Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz

Cookie-kat használunk az élmény fokozása érdekében. A weboldal böngészésének folytatásával beleegyezik a cookie-k használatába. Több információ.
A szigorú szolgálatnak nincs hivatalos meghatározása. Olyan üzemi körülményekként értelmezhető, ahol a szelepcsere költsége magas, vagy a feldolgozási kapacitás csökken.
Globális igény mutatkozik a folyamatgyártás költségeinek csökkentésére annak érdekében, hogy a rossz szolgáltatási körülmények között érintett ágazatok jövedelmezősége növekedjen. Ezek az olaj-, gáz- és petrolkémiai termékektől az atomenergiáig és az energiatermelésig, az ásványfeldolgozásig és a bányászatig terjednek.
A tervezők és a mérnökök különböző módokon próbálják elérni ezt a célt. A legmegfelelőbb módszer az üzemidő és a hatékonyság növelése a folyamatparaméterek hatékony szabályozásával (például hatékony leállítás és optimalizált áramlásszabályozás).
A biztonsági optimalizálás is létfontosságú szerepet játszik, mert a csere csökkentése biztonságosabb termelési környezethez vezethet. Ezen túlmenően a vállalat azon dolgozik, hogy minimalizálja a berendezések készletét, beleértve a szivattyúkat és szelepeket, valamint a szükséges ártalmatlanítást. A létesítménytulajdonosok ugyanakkor hatalmas elmozdulásra számítanak eszközeikben. Ennek eredményeként a megnövekedett feldolgozási kapacitás kevesebb csövet és berendezést (de nagyobb átmérőt) és kevesebb műszert eredményez ugyanahhoz a termékfolyamhoz.
Ez azt jelzi, hogy amellett, hogy nagyobb csőátmérőhöz nagyobbnak kell lennie, egy rendszerelemnek ki kell bírnia a zord környezetnek való hosszan tartó kitettséget is, hogy csökkentse az üzem közbeni karbantartás és csere szükségességét.
Az alkatrészeknek, beleértve a szelepeket és a szelepgolyókat, robusztusnak kell lenniük, hogy megfeleljenek a kívánt alkalmazásnak, de hosszabb élettartamot is biztosíthatnak. A legtöbb alkalmazásnál azonban a fő probléma az, hogy a fém alkatrészek elérik teljesítményük határát. Ez azt jelzi, hogy a tervezők találhatnak alternatívákat a nem fémes anyagok, különösen a kerámia anyagok helyett az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz.
Az alkatrészek súlyos üzemi körülmények között történő működéséhez szükséges jellemző paraméterek közé tartozik a hősokkállóság, a korrózióállóság, a fáradtságállóság, a keménység, a szilárdság és a szívósság.
A rugalmasság kulcsfontosságú paraméter, mivel a kevésbé ellenálló alkatrészek katasztrofálisan meghibásodhatnak. A kerámia anyagok szívósságát a repedések terjedésével szembeni ellenállásként határozzák meg. Egyes esetekben behúzásos módszerrel mérhető, ami mesterségesen magas értékeket eredményez. Az egyoldali bemetsző gerenda használata pontos mérést biztosít.
A szilárdság a szívóssághoz kapcsolódik, de arra az egyetlen pontra vonatkozik, ahol az anyag katasztrofálisan meghibásodik, amikor feszültséget alkalmaznak. Általában „szakadási modulusnak” nevezik, és hárompontos vagy négypontos hajlítószilárdságméréssel mérik egy tesztrúdon. A hárompontos teszt 1%-kal magasabb értéket ad, mint a négypontos teszt.
Bár a keménység különféle skálákkal mérhető, beleértve a Rockwell és a Vickers skálákat, a Vickers mikrokeménységi skála nagyon alkalmas fejlett kerámia anyagokhoz. A keménység egyenesen arányos az anyag kopásállóságával.
A ciklikus módszerrel működő szelepben a szelep folyamatos nyitása és zárása miatti fáradás okozza a fő problémát. A kifáradás az a szilárdsági küszöb, amelyen túl az anyag gyakran a normál hajlítószilárdsága alá csökken.
A korrózióállóság a működési környezettől és az anyagot tartalmazó közegtől függ. Ezen a területen sok fejlett kerámiaanyagnak van előnye a fémekkel szemben, kivéve a „hidrotermikus lebomlást”, amely akkor következik be, amikor egyes cirkónium-oxid alapú anyagokat magas hőmérsékletű gőzhatásnak tesznek ki.
A hősokk befolyásolja az alkatrész geometriáját, a hőtágulási együtthatót, a hővezető képességet, a szívósságot és a szilárdságot. Ez egy olyan terület, ahol nagy a hővezető képesség és a szívósság, így a fém alkatrészek hatékonyan működhetnek. A kerámiaanyagok fejlődése azonban már elfogadható szintű hősokkállóságot biztosít.
