Усъвършенствани керамични материали за тежки приложения

Няма официално определение на услугата. Може да се счита, че се отнася до високата цена за подмяна на клапана или работните условия, които намаляват капацитета за обработка. Глобалната необходимост от намаляване на производствените разходи на процеса, за да се подобри рентабилността на всички сектори, участващи в тежки условия на обслужване. Те варират от нефт и газ, нефтохимикали до ядрена енергия и производство на електроенергия, обработка на минерали и добив. Дизайнерите и инженерите се опитват да постигнат тази цел по различни начини. Най-подходящият метод е да се увеличи времето за работа и ефективността чрез ефективно контролиране на параметрите на процеса (като ефективно спиране и оптимизиран контрол на потока). Оптимизирането на безопасността също играе жизненоважна роля, тъй като намаляването на броя на замените може да доведе до по-безопасна производствена среда. В допълнение, компанията работи за намаляване на оборудването (включително помпи и клапани) и необходимото изхвърляне. В същото време собствениците на обекти очакват огромен оборот от своите активи. Следователно увеличеният капацитет за обработка ще доведе до по-малко (но с по-голям диаметър) тръби и оборудване и по-малко инструменти за един и същи продуктов поток. Това показва, че в допълнение към необходимостта от използване на по-големи индивидуални компоненти на системата за по-широки диаметри на тръбите, също така е необходимо да се издържи продължително излагане на тежки среди, за да се намалят изискванията за поддръжка и подмяна по време на експлоатация. Компонентите, включително клапани и сферични клапани, трябва да бъдат здрави, за да отговарят на желаното приложение, но те също могат да удължат живота си. Въпреки това, основният проблем с повечето приложения е, че металните части са достигнали своите граници на производителност. Това показва, че дизайнерите могат да намерят алтернативи на неметалните материали във взискателни приложения, особено керамичните материали. Типичните параметри, необходими за работа на компоненти при тежки условия, включват устойчивост на термичен шок, устойчивост на корозия, устойчивост на умора, твърдост, здравина и издръжливост. Устойчивостта е ключов параметър, тъй като компонентите, които са по-малко издръжливи, могат да се повредят катастрофално. Издръжливостта на керамичните материали се определя като устойчивост на разпространение на пукнатини. В някои случаи може да се измери чрез метода на вдлъбнатина, за да се получи изкуствено висока стойност. Използването на лъч с едностранен разрез може да осигури точни резултати от измерването. Силата е свързана с издръжливостта, но се отнася до една точка, където материалът е катастрофално повреден, когато се приложи напрежение. Той обикновено се нарича "модул на разкъсване" и се получава чрез измерване на триточковата или четириточковата якост на огъване върху тестов прът. Стойността на триточковия тест е с 1% по-висока от стойността на четириточковия тест. Въпреки че много скали, включително тестер за твърдост по Рокуел и тестер за твърдост по Викерс, могат да се използват за измерване на твърдостта, скалата за микротвърдост на Викерс е много подходяща за усъвършенствани керамични материали. Твърдостта се променя пропорционално на устойчивостта на износване на материала. При клапаните, работещи по цикличен начин, умората е основната грижа поради непрекъснатото отваряне и затваряне на клапана. Умората е прагът на силата. Отвъд този праг, материалът има тенденция да се проваля под нормалната си якост на огъване. Устойчивостта на корозия зависи от работната среда и средата, съдържаща материала. В допълнение към „хидротермалното разграждане“, много напреднали керамични материали превъзхождат металите в тази област и определени материали на базата на цирконий ще претърпят „хидротермално разграждане“, след като бъдат изложени на пара с висока температура. Геометрията, коефициентът на топлинно разширение, топлопроводимостта, издръжливостта и здравината на компонентите се влияят от термичния шок. Тази зона е благоприятна за висока топлопроводимост и издръжливост, така че металните компоненти могат да функционират ефективно. Въпреки това напредъкът в керамичните материали сега осигурява приемливи нива на устойчивост на термичен