Potrubí z PVDF použité v rámci projektu manipulace s kyselinami v jaderném zařízení

Obrázek 1: Detail svařovaných ventilů a potrubí. Obrázek publikován se svolením společnosti Simtech Process Systems Obrázek 1: Detail svařovaných ventilů a potrubí. Obrázek publikován se svolením společnosti Simtech Process Systems

Konstruktéři zařízení navrhli proces pro zajištění maximální bezpečnosti a účinnosti.

Když byl významný zpracovatel jaderného paliva ve fázi navrhování systému zpracovávajícího kombinace kyseliny fluorovodíkové, kyseliny sírové, kyseliny dusičné a deionizované vody (DI), zvolil variantu potrubních systémů PVDF společnosti Kynar, aby zajistil očekávanou dlouhodobou životnost procesu manipulace s kapalinami. Ve srovnání s běžnými plasty a kovy vyniká fluoropolymer od společnosti Kynar vyšší odolností vůči vysoce kyselým chemickým látkám.

Zkušenosti z průmyslu ukazují, že kyselina sírová a kyselina fluorovodíková mohou být vůči vysoce výkonným kovům a typickým polymerům agresivní. U těchto materiálů existuje nespočet případů korozního napadení a praskání pod vlivem napětí. Naproti tomu u materiálu Kynar PVDF je zdokumentováno velké množství úspěšných aplikací, kdy se s těmito chemikáliemi manipulovalo jednotlivě i ve směsích.

Výše zmíněný projekt se musel vypořádat zejména se silným chemickým působením látek, vysokým tlakem v systému, širokým rozsahem teplot a zajištěním maximální úrovně bezpečnosti celého procesu. Po srovnání vlastností potrubního systému z materiálu Kynar PVDF – včetně potrubí, tvarovek a ventilů – s podobným systémem, avšak z materiálu Hastelloy se koncový uživatel rozhodl, že varianta z materiálu Kynar PVDF bude pro něj cenově nejefektivnější a zajistí mu i dlouhodobou životnost.

Manipulace s chemickými látkami

Do procesu je zapojena celá řada chemických látek a každá z nich představuje sama o sobě obtížnou manipulaci. V případech, kdy se tyto chemikálie kombinují, vznikají další obavy související s možnými teplotními výkyvy a se vznikem druhotných sloučenin.

Společnost Simtech Process Systems disponuje ve svém sortimentu kompletní řadou plastových potrubí s různými způsoby spojování. Výběr správné metody spojování může ušetřit čas a zvýšit bezpečnost konstrukce systému pro manipulaci s kapalinami. Společnost Simtech rovněž poskytuje systémy zhotovované mimo výrobní závod prostřednictvím svého montážně-technického týmu nebo provádí školení na místě pro pracovníky údržby působící v daném objektu.

Spolu s potrubím a armaturami nabízí společnost Simtech řadu ventilů a přístrojů vyrobených z materiálu Kynar PVDF, aby bylo zajištěno, že styčné plochy s kapalinou jsou rovněž ze stejného materiálu. V popisovaném procesu byly použity různé typy ventilů, např. horizontální zpětné klapky, pojistné ventily, ručně i automaticky ovládané kulové ventily (fotografie použitých komponent viz obr. 1).

Systémy manipulace s kapalinami zahrnují venkovní přepravu chemických látek do vnitřního objektu. V rámci transportu kapalin byla nutná mimořádná opatrnost, a proto uživatel požadoval pro přečerpávání kyselin z venkovní oblasti vykládky do vnitřního technologického prostoru aplikaci dvojitého ochranného zákrytu potrubí. Potrubí z materiálu Kynar PVDF bylo v rámci dvojitého ochranného systému snadno svařeno pomocí hrdlových či tupých spojů (viz obr. 2 a 3).

PLE2110 MAG Simtech Arkema Figure 2 NuclearObrázek 2: Dvojitý ochranný kryt s použitím průhledného vnějšího plastového krytu. Obrázek publikován se svolením společnosti Simtech Process Systems

Systémy s dvojitou ochranou umožňují přepravovat 93% kyselinu sírovou a 49% kyselinu fluorovodíkovou. Průměr vnitřního potrubí byl 1 palec a 1½ palce s tím, že vnější potrubí muselo být dimenzováno tak, aby se do něj snadno vešlo přepravní potrubí.

