Table of Contents
שם מקור: The Pressing Need for Advanced Marine-Grade Sealants
שמן Offshore גז, מתקני כבלים תת-ימיים, ומערכות אנרגיה מתחדשת ימית תלויים האמינות המוחלטת של החותמים התת-ימיים.כישלון יחיד בסביבה תת-קרקעית בלחץ גבוה יכול להוביל לשפך פחמימנים קטסטרופליים, מיליארדים בייצור אבוד, ונזק סביבתי חמור של מחסנים מסורתיים, אשר נועדו היסטורית, רק בטמפרטורות תת-ימיות גבוהות, אך הן נכנעות להתקפה משולבת של לחץ דם גבוה, כימיקלים, מינרלים, אך ורק בטמפרטורות גבוהות, אשר נועדו להתחממות כדוריות, אך ורק בטמפרטורות גבוהות, אך ורק בטמפרטורות תת-מעגליות, אך ורק בטמפרטורות גבוהות, אשר נועדו להתחממות כדוריות, אך ורק בטמפרטורות תת-סיוריחות חומרים אלה, אשר נועדו להתחממות כדוריות, אך ורק בטמפרטורות גבוהות יותר, אך ורק בטמפרטורות תת-סי, אך ורק בטמפרטורות תת-סיוריחות חומרים כימיים, אשר נועדו לאחרונה, אשר נועדו, אשר נועדו לאחרונה, אשר נועדו לאחרונה, אשר נועדו בטמפרטורות תת-סי, אשר נועדו לשגשגורטימיות, אך ורק בטמפרטורות תת-מעגלות, אך ורק בטמפרטורות תת-סיוריחות חומרים כימיים, אשר נועדו, אשר נועדו, אשר נועדו, אשר נועדו באופן היסטורי, אך ורק בטמפרטורות תת-
דרישות של איכות הסביבה הגבוהה
כדי להעריך את החדשנות, עליך קודם כל להבין את התנאים הקיצוניים האלה פנים אל מול סובסי הם בין הענישה ביותר על פני כדור הארץ, שילוב מנגנונים רבים של כישלונות הפועלים בו זמנית.
לחץ הידרוסטטי ולחצים
בעומק של 3,000 מטרים, לחץ הידרוסטטי מגיע בערך 300 בר.כוח דחוס זה יכול לגרום לאתימים בעלי טווח נמוך לעבור שינוי נפח משמעותי, המוביל לפיזור או אובדן של מתח בין-גזעי. יתר על כן, פעולות תת-ימיות לעתים קרובות כרוך ברכיבי אופניים - עם ההתקנה, חותם עשוי לחוות דחיסה מהירה כאשר צינור הוא לחץ ולאחר מכן מדכא עבור תחזוקה כזו מייצרת לחץ פנימי כית מספיק משחת או איטום יכול לחוות לחץ דם.
התקפה כימית ואלקטרוכימיה
Seawater הוא אלקטרוליט מורכב המכיל כלורוידים, סולפטים, וממס חמצן.בנוסף, שמן גולמי, גז סויה (H2S), ו מעכבים כימיים נתקלו במערכות ייצור מציגים מינים תגובתיים מאוד. Sealants חייב להתנגד hydrolysis, חמצון, ונפיחות כאשר נחשפים סוכנים אלה.החוזק האנטוני הגבוה של מים גם מקדם קורוזיה גלונית ב-איטום לאטום כראוי, אם לא לחתוך כראוי את החוזק של אג"חן.
Thermal Extremes and Thermal Shock
ציוד תת-ימי יכול לעבור מקרקעית הקר (2-4 ° C) לטמפרטורות גבוהות של נוזלים המיוצרים (עד 150 מעלות צלזיוס) בתוך מספר דקות במהלך ההפעלה.הלם התרמי הזה יוצר התרחבות שונה בין החותאם לבין תת-התחמור, שעלול לגרום לדיכאון או סדק.לאטום מודרני חייב להציג טמפרטורה נמוכה של מעבר זכוכית (T) ו coefficient גבוה של התרחבות תרמית (C) עם שינויים מהירים כדי לשרוד את ה-C) עם שינויים מהירים.