удар. Усъвършенстваната керамика се използва от много години и е популярна сред инженерите по надеждността, инсталационните инженери и дизайнерите на вентили, които изискват висока производителност и висока стойност. Според специфичните изисквания за приложение, той е подходящ за различни формулировки в различни индустрии. Въпреки това, четири усъвършенствани керамики са от голямо значение в областта на строгата поддръжка на вентили, включително силициев карбид (SiC), силициев нитрид (Si3N4), алуминиев оксид и цирконий. Материалите на вентила и топката на клапана са избрани според специфичните изисквания за приложение. Вентилът използва две основни форми на цирконий, които имат същия коефициент на топлинно разширение и твърдост като стоманата. Частично стабилизираният с магнезиев оксид цирконий (Mg-PSZ) има най-високата устойчивост на термичен шок и якост, докато итриевият тетрагонален циркониев поликристален (Y-TZP) е по-твърд, но е податлив на хидротермално разграждане. Силициевият нитрид (Si3N4) има различни формулировки. Спеченият под налягане силициев нитрид (GPPSN) е най-често използваният материал за клапани и компоненти на клапани. В допълнение към средната си издръжливост, той също има висока твърдост и здравина, отлична устойчивост на термичен удар и термична стабилност. В допълнение, в среди с висока температура, Si3N4 може да замени циркония, за да предотврати хидротермалното разграждане. При по-строг бюджет концентраторът може да избира между SiC или алуминиев оксид. И двата материала имат висока твърдост, но не са по-твърди от циркония или силициевия нитрид. Това показва, че материалът е много подходящ за приложения на статични компоненти, като облицовки на клапани и легла на клапани, а не за сферични клапани или дискове, които са подложени на по-голямо напрежение. В сравнение с металните материали, използвани във взискателни приложения на вентили (включително ферохром (CrFe), волфрамов карбид, хастелой и стелит), усъвършенстваните керамични материали имат по-ниска издръжливост и подобна якост. Взискателните сервизни приложения включват използването на въртящи се вентили, като дроселови клапи, цапфи, плаващи сферични кранове и пружини. В такива приложения Si3N4 и цирконий имат устойчивост на термичен удар, издръжливост и здравина и могат да се адаптират към най-взискателните среди. Поради твърдостта и устойчивостта на корозия на материала, експлоатационният живот на компонента е няколко пъти по-дълъг от този на металния компонент. Други предимства включват работни характеристики през целия живот на вентила, особено в области, където се поддържат възможностите за прекъсване и контрол. Това беше демонстрирано в случай на 65 mm (2,6 инча) вентил kynar/RTFE топка и облицовка, изложени на 98% сярна киселина плюс илменит, като илменитът се превръща в пигмент от титанов оксид. Корозивният характер на носителите означава, че животът на тези компоненти може да бъде до шест седмици. Въпреки това, използването на сферична облицовка на клапана (патентован магнезиев оксид, частично стабилизиран цирконий (Mg-PSZ)), произведен от Nilcra™ (Фигура 1), има отлична твърдост и устойчивост на корозия и се предоставя за три години. Периодично обслужване, без видимо износване. В линейните вентили (включително ъглови вентили, дроселни клапани или сферични вентили), поради характеристиките на "твърдото седло" на тези продукти, циркониевият диоксид и силициевият нитрид са подходящи както за тапи на клапани, така и за легла на клапани. По подобен начин алуминиевият оксид може да се използва в определени облицовки и клетки. Чрез съвпадащата топка на пръстена на седалката може да се постигне висока степен на уплътнение. За сърцевината на клапана, включително макара, вход и изход или втулка на корпуса на клапана, всеки един от четирите основни керамични материала може да се използва според изискванията на приложението. Високата твърдост и устойчивост на корозия на материала се оказаха полезни по отношение на производителността и експлоатационния живот на продукта. Да вземем за пример дроселната клапа DN150, използвана в австралийската бокситна рафинерия. Високото съдържание на силициев диоксид в средата причинява високи нива на износване на втулките на клапаните. Обшивката и дискът на клапана, използвани първоначално, бяха направени от 28% CrFe сплав и издържаха само