哈爾濱樂普實(shí)業(yè)發(fā)展中心 李友清

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水處理用環(huán)氧FRP壓力容器的疲勞性能分析


壓力容器是反滲透水處理裝置中的重要部件之一，壓力容器根據(jù)所用的材料劃分為玻璃鋼類、不銹鋼類以及工程類等。玻璃鋼材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能及衛(wèi)生性能，同時(shí)制品可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、尺寸精度穩(wěn)定、表面質(zhì)量高，目前國際上反滲透水處理用壓力容器以玻璃鋼類為主，各種大型及重點(diǎn)工程幾乎全部采用玻璃鋼壓力容器。
環(huán)氧玻璃鋼材料在纖維方向的拉伸疲勞性能比金屬好。環(huán)氧玻璃鋼材料的疲勞強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度的60～90%，而金屬的疲勞強(qiáng)度只為30～50%。金屬材料疲勞裂紋出現(xiàn)后，很快引起災(zāi)難性的破壞，而沒有明顯的預(yù)兆。環(huán)氧玻璃鋼材材料在疲勞過程中，裂紋先在纖維或基體薄弱處出現(xiàn)，擴(kuò)展到結(jié)合面，損傷逐漸累積，直至嚴(yán)重分層才導(dǎo)致破壞，環(huán)氧玻璃鋼具有較好的損傷容限和疲勞壽命。
反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器承受循環(huán)工作壓力作用，在長期作用下會(huì)逐漸產(chǎn)生疲勞，直至整體破壞。玻璃鋼產(chǎn)品疲勞性能用疲勞壽命來衡量，是玻璃鋼制品的主要性能指標(biāo)。反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器在給定循環(huán)應(yīng)力和試驗(yàn)條件下由開始加載到臨界設(shè)計(jì)壓力所經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)數(shù)稱為疲勞壽命，玻璃鋼壓力容器的疲勞壽命應(yīng)與反滲透水處理裝置設(shè)計(jì)壽命相當(dāng)。目前，國內(nèi)應(yīng)用的反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器雖以進(jìn)口為主，但是國產(chǎn)品也呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢(shì)頭。為了規(guī)范反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器的生產(chǎn)，我國規(guī)定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即JC692-1998《反滲透水處理裝置用玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力殼體》。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)產(chǎn)品的外觀、尺寸要求、材質(zhì)性能、水壓爆破壓力等內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，這些技術(shù)指標(biāo)等效采用了美國ASME標(biāo)準(zhǔn)。因當(dāng)時(shí)考慮到國內(nèi)整體技術(shù)水平，對(duì)產(chǎn)品的疲勞性能沒有做出相應(yīng)規(guī)定。
在美國ASME標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器的疲勞壽命規(guī)定為105次，而一些進(jìn)口產(chǎn)品稱可達(dá)到疲勞壽命為2.5×105次。為了對(duì)國內(nèi)領(lǐng)先水平的玻璃鋼壓力容器的疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，我公司以ROPV系列反滲透水處理裝置用環(huán)氧玻璃鋼壓力容器為研究對(duì)象，對(duì)其疲勞性能進(jìn)行了測(cè)試分析。依據(jù)美國ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件，將隨機(jī)取樣的ROPV系列環(huán)氧玻璃鋼壓力容器進(jìn)行了疲勞壽命測(cè)試。其中海水淡化型的R2540C100E-1W試件采用了美國ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的105次疲勞指標(biāo)，通用性的R8040C30S-1W試件采用了高于進(jìn)口產(chǎn)品宣傳的2.8×10次疲勞指標(biāo)。兩試件經(jīng)過疲勞試驗(yàn)后，宏觀上均未發(fā)生變化，也未出現(xiàn)液體滲漏現(xiàn)象，說明ROPV系列環(huán)氧玻璃鋼壓力容器具有很高的疲勞性能。試件在工作壓力下的周向變形量、軸向變形測(cè)量及體積膨脹量都很小，說明試件在工作壓力下具有穩(wěn)定的剛性，有助于其疲勞性能。
試件1經(jīng)過10次疲勞后，爆破壓力達(dá)到43MPa，即6.23倍的工作壓力，可確認(rèn)試件1的疲勞壽命大于10次；試件2經(jīng)過2.8×10次疲勞后，爆破壓力達(dá)到13.5MPa，即6.42倍的工作壓力，可確認(rèn)試件2的疲勞壽命大于2.8×10次。綜上所述，ROPV系列環(huán)氧玻璃鋼壓力容器具有很好的抗疲勞性能，具有國內(nèi)領(lǐng)先水平。