czynnika roboczego, który wraz ze wzrostem temperatury traci swoje parametry i właściwości użytkowe.

układy ogrzewania izolacja dla zbiorników stężonego ługu sodowego NaOH
Przykład układu ogrzewania / izolacji dla zbiornika magazynowego chemii

Ciekawe materiały nt. projektowania bezciśnieniowych zbiorników na chemikalia

Planujesz inwestycję w której zakres wchodzi zbiornik magazynowy lub procesowy pracujący z chemikaliami?

Jeśli szukasz zbiornika do magazynowania substancji niebezpiecznych lub wspomagającego realizowane procesy technologiczne, zachęcamy do kontaktu. Najlepszym sposobem będzie wypełnienie i przesłanie formularza doboru zbiornika chemoodpornego, który możesz pobrać powyżej. Znajdują się w nim najważniejsze parametry, które pozwolą nam na poznanie Twoich potrzeb i sprawne przygotowanie wstępnej wyceny.