עומסים דינמיים ויברציה
קווי צינור ומבנים תת-ימיים כפופים לתנודתיות המושרה של מערבטקס, פעולת גלים והשפעות מכניות של ROVs או חפצים שנפלו. Sealants חייב לספוג אנרגיה ללא fracturing ולשמור על חותם חזק תחת לחץ קבוע ומתחתים.זה דורש איזון זה של Modulus ו elongation; חומרים נוקשים מדי, בעוד חומרים נוקשים יותר מדי תחת לחץ.
האבולוציה של החותרים-יוון: מ-Elastomers ועד לפורמולות חכמות
חומרים מסורתיים ומגבלותיהם
במשך עשרות שנים, חסימת תת-ים נשענת על גומי טבעי, ניאופרין, ופוליאורתנים למטרות כלליות, בעוד חומרים אלה הציעו תכונות חותם ראשוניות טובות, הם ירדו קצרים תחת שילוב של תנאים בלחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה (HPHT) לסבול גומי טבעי מהזדקנות מהירה עקב זיהום אוזון וחשיפה UV (למרות ש-UV הוא פחות מאחסון תת-ימי, אוזון מקומי במהלך טיפול תרמילאמי הוא מחסור בדלק מוקדם של מים).
סיליקון קר-קר היו עוד בחירה נפוצה; הם מספקים סובלנות לטמפרטורה רחבה והרעלת נמוך, אבל כוח הדמעות הנמוך שלהם הופך אותם לבלתי מתאימים ליישומים דינמיים או לחצים שונים גבוהים.
שינוי לצ'מיסטים מתקדמים
בשנות ה-2000, תעשיית offshore החלה לאמץ מערכות פוליאורנטיות משניות עם סיליקון טרום-מפוארים שנקבעו עבור שירות מים עמוק. אלה סיפקו שיפור יציבות הידרוליטית וארוכה. באופן סימנטי, ביצועים גבוהים סיליקון ביצועים גבוהים (למשל, נוזל סיליקון, LSR) פותחו עם ממלאי חיזוק לשיפור כוח הדמעות האמיתי.
חידושים מרכזיים ב- Marine-Grade Sealant Technology
להקות פולימר מתקדמות
החותם המודרניים כבר אינם פשוטים או שניים-שותפים-שותפים; הם תערובת מתוחכמת של פולימרים, מלאי פונקציונליים, ותוספים תגובתיים המונדסים ברמה המולקולרית.
(FLT:0) פלואורופולמר-מתומנדרום-מתוממות פוליאורומנטליות (FLT:0) 1 הופיעו כמשתנה משחק.על ידי שילוב פלמנטים מסולקים לתוך עמוד השדרה הפולימרים, החותם האלה מפגינים התנגדות יוצאת דופן לפחמימנים, חומצות חזקות וטמפרטורות קיצוניות (פעולה רציפה עד 200 מעלות צלזיוס).
(FLT:0) פּוֹלְטְהַּה ופוליאספרטיות פורמולה (FLT) 1:1 זכו להפעלה עבור יישומים מהירים-curere, כגון תת-ימי שדה מפרקים. Polyureas לרפא בתוך שניות, אפילו בתנאים לחים קרים, המאפשרים חידוש מהיר של פעולות.עם זאת, המודולולים הגבוהים שלהם דורשים יישום זהיר כדי למנוע ריכוז בקו האג"ח.
(FLT:0) Hybrid פולימרים ממולאים (STP)Fua1LT:1 משלב את הדבקות של epoxies עם גמישות של סיליקון.הם הם לחות, ללא הפסק, וקשר באופן אמין הן פלדה וקונקרטיות ללא חותמת ראש.
(FLT:0)Epoxy-silicone interpenetrating רשתות פולימרים (IPNs)BuildFLT:1 מייצג גבול בחיתולים ביצועים גבוהים.רשתות אלה משלבות את ההתנגדות הכימית ואת המודעות של epoxies עם יציבות תרמית וגמישות דלת-טמפרטורה נמוכה של נתונים מעבדה ממחקרים האחרונים להראות כי מחסנים IPN לשמור על מעל 90% של כוחם ראשוני ב סיליקון או 350 מעלות צלזיוס בלבד לאחר ביצועים נמוכים של סיליקון.
