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評價(jià)酸性氣體環(huán)境中彈性材料的標準試驗方法NACE TM0187-2011(中文翻譯版)

NACE TM0187-2011

評價(jià)酸性氣體環(huán)境中彈性材料的標準試驗方法(僅供參考)

 

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修訂2011-06-18

重申2003-09-12

重申1998-03-24

修訂1992-04-01

批準1987-01-01

美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )

South Creek大道1440

德克薩斯州 休斯頓77084-4906

+1281-228-6200

ISBN 1-57590-056-4

@2011,NACE國際

 

前言

本標準試驗方法準備用作評估彈性材料過(guò)程中的工具,該材料用于油田和遇到酸性氣體環(huán)境的其他與能源有關(guān)的領(lǐng)域。這是一種加速老化程序,類(lèi)似于ASTM1D4711,并提供了在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行酸性環(huán)境試驗的附加信息。它適用于任何在酸性氣體環(huán)境中使用彈性材料的研究。通過(guò)使用規定的試驗條件,可以比較使用本試驗方法的獨立實(shí)驗室的數據。

已知沒(méi)有技術(shù)組織發(fā)布過(guò)可比的標準試驗方法。該方法可用于硫化橡膠的研究和開(kāi)發(fā)。

本標準最初于1987年制定,1992年由工作組(TGT-1G-17修訂,該工作組是T-1G委員會(huì )油田用保護涂層、彈性體和其他非金屬材料的組成部分。1998年和2003年再次確認,2011年由TG 411修訂,根據需要對NACE標準TM0187-2003進(jìn)行審查和修訂。本標準由NACE國際在特定技術(shù)組(STG33“石油和天然氣生產(chǎn)非金屬和耐磨涂層(金屬)的支持下發(fā)布。

NACE標準中,術(shù)語(yǔ)應、必須、應該和可以按照NACE出版物樣式手冊中這些術(shù)語(yǔ)的定義使用。這些術(shù)語(yǔ)應且必須用于說(shuō)明要求,并被視為強制性的。這個(gè)詞應該用來(lái)說(shuō)明一些好的東西,是被推薦的,但不被認為是強制性的。may這個(gè)詞用來(lái)表示一些被認為是可選的東西。

 

美國腐蝕工程師協(xié)會(huì )

評價(jià)酸性氣體環(huán)境中彈性材料的標準試驗方法

目錄

1、概述………………………………………………………………………1

2、定義………………………………………………………………………1

3、試劑………………………………………………………………………1

4、試驗介質(zhì)…………………………………………………………………2

5、試驗條件…………………………………………………………………2

6、試樣………………………………………………………………………3

7、試驗設備…………………………………………………………………3

8、試驗程序…………………………………………………………………4

9、試驗結果報告……………………………………………………………7

參考文獻………………………………………………………………………8

附錄A:處理H2S毒性的安全考慮(非強制性)…………………………9

 

1、概述

1.1本標準建立了一種試驗方法,以測量彈性材料在高壓下承受氣相酸性氣體環(huán)境(如含硫化氫[H2S]的氣態(tài)碳氫化合物)靜態(tài)暴露的能力。本試驗方法不是設計為浸沒(méi)試驗或功能試驗。其設計用于測試標準O型圈或從標準板上切下的彈性硫化膠試樣(見(jiàn)ASTM D31822)。本試驗方法不適用于多孔橡膠或多孔材料的試驗。

1.2本標準推薦了試樣制備程序、使用的試驗設備、應遵循的試驗程序和試驗結果報告。本標準還討論了試驗條件、試驗介質(zhì)和試劑??傊?,本標準規定了在含有H2S、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、水蒸氣和碳氫化合物蒸氣的氣體環(huán)境影響下暴露試樣的溫度、暴露時(shí)間和壓力條件。通過(guò)監測物理和機械性能(即質(zhì)量、體積、壓縮永久變形、硬度、拉伸強度、極限延伸率和模量)的變化,以及暴露于選定試驗介質(zhì)后的外觀(guān)變化來(lái)確定結果。

