Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin huoltosovelluksiin

Käytämme evästeitä parantaaksemme käyttökokemustasi. Jatkamalla tämän sivuston selaamista hyväksyt evästeiden käytön. Lisää tietoa.
Tiukalla palvelulla ei ole virallista määritelmää. Se voidaan ymmärtää käyttöolosuhteiksi, joissa venttiilin vaihtokustannukset ovat korkeat tai prosessointikapasiteetti pienenee.
Maailmanlaajuinen tarve vähentää prosessin tuotantokustannuksia on kaikkien huonoissa palveluoloissa mukana olevien sektoreiden kannattavuuden parantamiseksi. Ne vaihtelevat öljystä, kaasusta ja petrokemian tuotteista ydinenergiaan ja sähköntuotantoon, mineraalien käsittelyyn ja kaivostoimintaan.
Suunnittelijat ja insinöörit yrittävät saavuttaa tämän tavoitteen eri tavoin. Sopivin tapa on lisätä käytettävyyttä ja tehokkuutta ohjaamalla tehokkaasti prosessiparametreja (kuten tehokas sammutus ja optimoitu virtauksen ohjaus).
Turvallisuuden optimoinnilla on myös tärkeä rooli, koska vaihtojen vähentäminen voi johtaa turvallisempaan tuotantoympäristöön. Lisäksi yhtiö pyrkii minimoimaan laitevaraston, mukaan lukien pumput ja venttiilit, sekä tarvittavan hävittämisen. Samaan aikaan kiinteistönomistajat odottavat valtavaa muutosta omaisuudessaan. Tämän seurauksena lisääntynyt käsittelykapasiteetti johtaa vähemmän putkia ja laitteita (mutta suurempi halkaisija) ja vähemmän instrumentteja samalle tuotevirralle.
Tämä osoittaa, että sen lisäksi, että järjestelmän yksittäisen komponentin on oltava suurempi leveämmän putken halkaisijaa varten, sen on myös kestettävä pitkäaikainen altistuminen ankarille ympäristöille, jotta käytönaikainen huolto- ja vaihtotarve vähenee.
Komponenttien, mukaan lukien venttiilit ja venttiilipallot, on oltava kestäviä, jotta ne sopivat vaadittuun sovellukseen, mutta ne voivat myös tarjota pidemmän käyttöiän. Suurin ongelma useimmissa sovelluksissa on kuitenkin se, että metalliosat ovat saavuttaneet suorituskykynsä rajan. Tämä osoittaa, että suunnittelijat voivat löytää vaihtoehtoja ei-metallisille materiaaleille, erityisesti keraamisille materiaaleille, vaativiin huoltosovelluksiin.
Tyypillisiä parametreja, joita vaaditaan komponenttien käyttämiseksi vaikeissa käyttöolosuhteissa, ovat lämpöiskun kestävyys, korroosionkestävyys, väsymiskestävyys, kovuus, lujuus ja sitkeys.
Kestävyys on keskeinen parametri, koska vähemmän kimmoisat komponentit voivat epäonnistua katastrofaalisesti. Keraamisten materiaalien sitkeys määritellään kestävyyksinä halkeamien leviämistä vastaan. Joissakin tapauksissa se voidaan mitata sisennysmenetelmällä, mikä johtaa keinotekoisesti korkeisiin arvoihin. Yksipuolisen viiltosäteen käyttö voi tuottaa tarkat mittaukset.
Lujuus liittyy sitkeyteen, mutta viittaa yksittäiseen pisteeseen, jossa materiaali epäonnistuu katastrofaalisesti, kun siihen kohdistetaan jännitystä. Sitä kutsutaan yleisesti "murtomoduuliksi", ja se mitataan suorittamalla kolmen tai neljän pisteen taivutuslujuusmittaus testisauvalla. Kolmen pisteen testi antaa arvon, joka on 1 % korkeampi kuin neljän pisteen testi.