NAטכנולוגיה-Enhanced Sealants
שילוב חלקיקים לתוך מזחלות חותם כבר אחד ההחידושים המשפיעים ביותר בעשור האחרון.יחס פני השטח הגבוה-שטח-שטח-נמוך של ננו-חומרים מאפשר שיפורים דרמטיים בתכונות מכניות בטענות נמוכות מאוד (בדרך כלל 1–5 wt%), ללא יעילות של תהליך.
(FLT:0)Silica ננו-חלקיקים (FLT:1) (fumed or colloidal silica) הם הננופילר הנפוץ ביותר.הם מחזקים את ממטריקס פולימר, הגדלת כוח ומודולוס תוך צמצום עמידות הגזים.זה קריטי עבור יישומים תת-ימיים שבו דיכוי גז מהיר (RGD) יכול לגרום לשחית נפץ.
(FLT:0)Carbon ננו-tubes (CNTs) וגרף ננופליפטה 1 לספק לא רק חיזוק מכני, אלא גם מוליכות חשמלית.זה מאפשר ל-Fitant לשרת כחלק ממערכת הגנה על קורוזיה - על ידי מתן נתיב מוליכים עבור זרמי הגנה קטוודיים, חתומים CNT-loaded יכול למנוע קריסת סינתטית בממשק של 2 דונם המכילה של פחמן חד-חמצני, אשר שמרה של 2, 000 שנה אחת, לאחר מוטציות המכילה של לחץ אחד, 000 של לחץ על ידי CNT, 000 של CNT, 000 מוטציות המכילה של CNT, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 מוטציות, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 של לחץ דם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0)NanoclaysFLT:1 (למשל, מונטמורלייט) לייצר נתיבים מובנים עבור diffusion, צמצום דרמטי של ספיגת מים ונפיחות. Sealants עם ננוקליות מחוסמות יכול להפחית את הלחות על ידי יותר מ -50%, ישירות כדי לתרום חיים ארוכים יותר.
(FLT:0Functionalized ננו-חלקיקים מ-NanoFIRLT:1) עם קבוצות משטח תגובתי יכול גם לפעול כמו crosslinkers, יצירת רשת מחוברת יותר הדוקה.לדוגמה, ננוסיקה עם פונקציונליות amine יכול להגיב עם epoxy resins כדי ליצור קשרים קוהנדסיים, הגדלת צפיפות חוצה קישורים ושיפור עמידות חום מעבר לזה ניתן להשיג עם סוכנים קונבנציונליים לבד.
⁇ ⁇
אחת ההתפתחויות המרגשות ביותר היא טכנולוגיה של השמדה עצמית – חומרים שיכולים לתקן באופן אוטונומי מיקרו-צריפים ונזק מקומי לפני שהם מעודדים להדלפות. עבור יישומים תת-ימיים, שבו בדיקה ותיקון הם יקרים מאוד ולעתים קרובות בלתי אפשריים מבלי להביא ציוד אל פני השטח, חותמים עצמיים מציעים שינוי פרדיגמטי באמינות.
(FLT:0Microcapsule מבוסס מערכות LT:1 ⁇ קפסולות זעירות (10-100 מיקרומטר) המכיל סוכן ריפוי (למשל, מונומר נוזלי או זרז) בתוך הממטריקס החותאם. כאשר סדק ruptures את הקפסולות, סוכן הריפוי שוחרר ופולימרמל על מגע עם זרז מפוזר או סביבתי.
(FLT:0) רשתות אנדרוביות (Vascular NetworkFLT:1) מחקות מערכות ביולוגיות על ידי שילוב סיבים חלולים או ערוצים מלאים סוכני ריפוי.כאשר סדק מנטרק ערוץ, הסוכן זורם לתוך מטוס הפצח.יש גישה זו ניתן לתכנן כדי לאפשר מחזורי ריפוי מרובים (אם המאגר מיוצר מחדש) עבור משחתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתתת, האתגר הוא לשלב סיבים ללא תכנות ראשונית של תפקודם של מערכות ללא תכנות של תפקודם של כלי רכב.
(FLT:0) תגובות עצמיות-healingsic-healingph1) מסתמכות על אג"ח כימיות בלתי הפיכות (למשל, תגובות דילס-אלדר, אג"ח מתפזרות, או רשתות מימן-מקודות) חומרים אלה יכולים לרפא שוב ושוב כי האג"ח יכול לשבור ורפורמה בתנאים מתאימים (טמפרטורה, pH, או אפילו אור).
המונחים: bio-based and Sustainable formulations
תקנות סביבתיות ומטרות קיימות תאגידיות מניעות את הפיתוח של נוטריאנטים שמקורם במשאבים מתחדשים, כגון שמן הקאסטר, שמן סויה, או פוליוללים מבוססי מינוף (Lignin) המבוססים על פוליאורתנים אלה יכולים להשיג ביצועים דומים לעמיתים בעלי נפט, עם היתרון הנוסף של טביעת רגל פחמן נמוכה והפחתה של רעילות במהלך הייצור.
מוצר חדש מיצרן גדול משתמש ב-פוליאורתטן בעל תוכן מבוסס 40% (גזרות שמן סטיות) העומדות בדרישות ה-AP 17F האחרונות להתאמה בכבלים תת-ימית.הוא מדגים יציבות הידרוליטית וגמישות דלת-טמפרטורה (-45 מעלות צלזיוס) המתאימה ליישומים תת-ימיים הארקטיים. בעוד שחתימות מבוססות-ביו מהוות כיום מחיר פרמיה, זרז ייצור ושיפור יעילות צפויות בתוך חמש שנים הקרובות.
בדיקות ביצועים ותעשייה Qualification
יש לאמת את החדשנות באמצעות בדיקות קפדניות ומתועשות לפני שניתן לפרוס ביישומים תת-ימיים קריטיים של המשימה.התעשייה מסתמכת על כמה סטנדרטים מרכזיים כדי להעמיס את חותמות השירות של HPHT.
API 17F / 17P / 17TR8
המכון האמריקאי לנפט (API) מספק הנחיות מקיפים לציוד תת-ימי, כולל הסמכה בעלת חותם (FLT:0)API 17FIRFLT:1 מכסה תת-ימיים וכבלים, המחייבים את החותם לעבור אופניים הידרוסטטיים (0 עד 200), רכיבה תרמית (ל +80 ° C), והזדקנות ממושכת במים בטמפרטורה מקסימלית: 17IF2 דורש טיפול פנימי עם יכולת טיפול משולב עם לחץ קצרי (V).
ASTM D4060 (Accelerated Aging)
בדיקות ההזדקנות המדורגות ב- autoclaves כי סימולציה של HPHT מי ים (למשל, 150 בר, 150 מעלות צלזיוס, עם O2 ו- H2S) משמשים למועמדים למסך מבחנים של ASTM D4060 Taber abrasion הם גם רלוונטיים עבור חותמות שנחשפו לנוזלים המיוצרים חול.
עמידות גז מהיר (RGD) Resistance
בדיקה לפי NACE TM0298 (כיום פורסם בשילוב עם ISO 23936) סימולציה של התפוצצות נפץ כאשר גז מחודד נמלט מן החותאם במהלך דיכוי פתאומי. Sealants מוערכים עבור סדק ו blistering לאחר חשיפה ל CO2 בלחץ גבוה או מתאן ואחריו venting מהיר.
בדיקות תחת לחץ
בדיקות של משיכת- off (ASTM D4541) ובדיקות לחיק-שבאר (ASTM D1002) מבוצעות על דגימות רוויות במי ים בלחץים המתאימים. שמירה על 80% לפחות לאחר 1,000 שעות של חשיפה היא מדד בתעשייה נפוצה.
יישום אמיתי בעולם בהנדסת צוללות
FlangesPeline Connectors and Flanges
מחברים שלסגסוגת פלדה סטטינים המשמשים צינורות מים עמוקים להסתמך על חותמות שיכולים לעמוד בכוחות ההרכבה במהלך חיבורים דק-ו-hinge. ננוקלי-reinforceed פוליאורתטן הם עכשיו סטנדרטיים בדור האחרון של מחברים אנכיים מדורגים ל 400.הם מספקים חותם חד-אט גז שניתן לבצע מחדש מספר פעמים ללא צורך החלפתם.