A fejlett kerámiákat évek óta használják, és népszerűek a megbízhatósági mérnökök, üzemmérnökök és szeleptervezők körében, akik nagy teljesítményt és értéket igényelnek. A speciális alkalmazási követelményeknek megfelelően az iparágak széles skálájához különböző egyedi készítmények állnak rendelkezésre. Négy fejlett kerámia azonban nagy jelentőséggel bír a súlyos szervizszelepek területén. Ezek közé tartozik a szilícium-karbid (SiC), a szilícium-nitrid (Si3N4), az alumínium-oxid és a cirkónium-oxid. A szelep és a szelepgolyó anyagait az egyedi alkalmazási követelményeknek megfelelően választják ki.
A cirkónium-oxid két fő formáját használják a szelepekben, mindkettő ugyanolyan hőtágulási együtthatóval és merevséggel rendelkezik, mint az acélé. A magnézium-oxiddal részben stabilizált cirkónia (Mg-PSZ) rendelkezik a legnagyobb hősokkállósággal és -szívóssággal, míg az ittrium-oxid tetragonális cirkónium-oxid polikristályos (Y-TZP) keményebb és erősebb, de érzékeny a hidrotermikus lebomlásra.
A szilícium-nitrid (Si3N4) különböző összetételű. A gáznyomású szinterezett szilícium-nitrid (GPPSN) a szelepek és szelepalkatrészek leggyakrabban használt anyaga. Átlagos szívóssága mellett nagy keménységet és szilárdságot, kiváló hősokkállóságot és hőstabilitást is biztosít. Ezenkívül a Si3N4 a cirkónium megfelelő helyettesítője magas hőmérsékletű gőzkörnyezetben, hogy megakadályozza a hidrotermikus lebomlást.
Ha szűkös a költségvetés, a tervező választhat szilícium-karbidot vagy alumínium-oxidot. Mindkét anyag nagy keménységű, de nem keményebb, mint a cirkónium-oxid vagy a szilícium-nitrid. Ez azt mutatja, hogy az anyag nagyon alkalmas statikus alkatrész-alkalmazásokhoz, például szelepbetétekhez és szelepülékekhez, nem pedig szelepgolyókhoz vagy tárcsákhoz, amelyek nagyobb igénybevételnek vannak kitéve.
A durva szervizszelep-alkalmazásokban használt fémanyagokhoz képest (beleértve a ferrokrómot (CrFe), a volfrámkarbidot, a Hastelloy-t és a Stellite-t), a fejlett kerámia anyagok szívóssága és szilárdsága kisebb.
A súlyos szervizelési alkalmazásokhoz forgószelepek, például pillangószelepek, csonkok, úszógolyós szelepek és rugós szelepek tartoznak. Az ilyen alkalmazásokban a Si3N4 és a cirkónium-oxid hősokkállóságot, szívósságot és szilárdságot mutat, hogy alkalmazkodjon a legigényesebb környezetekhez. Az anyag keménysége és korrózióállósága miatt az alkatrészek élettartama többszörösére nő, mint a fém alkatrészeké. További előnyök közé tartozik a szelep teljesítményjellemzői élettartama során, különösen azokon a területeken, ahol megtartja záróképességét és szabályozását.
Ezt egy olyan alkalmazásban mutatták be, ahol egy 65 mm-es (2,6 hüvelykes) szelepes kynar/RTFE golyót és bélést 98%-os kénsavnak és ilmenitnek tettek ki, amely titán-oxid pigmentté alakul. A közeg korrozív jellege miatt ezek az alkatrészek akár hat hétig is eltarthatnak. Azonban a Nilcra által gyártott golyósszelep-betét használata (1. ábra), amely egy szabadalmaztatott magnézium-oxiddal részlegesen stabilizált cirkónium-oxid (Mg-PSZ), kiváló keménységgel és korrózióállósággal rendelkezik, és három év megszakítás nélküli szolgáltatást tud nyújtani, anélkül, hogy kimutatható lenne. elhasználódás.
A lineáris szelepekben, beleértve a sarokszelepeket, a fojtószelepeket vagy a gömbszelepeket, a cirkónium-oxid és a szilícium-nitrid alkalmas szelepdugókhoz és szelepülékekhez, e termékek „keményülés” jellemzőinek köszönhetően. Hasonlóképpen, az alumínium-oxid használható egyes tömítésekhez és ketrecekhez. A szelepüléken lévő csiszológolyók egymáshoz illesztésével nagyfokú tömítés érhető el.