Vaikka kovuutta voidaan mitata useilla asteikoilla, mukaan lukien Rockwell ja Vickers, Vickersin mikrokovuusasteikko sopii erittäin hyvin edistyneille keraamisille materiaaleille. Kovuus on suoraan verrannollinen materiaalin kulutuskestävyyteen.
Syklisesti toimivassa venttiilissä väsymys on suuri ongelma venttiilin jatkuvan avautumisen ja sulkeutumisen vuoksi. Väsymys on lujuuskynnys, jonka ylittyessä materiaali usein pettää normaalin taivutuslujuutensa alapuolelle.
Korroosionkestävyys riippuu käyttöympäristöstä ja materiaalia sisältävästä väliaineesta. Tällä alalla monilla kehittyneillä keraamisilla materiaaleilla on etuja metalleihin verrattuna, paitsi "hydroterminen hajoaminen", joka tapahtuu, kun jotkin zirkoniumoksidipohjaiset materiaalit altistuvat korkean lämpötilan höyrylle.
Lämpöshokki vaikuttaa osan geometriaan, lämpölaajenemiskertoimeen, lämmönjohtavuuteen, sitkeyteen ja lujuuteen. Tämä on alue, jolla on korkea lämmönjohtavuus ja sitkeys, joten metalliosat voivat toimia tehokkaasti. Keraamisten materiaalien edistysaskeleet tarjoavat kuitenkin nyt hyväksyttävän lämpösokinkestävyyden.
Edistynyttä keramiikkaa on käytetty useiden vuosien ajan, ja ne ovat suosittuja luotettavuusinsinöörien, laitosinsinöörien ja venttiilisuunnittelijoiden keskuudessa, jotka vaativat korkeaa suorituskykyä ja arvoa. Sovelluskohtaisten vaatimusten mukaan on olemassa erilaisia ​​yksittäisiä formulaatioita, jotka soveltuvat useille eri aloille. Neljällä kehittyneellä keramiikalla on kuitenkin suuri merkitys vaativien huoltoventtiilien alalla. Niihin kuuluvat piikarbidi (SiC), piinitridi (Si3N4), alumiinioksidi ja zirkoniumoksidi. Venttiilin ja venttiilipallon materiaalit valitaan sovelluskohtaisten vaatimusten mukaan.
Venttiileissä käytetään kahta päämuotoa zirkoniumoksidista, joilla molemmilla on sama lämpölaajenemis- ja jäykkyyskerroin kuin teräksellä. Magnesiumoksidilla osittain stabiloidulla zirkoniumoksidilla (Mg-PSZ) on korkein lämpöiskun kestävyys ja sitkeys, kun taas tetragonaalinen yttriumoksidin monikiteinen zirkoniumoksidi (Y-TZP) on kovempaa ja vahvempaa, mutta se on herkkä hydrotermiselle hajoamiselle.
Piinitridillä (Si3N4) on erilaisia ​​formulaatioita. Kaasupainesintrattu piinitridi (GPPSN) on yleisimmin käytetty materiaali venttiileissä ja venttiilikomponenteissa. Keskimääräisen sitkeydensä lisäksi se tarjoaa myös korkean kovuuden ja lujuuden, erinomaisen lämpöiskun kestävyyden ja lämpöstabiilisuuden. Lisäksi Si3N4 on sopiva korvike zirkoniumoksidille korkean lämpötilan höyryssä hydrotermisen hajoamisen estämiseksi.
Kun budjetti on tiukka, suunnittelija voi valita piikarbidin tai alumiinioksidin. Molemmilla materiaaleilla on korkea kovuus, mutta ne eivät ole kovempia kuin zirkoniumoksidi tai piinitridi. Tämä osoittaa, että materiaali soveltuu erittäin hyvin staattisiin komponenttisovelluksiin, kuten venttiilien vuorauksiin ja venttiilien istukkaisiin, pikemminkin kuin venttiilipalloihin tai -levyihin, joihin kohdistuu suurempi rasitus.
