哈尔滨乐普实业发展中心 李友清

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水处理用环氧FRP压力容器的疲劳性能分析


压力容器是反渗透水处理装置中的重要部件之一，压力容器根据所用的材料划分为玻璃钢类、不锈钢类以及工程类等。玻璃钢材料具有优异的耐腐蚀性能及卫生性能，同时制品可设计性强、尺寸精度稳定、表面质量高，目前国际上反渗透水处理用压力容器以玻璃钢类为主，各种大型及重点工程几乎全部采用玻璃钢压力容器。
环氧玻璃钢材料在纤维方向的拉伸疲劳性能比金属好。环氧玻璃钢材料的疲劳强度为抗拉强度的60～90%，而金属的疲劳强度只为30～50%。金属材料疲劳裂纹出现后，很快引起灾难性的破坏，而没有明显的预兆。环氧玻璃钢材材料在疲劳过程中，裂纹先在纤维或基体薄弱处出现，扩展到结合面，损伤逐渐累积，直至严重分层才导致破坏，环氧玻璃钢具有较好的损伤容限和疲劳寿命。
反渗透水处理装置用玻璃钢压力容器承受循环工作压力作用，在长期作用下会逐渐产生疲劳，直至整体破坏。玻璃钢产品疲劳性能用疲劳寿命来衡量，是玻璃钢制品的主要性能指标。反渗透水处理装置用玻璃钢压力容器在给定循环应力和试验条件下由开始加载到临界设计压力所经受的应力循环数称为疲劳寿命，玻璃钢压力容器的疲劳寿命应与反渗透水处理装置设计寿命相当。目前，国内应用的反渗透水处理装置用玻璃钢压力容器虽以进口为主，但是国产品也呈现出了良好的发展势头。为了规范反渗透水处理装置用玻璃钢压力容器的生产，我国规定了行业标准，即JC692-1998《反渗透水处理装置用玻璃纤维增强塑料压力壳体》。标准中对产品的外观、尺寸要求、材质性能、水压爆破压力等内容进行了规定，这些技术指标等效采用了美国ASME标准。因当时考虑到国内整体技术水平，对产品的疲劳性能没有做出相应规定。
在美国ASME标准中对反渗透水处理装置用玻璃钢压力容器的疲劳寿命规定为105次，而一些进口产品称可达到疲劳寿命为2.5×105次。为了对国内领先水平的玻璃钢压力容器的疲劳性能进行评价，我公司以ROPV系列反渗透水处理装置用环氧玻璃钢压力容器为研究对象，对其疲劳性能进行了测试分析。依据美国ASME标准规定的条件，将随机取样的ROPV系列环氧玻璃钢压力容器进行了疲劳寿命测试。其中海水淡化型的R2540C100E-1W试件采用了美国ASME标准规定的105次疲劳指标，通用性的R8040C30S-1W试件采用了高于进口产品宣传的2.8×10次疲劳指标。两试件经过疲劳试验后，宏观上均未发生变化，也未出现液体渗漏现象，说明ROPV系列环氧玻璃钢压力容器具有很高的疲劳性能。试件在工作压力下的周向变形量、轴向变形测量及体积膨胀量都很小，说明试件在工作压力下具有稳定的刚性，有助于其疲劳性能。
试件1经过10次疲劳后，爆破压力达到43MPa，即6.23倍的工作压力，可确认试件1的疲劳寿命大于10次；试件2经过2.8×10次疲劳后，爆破压力达到13.5MPa，即6.42倍的工作压力，可确认试件2的疲劳寿命大于2.8×10次。综上所述，ROPV系列环氧玻璃钢压力容器具有很好的抗疲劳性能，具有国内领先水平。