1.3鑒于使用條件的廣泛性,本試驗方法僅作為初始材料評估的一種方法,不打算提供與使用性能的任何直接關(guān)系。沒(méi)有試圖或暗示建立任何通過(guò)/不通過(guò)標準的材料測試的方法。彈性材料性能的變化表明其對特定環(huán)境的耐受性。本試驗方法應僅被視為在特定試驗條件下材料電阻的測量。試驗結果不一定與使用性能有任何直接關(guān)系。試驗結果的重要性應僅由各實(shí)驗室為其特定應用確定。本試驗方法的精密度以及實(shí)驗室內和實(shí)驗室間的再現性尚未確定。使用此方法測試的試樣在性能上可能不同,在測試誤差范圍內可能相同。本試驗方法的使用者應確定使用本試驗方法所得數據的統計顯著(zhù)性。

1.4安全注意事項:H2S是一種劇毒氣體,必須小心處理。關(guān)于該氣體的安全考慮和毒性信息,見(jiàn)附錄A(非強制性)。

 

2、定義

2.1 ASTM D15663提供了本標準中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)的定義。

 

3、試劑

3.1試劑純度

3.1.1氣體(H2S、CO2、CH4)應為試劑級或化學(xué)純(最低純度99.5%)。用于吹掃(從試驗環(huán)境中除去氧氣)的氮氣或其他惰性氣體應為高純度、無(wú)氧等級(即小于5ppm氧氣)。

3.1.2烴類(lèi)液體(正己烷、正辛烷、正癸烷和甲苯)應為試劑級。

3.1.3對于IV型試劑水,水應符合ASTM D11934的要求。不得使用自來(lái)水。

 

4、試驗介質(zhì)

4.1通常需要評估彈性材料在使用中暴露于的特定環(huán)境中的性能。然而,為了提供評估彈性材料性能的依據,用戶(hù)應選擇4.2.1中規定的最適合待測彈性材料和預期使用條件的氣相成分之一。使用中觀(guān)察到的彈性材料性能在很大程度上取決于使用環(huán)境的特殊物理性質(zhì)和化學(xué)成分。水、碳氫化合物和/或氣體成分的任何變化都會(huì )顯著(zhù)改變試驗結果。

4.2測試環(huán)境

4.2.1氣相的成分應為以下之一:

4.2.1.1 20±2 vol%H2S,5±1 vol%CO2,75±3 vol%CH4。

4.2.1.2 5±1 vol%H2S,20±2 vol%CO2,75±3 vol%CH4。

4.2.2烴液相組成如下:

碳氫化合物  體積百分比Vol%

......

 

5、試驗條件

5.1試驗溫度

5.1.1用戶(hù)應選擇以下其中一種溫度,該溫度最適合測試的彈性材料和預期的使用條件。

5.1.1.1 100℃212℉

5.1.1.2 150℃302℉

5.1.1.3 175℃347℉

5.1.2選定的試驗溫度應保持在±3±5℉)范圍內。

5.2試驗壓力

5.2.1在環(huán)境溫度下,試驗容器中的初始壓力應為6.9±0.7 MPa1000±100 psig)。

5.2.2實(shí)際試驗壓力應為包含選定試驗環(huán)境的試驗容器加熱至選定試驗溫度時(shí)所獲得的壓力。

5.3試驗暴露期

......

 

6、試樣

6.1試樣的選擇通常受到可用材料的尺寸和形狀的限制。試樣的幾何形狀、橫截面積和方向會(huì )影響試驗結果,必須進(jìn)行記錄。

6.2標準O型圈試樣

6.2.1標準試樣應為內徑(ID)為37.47 mm1.475 in)和橫截面直徑為5.33 mm0.210 in)的O型圈。這對應于標準的SAE2AS5685-325 O型圈。

2國際汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )(SAE),地址:400 Commonwealth Dr.,Warrendale,PA 15096-0001。

6.3對于不能以O型圈形式進(jìn)行試驗的材料,應將試樣從標準板(見(jiàn)ASTM D3182)上切下,制備成以下尺寸:

6.3.1用于測量質(zhì)量和體積變化的片狀試樣應為25×51×2.0±0.2 mm1.0×2.0×0.080±0.008 in)。

......