Verrattuna ankarissa huoltoventtiilisovelluksissa käytettyihin metallimateriaaleihin (mukaan lukien ferrokromi (CrFe), volframikarbidi, Hastelloy ja Stellite), kehittyneillä keraamisilla materiaaleilla on pienempi sitkeys ja samanlainen lujuus.
Vakavissa huoltokohteissa käytetään pyöriviä venttiileitä, kuten läppäventtiilejä, nivelventtiilejä, kelluvia palloventtiilejä ja jousiventtiilejä. Tällaisissa sovelluksissa Si3N4:llä ja zirkoniumoksidilla on lämpöiskun kestävyys, sitkeys ja lujuus sopeutua vaativimpiin ympäristöihin. Materiaalin kovuudesta ja korroosionkestävyydestä johtuen osien käyttöikä pitenee useaan kertaan verrattuna metalliosien käyttöikään. Muita etuja ovat venttiilin suorituskykyominaisuudet sen elinkaaren aikana, erityisesti alueilla, joilla se säilyttää sulkeutumiskykynsä ja säädönsä.
Tämä osoitettiin sovelluksessa, jossa 65 mm:n (2,6 tuuman) venttiilin kynar/RTFE-pallo ja vuoraus altistettiin 98-prosenttiselle rikkihapolle ja ilmeniitille, joka muuttuu titaanioksidipigmentiksi. Välineiden syövyttävä luonne tarkoittaa, että nämä komponentit voivat kestää jopa kuusi viikkoa. Kuitenkin Nilcran valmistaman palloventtiilin verhoilun käyttö!" (Kuva 1), joka on patentoitu magnesiumoksidilla osittain stabiloitu zirkoniumoksidi (Mg-PSZ), on kovuudeltaan ja korroosionkestävyydeltään erinomainen ja se voi tarjota kolmen vuoden keskeytymättömän palvelun ilman havaittavia kuluminen.
Lineaarisissa venttiileissä, mukaan lukien kulmaventtiilit, kuristusventtiilit tai maapalloventtiilit, zirkoniumoksidi ja piinitridi sopivat venttiilin tulpille ja venttiilin istukkaille näiden tuotteiden "kova istukka" -ominaisuuksien ansiosta. Samoin alumiinioksidia voidaan käyttää joissakin tiivisteissä ja häkeissä. Yhdistämällä hiomakuulia venttiilin istukkaan voidaan saavuttaa korkea tiivistysaste.
Venttiilin vuorauksessa, mukaan lukien venttiilin ydin, tulo- ja ulostuloaukko tai venttiilirungon vuoraus, mitä tahansa neljästä pääkeraamisesta materiaalista voidaan käyttää sovellusvaatimusten mukaan. Materiaalin korkea kovuus ja korroosionkestävyys osoittautui hyödylliseksi tuotteen suorituskyvyn ja käyttöiän kannalta.
Otetaan esimerkkinä Australian bauksiittijalostamolla käytetty läppäventtiili DN150. Väliaineen korkea piidioksidipitoisuus kuluttaa venttiilin vuorausta huomattavasti. Aluksi käytetyt tiivisteet ja levyt on valmistettu 28-prosenttisesta CrFe-seoksesta ja kestävät vain kahdeksasta kymmeneen viikkoa. Nilcra!"-zirkoniasta valmistetuilla venttiileillä (kuva 2) käyttöikä on kuitenkin pidentynyt 70 viikkoon.
Sitkeydensä ja lujuutensa ansiosta keramiikka toimii hyvin useimmissa venttiilisovelluksissa. Kuitenkin niiden kovuus ja korroosionkestävyys auttavat pidentämään venttiilin käyttöikää. Tämä puolestaan ​​vähentää koko elinkaaren kustannuksia vähentämällä varaosien seisokkeja, vähentämällä käyttöpääomaa ja varastoa, minimaalista käsinkäsittelyä ja parantamalla turvallisuutta vähentämällä vuotoja.