осем до десет седмици. Въпреки това, поради въвеждането на клапани, направени от Nilcra™ цирконий (Фигура 2), експлоатационният живот е увеличен до 70 седмици. Благодарение на своята издръжливост и здравина, керамиката работи добре в повечето приложения с вентили. Въпреки това, тяхната твърдост и устойчивост на корозия спомагат за удължаване на живота на вентила. На свой ред, това намалява разходите за целия жизнен цикъл чрез намаляване на времето за престой за резервни части, намален оборотен капитал и инвентар, минимално ръчно боравене и подобрена безопасност чрез намалени течове. Дълго време приложението на керамични материали във вентилите за високо налягане е едно от основните притеснения, тъй като тези клапани са подложени на големи аксиални или усукващи натоварвания. Основните играчи в тази област обаче разработват дизайни на сферични клапани, които подобряват устойчивостта на въртящия момент на задействане. Другото основно ограничение е размерът. Размерът на най-голямото седло на клапана и най-голямата топка на клапана (Фигура 3), произведени от частично стабилизиран с магнезий цирконий, са съответно DN500 и DN250. Повечето настоящи спецификатори обаче предпочитат да използват керамика, за да направят части, чиито размери не надвишават тези размери. Въпреки че вече е доказано, че керамичните материали са подходящ избор, все още има някои прости насоки, които трябва да се следват, за да се постигне максимална ефективност. Керамичните материали трябва да се използват първо само ако има нужда от намаляване на разходите. Както вътре, така и отвън трябва да се избягват остри ъгли и концентрация на стрес. Всяко потенциално несъответствие на топлинното разширение трябва да се вземе предвид по време на фазата на проектиране. За да се намали напрежението на обръча, е необходимо керамиката да се държи отвън, а не отвътре. И накрая, трябва внимателно да се обмисли необходимостта от геометрични допуски и повърхностна обработка, тъй като тези допуски могат значително да увеличат ненужните разходи. Следвайки тези насоки и най-добри практики при избора на материали и координирането с доставчиците от началото на проекта, може да се постигне идеално решение за всяко взискателно приложение за услуга. Тази информация е получена, прегледана и адаптирана от материали, предоставени от Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-техническа керамика. (28 ноември 2019 г.). Усъвършенствани керамични материали, подходящи за сериозни сервизни приложения. AZoM. Извлечено от https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 на 26 май 2021 г. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Усъвършенствани керамични материали за сериозни сервизни приложения“. AZoM. 26 май 2021 г. Morgan Advanced Materials-техническа керамика. „Усъвършенствани керамични материали за сериозни сервизни приложения“. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Достъп на 26 май 2021 г.). Morgan Advanced Materials-техническа керамика. 2019. Усъвършенствани керамични материали, подходящи за сериозни сервизни приложения. AZoM, прегледан на 26 май 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM разговаря с доцентите Арда Гозен, Джордж и Джоан Бери от Вашингтонския държавен университет. Arda е част от екип от множество институции, посветени на създаването на скелета от инженерни тъкани чрез имитиране на характеристиките на човешките тъкани. В това интервю AZoM разговаря с д-р Тим Нъни и д-р Адам Бушел от Thermo Fisher Scientific за системата за повърхностен анализ Nexsa G2. В това интервю AZoM и д-р Хуан Аранеда, ръководител на отдела по приложна химия на Nanalysis, говориха за нарастващата употреба и полезност на ЯМР и как да помогнат за анализа на литиеви отлагания. Спектрометърът с тлеещ разряд GDS850 на Leco може да се използва за анализ на различни металургични материали. Той също така осигурява количествено профилиране на дълбочината на материала. Той има обхват от 120-800 nm и е универсален. Центровете за струговане от серия Hardinge® T и центровете за струговане от серия SUPER-PRECISION® T са признати лидери на пазара в приложенията за свръхпрецизно и трудно струговане. Ние използваме бисквитки, за да подобрим вашето изживяване. Продължавайки да разглеждате този уебсайт, вие се съгласявате с използването на бисквитки от наша страна. Повече информация.