 

7、試驗設備

7.1試驗容器

7.1.1許多類(lèi)型的試驗容器可用于將彈性材料暴露在H2S環(huán)境中。因此,本節的討論旨在強調安全可靠試驗所必需的試驗設備的特性。

7.1.2試驗容器應能在試驗開(kāi)始前進(jìn)行吹掃以清除氧氣,并在試驗暴露期間保持加壓試驗環(huán)境。

7.1.3試驗容器的尺寸應確保試驗容器體積與試樣總體積之比大于251。本要求旨在標準化試驗介質(zhì)中各種成分的消耗率。

7.1.4試驗的一個(gè)重要考慮因素是試驗介質(zhì)與試驗容器結構所用材料的相互作用。對于涉及H2S的試驗,試驗容器必須能夠承受試驗介質(zhì)的腐蝕質(zhì)量損失和環(huán)境開(kāi)裂。

7.1.4.1試驗容器應對試驗介質(zhì)、試樣和潛在試樣分解產(chǎn)物不起作用。在H2S測試中,選擇能最大限度地減少腐蝕(腐蝕會(huì )消耗測試介質(zhì)的成分并污染測試介質(zhì))的材料是很重要的。此外,除了一般的質(zhì)量損失腐蝕外,局部腐蝕(即點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕)還可能導致壓力密封能力的意外損失或失效。

7.1.4.2當選定的試驗環(huán)境加熱至選定的試驗溫度(見(jiàn)5.2)時(shí),試驗容器應設計為在所獲得的試驗壓力下連續運行,且在含H2S的環(huán)境中不出現環(huán)境開(kāi)裂。(參考NACE MR0175/ISO 151567,了解有助于選擇材料的信息。)也應咨詢(xún)高壓滅菌器、閥門(mén)和配件的制造商,以獲取有關(guān)正確選擇試驗容器材料的更多信息。

7.2試驗夾具

......

 

8、試驗程序

8.1本標準中的試驗程序規定了壓縮永久變形的測定,以及試樣暴露于試驗介質(zhì)后質(zhì)量和/或體積、拉伸性能(拉伸強度、極限延伸率和模量)和硬度變化的測定。暴露試驗順序詳見(jiàn)8.7。

8.1.1每次試驗應僅限于評估一種彈性材料化合物。不同化合物在一起測試時(shí)可能發(fā)生相互作用,必須避免這種情況。

8.2試樣制備

8.2.1試驗前,應在22±272±4℉)的溫度和50±5%的相對濕度下使試樣平衡至少24h。

8.2.2平衡后應測量并記錄每個(gè)標準O型圈試樣的橫截面直徑和每個(gè)平板試樣的厚度和橫截面面積。如8.3所述,這可以準確確定暴露后的體積變化。

8.3質(zhì)量和體積的變化

8.3.1必須對單個(gè)化合物的至少3個(gè)試樣進(jìn)行試驗。

8.3.2測試前,必須在空氣(M1)和蒸餾水或去離子水(M3)中對每個(gè)試樣進(jìn)行稱(chēng)重,精確至1mg。

8.3.3暴露于試驗介質(zhì)并回到環(huán)境條件后,必須在空氣(M2)和蒸餾水或去離子水(M4)中對每個(gè)試樣重新稱(chēng)重,精確至1mg。

8.3.4應使用方程式(1)計算質(zhì)量變化(△M)。

image.png//                           (1)

8.3.5應使用方程式(2)計算體積變化(△V)。

image.png//                       (2)

8.3.6如果測定體積變化的水置換法不令人滿(mǎn)意,可在暴露于試驗介質(zhì)之前和之后使用適當的測定公式計算體積變化。

8.4拉伸性能的變化

8.4.1彈性材料的拉伸性能應根據ASTM D1414ASTM D412確定。

8.4.2測量的性能應為25%、50%100%伸長(cháng)率下的抗拉強度、極限伸長(cháng)率和模量(如適用)。

8.4.3原始拉伸性能應使用暴露試驗所用同一批次的3個(gè)試樣測定。

8.4.4應將單個(gè)化合物的至少3個(gè)試樣暴露在試驗介質(zhì)中,以確定試驗介質(zhì)對拉伸性能的影響。

8.4.5暴露于試驗介質(zhì)并返回環(huán)境條件后,應使用計算中試樣的原始未暴露厚度或橫截面積在空氣中對每個(gè)試樣進(jìn)行試驗。

8.4.6應測定從初始值到暴露于試驗介質(zhì)引起的拉伸性能變化。應按拉伸變動(dòng)百分比報告變動(dòng)情況。

8.5硬度變化

8.5.1硬度應根據ASTM D141510ASTM D224011測定。(注:在使用標準SAE AS568-325 O型圈試樣進(jìn)行本試驗時(shí),放棄ASTM尺寸要求,以允許在肖氏硬度計中報告硬度。)

