液态二氧化碳（LCO2）运输船-06 风险与应对（RGD损伤）

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LCO2风险与应对-RGD损伤

何为RGD（rapid gas decompression）损伤？其指承压设备内部压力快速降低，导致渗入弹性材料的介质膨胀或者汽化以致爆破，产生的机械损伤。聚合物，特别是弹性材料，对RGD造成的机械损伤非常敏感。

以上二风景图由在海外的船厂 师兄拍摄

聚合物材料，包括弹性材料和塑料，大量应用在石油和天然气行业。通常弹性材料用于密封中，承受系统压力的同时保持系统完整性。聚合物另一个重要的用途是制作运输软管，这类软管通常有金属或者纤维作为结构加强，并应用在装卸货系统中。

当聚合物接触液体时，如果两者化学相容，聚合物会吸收液体并膨胀。这是因为任何聚合物在分子链之间都含有一些空间，材料与液体接触时，如果液体的分子或原子足够小，则材料有可能吸收该流体。当材料的这些空间被填满时，随后的分子运动会使邻近的聚合物分子链移开，以让这些被吸收的液体分子体积增加，即膨胀。这个过程将在分子周围创造更多的自由空间，直到达到平衡条件。膨胀的程度将取决于液体的溶解度及其与聚合物的接近程度以及过程发生时的温度，对聚合物的性能有重要意义。

如果此时压力降低，材料内部就不再处于平衡状态，材料内的液体介质就会通过扩散和蒸发的方式逸出。当这个介质如果是液态CO2时，液态CO2会很快相变为气体或/和固体。如果这个过程较慢（压力下降较低），那么液体在成核位置形成小气泡，如果该气体可以通过扩散从大块聚合物中逸出，这不会造成材料的损伤。然而，如果压力下降太快，气体不能顺利扩散，气泡超过临界尺寸，就会发生不可逆的损伤。

例图

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石油化工行业对RGD有比较多的认识，API，NORSOK等行业标准也有关于RGD的测试标准，但是没有考虑介质是低温液态CO₂的情况。

要应对RDG损伤的风险，就需要知道影响RGD的因素。影响RGD的因素有：温度，压力，材料，介质相容性，接触面，压力下降速度，重复次数等。

温度：RGD损伤的风险随着温度的升高而增加，因为所有弹性体在高温下都会失去强度。

压力：RGD损伤的风险在50 bar (725 psi)以上变得非常严重，并且随着压力的增加而增加。较高的压力会导致弹性体中的气体与周围环境之间的压力差更大。

但是需要特别注意的是：温度与压力条件和选择的LCO₂运输状态有关，不是一个可以简单或者随意调整的参数。

材料：弹性体材料应根据其抗RGD水平进行测试和评分，评估弹性体在严酷的测试条件下损伤程度。在选择有RGD风险的弹性体密封之前，任何测试的结果都应该进行审查。专用的HNBR[1], FKM[2], FFKM[3]和Aflas[4]化合物可以经优化抗RGD损伤。为了达到抗RGD的性能，弹性体通常需要采用更硬的等级和高分子量。

介质特性：LCO2对弹性体材料有比一般介质更强的相容性，因此更容易产生RGD。另外LCO2中的杂质（如H2S）也会损伤材料，加强RGD的效果。

接触面：接触面积越大，RDG越明显，密封填料的使用会影响这一因素。

压力下降速度：减压速率越高，RGD损坏的可能性就会大大增加。被困在材料中的气体需要时间才能从弹性体中逸出，而较慢的减压速率可以在较低的压差下获得更多的时间，降低RGD的影响。这是可以通过操作优化的因素。

重复次数：反复加压然后快速降压，可能会放大RGD的效果。当系统压力波动时，例如当阀门打开或关闭时，RGD可能产生，随着每一次循环，对弹性体造成的损害越来越大，最终导致材料失效。这是也是可以通过操作优化的因素。

[1] 氢化丁腈橡胶

[2] 氟橡胶

[3] 全氟橡胶

[4] 四丙氟橡胶