Szelepbetéthez, beleértve a szelepmagot, a bemeneti és kimeneti nyílást vagy a szelepház bélést, a négy fő kerámiaanyag bármelyike ​​használható az alkalmazási követelményeknek megfelelően. Az anyag nagy keménysége és korrózióállósága előnyösnek bizonyult a termék teljesítménye és élettartama szempontjából.
Vegyük például az ausztrál bauxitfinomítóban használt DN150 pillangószelepet. A közegben lévő magas szilícium-dioxid-tartalom magas szintű kopást biztosít a szelepbetéten. Az eredetileg használt tömítések és tárcsák 28%-os CrFe ötvözetből készülnek, és csak nyolc-tíz hétig bírják. A Nilcra!" cirkóniából készült szelepekkel (2. ábra) azonban az élettartam 70 hétre nőtt.
Szívósságának és szilárdságának köszönhetően a kerámia a legtöbb szelepalkalmazásban jól működik. Azonban a keménységük és a korrózióállóságuk növeli a szelep élettartamát. Ez pedig csökkenti a teljes életciklus költségeit azáltal, hogy csökkenti a cserealkatrészek leállási idejét, csökkenti a forgótőkét és a készletet, minimális a kézi kezelés, és javítja a biztonságot a szivárgás csökkentésével.
Hosszú ideig a kerámia anyagok nagynyomású szelepekben való alkalmazása volt az egyik fő probléma, mivel ezek a szelepek nagy axiális vagy torziós terhelésnek vannak kitéve. Azonban ezen a területen a főbb szereplők most olyan szelepgolyó-konstrukciókat fejlesztenek, amelyek javítják a hajtónyomaték túlélését.
A másik fő korlát a méretarány. A részlegesen stabilizált magnézium-cirkónium-oxiddal előállított legnagyobb szelepülék és legnagyobb szelepgolyó (3. ábra) mérete DN500, illetve DN250. A legtöbb gyártó azonban jelenleg az ilyen méretű kerámia alkatrészeket részesíti előnyben.
Noha a kerámiaanyag mára megfelelő választásnak bizonyult, még mindig néhány egyszerű irányelvet kell követni a teljesítmény maximalizálása érdekében. Kerámia anyagokat csak akkor szabad először használni, ha a költségeket minimálisra kell csökkenteni. Kerülni kell az éles sarkokat és a stresszkoncentrációt belül és kívül egyaránt.
Minden lehetséges hőtágulási eltérést figyelembe kell venni a tervezési szakaszban. A karikafeszültség csökkentése érdekében a kerámiát kívül kell tartani, nem belül. Végül a geometriai tűrések és a felületkezelés szükségességét alaposan meg kell fontolni, mivel ezek jelentősen megnövelik a szükségtelen költségeket.
Ezen irányelvek és bevált gyakorlatok követésével az anyagok kiválasztásához és a beszállítókkal való koordinációhoz a projekt kezdetétől fogva ideális megoldás érhető el minden nehéz szolgáltatási alkalmazáshoz.
Ezek az információk a Morgan Advanced Materials által biztosított anyagokból származnak, és áttekintették és adaptálták.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019. november 28.). Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM. Letöltve: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 2021. december 7-én.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Korszerű kerámia anyagok az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz”. AZoM. 2021. december 7. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Korszerű kerámia anyagok az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Hozzáférés: 2021. december 7.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Fejlett kerámia anyagok igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM, megtekintve 2021. december 7-én, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Az AZoM és Guihua Yu professzor, az austini Texasi Egyetem munkatársa egy új típusú hidrogél lapról tárgyalt, amely gyorsan képes tiszta ivóvízzé alakítani a szennyezett vizet. Ez az újszerű folyamat jelentős hatással lehet a globális vízhiány enyhítésére.
Ebben az interjúban AZoM és Jurgen Schawe a METTLER TOLEDO-tól a gyors pásztázó chip kalorimetriáról és annak különféle alkalmazásairól beszélt.
Az AZoM Oren Scherman professzorral beszélgetett egy új típusú hidrogél kutatásáról, amely nagy nyomás alatt is extrém összenyomhatóságot képes elérni.
A StructureScan Mini XT tökéletes eszköz a betonszkenneléshez; pontosan és gyorsan képes azonosítani a betonban lévő fémes és nemfémes tárgyak mélységét és helyzetét.
A Miniflex XpC egy röntgendiffraktométer (XRD), amelyet cementgyárak minőség-ellenőrzésére és más olyan műveletekre terveztek, amelyek online folyamatvezérlést igényelnek (például gyógyszerek és akkumulátorok).
A Raman Building Block 1064 a következő szükséges alkatrészekből áll: spektrométer, 1064 nm-es lézer, mintavevő szonda és egyéb opcionális kiegészítők.