PLE2110 MAG Simtech Arkema Figure 3 NuclearObrázek 3: Sestava dvojitého ochranného krytu potrubí vyrobeného z materiálu Kynar PVDF. Obrázek publikován se svolením společnosti Simtech Process Systems

V rámci procesu se kyselina sírová a kyselina fluorovodíková zpracovávají prostřednictvím dvouvrstvého potrubí o průměru 1½ palce a více. Dvouvrstvé potrubí Armor Tech kombinuje vnitřní vrstvu z fluoropolymeru Kynar s vnější nosnou vrstvou z materiálu FRP. Vnější podpůrná vrstva poskytuje pevnost a ochranu termoplastické vložce, která je odolnější vůči korozi. U potrubí o velikosti 1 palec a menší dodala společnost Simtech pro stejný technologický systém masivní potrubí z materiálu Kynar PVDF, které bylo pro obě kyseliny spojeno pomocí hrdlových nátrubků. Všechny systémy tohoto projektu byly před uvedením do provozu úspěšně otestovány vodní tlakovou zkouškou. Specifikace potrubí jsou uvedeny v tabulce 1.

tab1

Návrh systému

Pro tento systém byla zvolena technologie svařování natupo, protože tento druh spojení poskytuje potřebnou míru jistoty při použití velmi silných chemikálií. U systému s dvojitou laminátovou vrstvou byla rovněž zvolena technologie spojování natupo, protože vnější obal z FRP poskytuje dodatečnou bezpečnost, pokud by byl svar nějakým způsobem narušen (viz obr. 4).

PLE2110 MAG Simtech Arkema Figure 4 NuclearObrázek 4: Systém dvouvrstvého potrubí od společnosti Simtech. Obrázek publikován se svolením společnosti Simtech Process Systems

V rámci popisovaného procesu se teploty pohybují od –18 °C do +50 °C a tlak uvnitř potrubí od 20 psi do 50 psi (cca 1,38–3,45 baru). V tomto typu provozu poskytuje materiál Kynar PVDF parametry a vlastnosti, kterých by jiné polymery nebyly schopny dosáhnout.

Recyklační proud

Ke všem aspektům návrhu je třeba dodat, že po použití chemikálií v procesu se tyto chemikálie slučují v odpadním potrubí určeném pro chemikálie. V tomto potrubí pak protéká deionizovaná voda, 67% kyselina dusičná, 49% kyselina fluorovodíková a 93% kyselina sírová. Předpokládá se, že tento proces bude probíhat při teplotě +50 °C a tlaku 32 psi, je však dimenzován na nárazový stav až +82 °C a 40 psi. V případě této kombinace chemikálií a teploty poskytuje materiálu Kynar PVDF v rámci návrhového řešení uspokojivý rozsah bezpečnosti. Skutečné provozní podmínky recyklačního proudu jsou uvedeny v tabulce 2.

tab2

Závěrečné postřehy

Výběrem materiálu Kynar PVDF pro přepravu kombinace 93% kyseliny sírové, 49% kyseliny fluorovodíkové, 67% kyseliny dusičné a deionizované vody zohledňovalo jaderné zařízení provozní náklady z dlouhodobého hlediska společně s údržbou v minimálním rozsahu. V závislosti na velikosti potrubí a použitém chemickém složení byla instalována kombinace trubek z pevného PVDF Kynar s hrdlovými svařovanými spoji a z dvouvrstvého laminátu, jejichž spoje byly svařovány natupo. Díky aplikaci technologie dvojité ochrany se konstruktérům povedlo nadimenzovat potrubí na maximální úroveň bezpečnosti.

Informace o autorech:

Tommy Harrison začal pracovat ve společnosti Simtech v oblasti distribuce/výroby před 8 lety a nyní je součástí technického oddělení prodeje a je zodpovědný za oblast středního Atlantiku. Jeho odborné znalosti v oblasti termoplastů mu umožňují spolupracovat s konstruktéry a koncovými uživateli při navrhování systémů. 

Alexandra Petersová získala v roce 2020 bakalářský titul v oboru chemického inženýrství na Villanova University. Pracuje ve společnosti Arkema Inc. jako inženýrka marketingu a aplikací pro koncové uživatele v divizi fluoropolymerů. Nedávno byla oceněna Mezinárodní asociací pro distribuci plastů za absolvování programu Performance Plastics Level I Certificate Program.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz