哈爾濱樂普實業發展中心 李友清

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水處理用環氧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。玻璃鋼材料具有優異的耐腐蝕性能及衛生性能，同時制品可設計性強、尺寸精度穩定、表面質量高，目前國際上反滲透水處理用壓力容器以玻璃鋼類為主，各種大型及重點工程幾乎全部采用玻璃鋼壓力容器。
環氧玻璃鋼材料在纖維方向的拉伸疲勞性能比金屬好。環氧玻璃鋼材料的疲勞強度為抗拉強度的60～90%，而金屬的疲勞強度只為30～50%。金屬材料疲勞裂紋出現后，很快引起災難性的破壞，而沒有明顯的預兆。環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，擴展到結合面，損傷逐漸累積，直至嚴重分層才導致破壞，環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工作壓力作用，在長期作用下會逐漸產生疲勞，直至整體破壞。玻璃鋼產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。反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器在給定循環應力和試驗條件下由開始加載到臨界設計壓力所經受的應力循環數稱為疲勞壽命，玻璃鋼壓力容器的疲勞壽命應與反滲透水處理裝置設計壽命相當。目前，國內應用的反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器雖以進口為主，但是國產品也呈現出了良好的發展勢頭。為了規范反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器的生產，我國規定了行業標準，即JC692-1998《反滲透水處理裝置用玻璃纖維增強塑料壓力殼體》。標準中對產品的外觀、尺寸要求、材質性能、水壓爆破壓力等內容進行了規定，這些技術指標等效采用了美國ASME標準。因當時考慮到國內整體技術水平，對產品的疲勞性能沒有做出相應規定。
在美國ASME標準中對反滲透水處理裝置用玻璃鋼壓力容器的疲勞壽命規定為105次，而一些進口產品稱可達到疲勞壽命為2.5×105次。為了對國內領先水平的玻璃鋼壓力容器的疲勞性能進行評價，我公司以ROPV系列反滲透水處理裝置用環氧玻璃鋼壓力容器為研究對象，對其疲勞性能進行了測試分析。依據美國ASME標準規定的條件，將隨機取樣的ROPV系列環氧玻璃鋼壓力容器進行了疲勞壽命測試。其中海水淡化型的R2540C100E-1W試件采用了美國ASME標準規定的105次疲勞指標，通用性的R8040C30S-1W試件采用了高于進口產品宣傳的2.8×10次疲勞指標。兩試件經過疲勞試驗后，宏觀上均未發生變化，也未出現液體滲漏現象，說明ROPV系列環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、軸向變形測量及體積膨脹量都很小，說明試件在工作壓力下具有穩定的剛性，有助于其疲勞性能。
試件1經過10次疲勞后，爆破壓力達到43MPa，即6.23倍的工作壓力，可確認試件1的疲勞壽命大于10次；試件2經過2.8×10次疲勞后，爆破壓力達到13.5MPa，即6.42倍的工作壓力，可確認試件2的疲勞壽命大于2.8×10次。綜上所述，ROPV系列環氧玻璃鋼壓力容器具有很好的抗疲勞性能，具有國內領先水平。