Keraamisten materiaalien käyttö korkeapaineventtiileissä on ollut pitkään yksi tärkeimmistä huolenaiheista, koska näihin venttiileihin kohdistuu suuria aksiaalisia tai vääntökuormia. Tämän alan suuret toimijat kehittävät kuitenkin nyt venttiilipallomalleja parantaakseen käyttömomentin kestävyyttä.
Toinen suuri rajoitus on mittakaava. Osittain stabiloidulla magnesiumoksidizirkoniumoksidilla valmistetun suurimman venttiilin istukan ja suurimman venttiilipallon (kuva 3) koko on DN500 ja DN250. Useimmat määrittelijät kuitenkin suosivat tällä hetkellä tämän kokoisia keraamisia komponentteja.
Vaikka keraaminen materiaali on nyt osoittautunut sopivaksi valinnaksi, on silti joitain yksinkertaisia ​​ohjeita noudatettava sen suorituskyvyn maksimoimiseksi. Keraamisia materiaaleja tulisi käyttää vain ensin, kun kustannukset on pidettävä mahdollisimman pieninä. Teräviä kulmia ja stressin keskittymistä tulee välttää sekä sisällä että ulkona.
Kaikki mahdolliset lämpölaajenemishäiriöt on otettava huomioon suunnitteluvaiheessa. Keraamiset materiaalit on säilytettävä ulkopuolella, ei sisällä, jotta renkaan jännitys vähenee. Lopuksi geometristen toleranssien ja pinnan viimeistelyn tarve on harkittava huolellisesti, koska ne lisäävät merkittävästi tarpeettomia kustannuksia.
Noudattamalla näitä ohjeita ja parhaita käytäntöjä materiaalien valinnassa ja koordinoimalla toimittajien kanssa projektin alusta lähtien on mahdollista saavuttaa ihanteellinen ratkaisu jokaiseen vaativaan palvelusovellukseen.
Nämä tiedot ovat peräisin Morgan Advanced Materialsin toimittamasta materiaalista, ja ne on tarkistettu ja mukautettu.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28. marraskuuta). Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin huoltosovelluksiin. AZoM. Haettu osoitteesta https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 7. joulukuuta 2021.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin". AZoM. 7. joulukuuta 2021. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Käytetty 7. joulukuuta 2021).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin. AZoM, katsottu 7. joulukuuta 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
AZoM ja professori Guihua Yu Texasin yliopistosta Austinista keskustelivat uudentyyppisestä hydrogeelilevystä, joka voi muuttaa saastuneen veden nopeasti puhtaaksi juomavedeksi. Tällä uudella prosessilla voi olla suuri vaikutus maailmanlaajuisen vesipulan lievittämiseen.
Tässä haastattelussa AZoM ja Jurgen Schawe METTLER TOLEDOsta puhuivat nopeasta skannaussirun kalorimetriasta ja sen erilaisista sovelluksista.
AZoM keskusteli professori Oren Schermanin kanssa hänen tutkimuksestaan ​​uudentyyppisestä hydrogeelistä, jolla voidaan saavuttaa äärimmäinen puristuvuus korkeassa paineessa.
StructureScan Mini XT on täydellinen työkalu betonin skannaukseen; se tunnistaa tarkasti ja nopeasti metallisten ja ei-metallisten esineiden syvyyden ja sijainnin betonissa.
Miniflex XpC on röntgendiffraktometri (XRD), joka on suunniteltu laadunvalvontaan sementtitehtaissa ja muissa toiminnoissa, jotka edellyttävät online-prosessin ohjausta (kuten lääkkeet ja akut).
Raman Building Block 1064 koostuu seuraavista tarvittavista komponenteista: spektrometri, 1064 nm laser, näytteenottosondi ja muut valinnaiset lisävarusteet.