כבל וחיבור מערכת חסמי
אטומים של צוללת נושאים נוזל הידראולי, חשמל, וסיבים אופטיים אותות.ראשי הסיום ומרכזי ההפצה דורשים חותמות כי הן מתבודדות מבחינה חשמלית והן מסוגלות לאטום צינורות קוטר קטנים רבים. סילין-ארומה פולימר (STP) הפכו לחומר של בחירה עבור יישומים אלה בשל התקינות נמוכה שלהם ומצוינות גבוהה מאוד לתוספתן של צינורות חומצה תרמופלסטית וקומבטיה נירוסטה.
ROV Manipulator Arm Seals
כלי רכב המופעלים מרחוק (ROVs) בשימוש עבור תת-ימי התערבות דורשים זרועות מבוטות כי חותמות הידראוליות מחדירה מים ימיים.סיליקון- ו-פוליאורורה מבוססי חותמות משמשים במפרקים רוטאריים, ששרדו הן לחץ גבוה (300 בר) והן מחזורי מתפתל קיצוניים. חידושים אחרונים כוללים חותמות עצמיות עם גרפים או PTFEers כי להפחית חיכוך ולהפחית חיכוך.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «
ראשי תיבות בלחץ גבוה ועצי חג המולד חותמים את האנקול בין הצ'קוזי לבין החסות.טי מתכת לעתים קרובות מוגדלים עם אטמומריים עבור כניסה מחדש ובדיקת לחץ.איטום פוליאורתטן מבוסס ביולוגית הם כעת למשפט עבור יישומים אלה כדי להפחית את ההשפעה הסביבתית של פעולות נטישה היטב.
Offshore Renewable Energy: Tidal Turbines ו- Substations
מתקני אנרגיה מתחדשת של הנחתים, כגון טורבינות טיטאל ומשנה תת-ימי, מציגים אתגרים ייחודיים כי הם פועלים בעומק ביניים (30–100 מ') אבל חווים תנופה גבוהה וסיליקון עם סיליקון עם תוספי אנטי-מדבקות משמשים כדי לאטום חדירה כבלים וחיבורי בסיס עמוסים דינמי.
כיוונים עתידיים: חוזים חכמים ושילוב תאומים דיגיטלי
הגבול הבא של חותמות כיתה ימית הוא שילוב יכולות חיישן ותחזוקה חיזוי לתוך החומר עצמו.מחקר הוא על חותמות מוחרם עם מיקרו-רגישים שיכולים לזהות שינויים בטמפרטורה, לחץ, וקומפוזיציה כימית בממשק האג"ח.חיישנים אלה יכולים להעביר נתונים דרך כבל תת-ים או באמצעות טלמטרי אקוסטי, המאפשרים לפקח על בריאות בזמן אמת.
אזור מבטיח נוסף הוא פיתוח של חותמות המותאמים לייצור תוספים של רכיבים תת-ימיים. 3D-printed Gaskets עם ג'מטות פנימיות מורכבות יכול לספק התפלגות מתח אופטימיזציה וערוצי הפחתת עצמי מוטבעת. גישה זו יכולה לאפשר הדבקה מהירה של חותמות מותאם אישית עבור ציוד מורשת ללא עובש יקר.
לבסוף, הכלכלה המעגלית דוחפת לאתמים שניתן למחזר או לעבד אותם במלואם בסוף החיים.התאימות המrmoset קשה לשמצה למחזר, אבל רשתות דינמיות חדשות (וויזרים) מאפשרות עיבוד חום תוך שמירה על תכונות מחוסכות. Vitrimer מבוסס פוליאורטנס הוכחו במבחנים מעבדה, השגת 100% מיחזור באמצעות ביצועים חמים ב-180 מעלות צלזיוס, אם לא ניתן היה לחסל את הביצועים של החלפתם של חומרים אלה.
מסקנה
החותם של כיתה מארינטי התפתחו מתתגים פשוטים של elastomeric לחומרים מתוחכמים ורב-תפקודיים המונדסים ב-Nanoscale. Advanced Polysea, ננוטכנולוגיה חיזוק, יכולות של הסתמכות עצמית, ונוסחאות מבוססות-ביו מספקות כעת את האמינות הדרושה לרכיבים עמידים יותר של מערכות הגנה עצמית, אך לא קיבולת הפעלה אקטיבית יותר, אלא גם עבור מערכות הפעלה מתוחכמות-ת-תות-אוויריות-אוויריות מתקדמות.