8.5.2初始硬度和暴露后的硬度可在用于測定拉伸性能的試樣上測量。但是,應在測量硬度之前進(jìn)行拉伸性能試驗,以便硬度測量引起的任何表面缺陷不會(huì )影響拉伸試驗結果。

8.6壓縮永久變形

8.6.1壓縮永久變形應根據ASTM D1414ASTM D395(方法B)確定。

8.6.2暴露在試驗介質(zhì)中時(shí),應對O型圈試樣進(jìn)行剖切或切割,并對壓縮永久變形夾具進(jìn)行通風(fēng)。此通風(fēng)孔是為了防止空氣進(jìn)入O型圈。

8.6.3應在暴露于試驗介質(zhì)的同時(shí),對單個(gè)化合物的至少3個(gè)試樣進(jìn)行試驗。

8.6.4每個(gè)試樣的壓縮永久變形應在暴露于試驗介質(zhì)并返回到環(huán)境條件下后測定。

8.7暴露試驗順序

8.7.1為測定質(zhì)量、體積、拉伸性能和/或硬度變化而測量和稱(chēng)重的試樣應與壓縮永久變形試樣和夾具一起放置在試驗容器中。應按照7.2.1的要求,將每個(gè)試樣支撐在試驗容器內。

8.7.2試驗容器應充滿(mǎn)相當于試驗容器體積5%的預混碳氫液相(4.2.2中規定)。然后,應充入相當于試驗容器體積5%的水量(3.1.3中規定)。這些液體應以不接觸試樣的方式放入和移出試驗容器。

8.7.3然后用氮氣或其他惰性氣體(3.1.1中規定)密封和吹掃試驗容器。吹掃應通過(guò)向試驗容器充入340~690 kPa50~100 psig)惰性氣體,然后將試驗容器排氣至大氣壓來(lái)完成。該增壓/排氣循環(huán)應進(jìn)行3次,以從試驗容器中除去大部分氧氣。

8.7.4應使用4.2.1中規定的選定含H2S氣體環(huán)境對試驗容器進(jìn)行加壓。在環(huán)境溫度下,初始增壓水平應為6.9±0.7 MPa1000±100 psig)。

8.7.4.1當使用氣體增強器或泵時(shí),氣體可能分離。只有混合氣瓶壓力或混合氣體的分壓法才能達到規定的初始試驗容器壓力。

8.7.5試驗容器應在4h內加熱至選定的試驗溫度。當試驗容器溫度穩定在試驗溫度時(shí),應記錄實(shí)際試驗壓力。

8.7.6在整個(gè)試驗暴露期間,試驗容器應保持在試驗溫度和試驗壓力下。

8.7.7試驗容器的減壓應在規定的試驗暴露期結束時(shí)開(kāi)始,同時(shí)保持試驗溫度。

8.7.8試驗容器中的氣體壓力必須緩慢釋放,以防止損壞試樣,并允許適當處理從試驗容器中排出的H2S??梢允褂靡韵聝煞N替代技術(shù)之一來(lái)完成此慢速排氣。

8.7.8.1以不超過(guò)140 kPa/min20 pisg/min)的恒定速率釋放氣體壓力。

8.7.8.2690 kPa100 psig)的增量逐步釋放氣體壓力。壓力應在兩個(gè)增量之間保持至少5分鐘,以允許試樣脫氣。

8.7.9減壓后,必須在6h內將試驗容器冷卻至最高38100℉)。

8.7.10在打開(kāi)試驗容器取出試樣之前,應使用氮氣或其他惰性氣體對冷卻后的試驗容器進(jìn)行吹掃,以去除剩余的H2S。

......


9、試驗結果報告

9.1試驗報告應說(shuō)明試驗是根據NACE標準進(jìn)行的。應報告以下內容:

9.1.1制造商提供的試樣的批號、制造商、聚合物類(lèi)型、化合物編號和硫化日期;

9.1.2使用的試樣類(lèi)型;

9.1.3試驗暴露期的日期;

9.1.4試驗介質(zhì)組成;

9.1.5試驗溫度;

9.1.6試驗壓力;

9.1.7試驗暴露時(shí)間;

9.1.8試驗室在試驗暴露期的溫度;

9.1.9其他有關(guān)觀(guān)測記錄資料;

......

 

附錄A

處理H2S毒性的安全考慮

(非強制性)

本附錄被認為是非強制性的,盡管它可能包含強制性語(yǔ)言。其目的只是提供補充信息或指導。本標準的用戶(hù)無(wú)需遵守,但可以選擇遵守本標準的任何或所有規定。

 

H2S可能比其他任何單一化學(xué)物質(zhì)造成更多工業(yè)中毒事故。其中一些事故是致命的。H2S必須小心處理,使用它的任何實(shí)驗都必須仔細計劃。美國職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)規定,8小時(shí)工作日內空氣中H2S的最大允許濃度為百萬(wàn)分(ppm)之二十,遠遠高于氣味可檢測到的水平。然而,嗅神經(jīng)在暴露2~15分鐘后會(huì )因氣味而變得麻木,這取決于濃度,因此氣味并不是一個(gè)完全可靠的報警系統。

簡(jiǎn)而言之,以下是人類(lèi)對不同濃度H2S的一些生理反應。長(cháng)期暴露在150~200 ppm的濃度范圍內可能導致肺水腫。在這個(gè)濃度范圍內,惡心、胃痛、打嗝、咳嗽、頭痛、頭暈和起泡都是中毒的癥狀。這種亞急性暴露很可能導致肺部并發(fā)癥,如肺炎。500 ppm時(shí),可能在15分鐘內發(fā)生昏迷,30分鐘內死亡。濃度超過(guò)1000 ppm時(shí),一次吸入可導致瞬間昏迷、完全呼吸衰竭、心臟驟停和死亡。

有關(guān)H2S毒性的其他信息,可從化學(xué)安全數據表SD-3613和工業(yè)材料的危險特性14中獲得。

 

火災和暴露危險

H2S是一種易燃氣體,產(chǎn)生有毒的二氧化硫(SO2)作為燃燒產(chǎn)物。此外,它在空氣中的爆炸極限在4%46%之間。應采取適當的預防措施,防止這些危險的產(chǎn)生。

 

試驗期間的安全程序

所有試驗應在通風(fēng)良好的通風(fēng)罩內進(jìn)行,以排出所有H2S。試驗期間的H2S流速應保持在較低水平,以盡量減少排放量??墒褂糜糜谖諒U氣的10%苛性堿溶液,以進(jìn)一步減少H2S氣體的排放量。這種腐蝕性溶液需要定期補充。如果H2S流量中斷,應采取措施防止腐蝕性溶液回流到試驗容器中。使用H2S時(shí),應使用合適的安全設備。

由于下游壓力經(jīng)常隨著(zhù)腐蝕產(chǎn)物、碎屑等的積聚而上升,并在低流量下干擾調節,因此應特別注意壓力調節器的輸出壓力。氣瓶應牢固固定,防止氣缸蓋傾翻和破裂。由于H2S在鋼瓶中呈液態(tài),必須經(jīng)常檢查高壓表,因為最后一種液體蒸發(fā)后經(jīng)過(guò)的時(shí)間相對較少,壓力從1.7 MPa250 psi)降至大氣壓。因為調節器控制可能變得不穩定,氣缸應在達到0.5~0.7 MPa75~100 psi)時(shí)更換。在不關(guān)閉閥門(mén)或斷開(kāi)試驗容器上的管道的情況下,不允許流量停止,因為試驗溶液會(huì )繼續吸收H2S并向上游移動(dòng)到流線(xiàn)、調節器甚至鋼瓶中。如果閥門(mén)工作正常,管路中的止回閥應能防止故障。但是,如果發(fā)生此類(lèi)事故,應盡快安全地排出剩余的H2S,并通知制造商,以便對氣缸給予特別注意。

 

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