Avanserte keramiske materialer for tøffe bruksområder

Det er ingen formell tjenestedefinisjon. Det kan anses å referere til de høye kostnadene ved å erstatte ventilen eller arbeidsforholdene som reduserer prosesskapasiteten. Det globale behovet for å redusere prosessproduksjonskostnadene for å forbedre lønnsomheten til alle sektorer som er involvert i tøffe serviceforhold. Disse spenner fra olje og gass, petrokjemikalier til kjernekraft og kraftproduksjon, mineralforedling og gruvedrift. Designere og ingeniører prøver å nå dette målet på forskjellige måter. Den mest hensiktsmessige metoden er å øke oppetiden og effektiviteten ved å effektivt kontrollere prosessparametere (som effektiv avstengning og optimalisert flytkontroll). Sikkerhetsoptimalisering spiller også en viktig rolle, fordi å redusere antall utskiftninger kan føre til et sikrere produksjonsmiljø. I tillegg jobber selskapet med å redusere utstyr (inkludert pumper og ventiler) lager og nødvendig avhending. Samtidig forventer anleggseiere stor omsetning fra sine eiendeler. Derfor vil økt prosesseringskapasitet resultere i færre (men større diameter) rør og utstyr og færre instrumenter for samme produktstrøm. Dette viser at i tillegg til å måtte bruke større individuelle systemkomponenter for bredere rørdiametre, er det også nødvendig å tåle langvarig eksponering for tøffe miljøer for å redusere vedlikeholds- og utskiftingskrav under drift. Komponenter, inkludert ventiler og ventilkuler, må være robuste for å passe til ønsket bruk, men de kan også forlenge levetiden. Hovedproblemet med de fleste applikasjoner er imidlertid at metalldeler har nådd ytelsesgrensene. Dette indikerer at designere kan finne alternativer til ikke-metalliske materialer i krevende bruksområder, spesielt keramiske materialer. Typiske parametere som kreves for å betjene komponenter under tøffe forhold inkluderer termisk støtmotstand, korrosjonsmotstand, utmattelsesbestandighet, hardhet, styrke og seighet. Resiliens er en nøkkelparameter, fordi komponenter som er mindre motstandsdyktige kan svikte katastrofalt. Seigheten til keramiske materialer er definert som motstanden mot sprekkforplantning. I noen tilfeller kan det måles ved hjelp av innrykkmetoden for å oppnå kunstig høy verdi. Bruk av en ensidig innsnittsbjelke kan gi nøyaktige måleresultater. Styrke er relatert til seighet, men refererer til et enkelt punkt hvor et materiale blir katastrofalt skadet når stress påføres. Det er ofte referert til som "bruddmodulen" og oppnås ved å måle trepunkts eller firepunkts bøyestyrke på en teststav. Verdien av trepunktstesten er 1 % høyere enn verdien på firepunktstesten. Selv om mange skalaer inkludert Rockwell hardhetstester og Vickers hardhetstester kan brukes til å måle hardhet, er Vickers mikrohardhetsskala veldig egnet for avanserte keramiske materialer. Hardheten endres proporsjonalt med materialets slitestyrke. I ventiler som opererer på en syklisk måte, er tretthet hovedproblemet på grunn av kontinuerlig åpning og lukking av ventilen. Tretthet er terskelen til styrke. Utover denne terskelen har materialet en tendens til å svikte under normal bøyestyrke. Korrosjonsbestandighet avhenger av driftsmiljøet og mediet som inneholder materialet. I tillegg til "hydrotermisk nedbrytning" er mange avanserte keramiske materialer overlegne metaller på dette feltet, og visse zirkoniumoksidbaserte materialer vil gjennomgå "hydrotermisk nedbrytning" etter å ha blitt utsatt for høytemperaturdamp. Geometrien, termisk ekspansjonskoeffisient, termisk ledningsevne, seighet og styrke til komponentene påvirkes av termisk sjokk. Dette området bidrar til høy varmeledningsevne og seighet, slik at metallkomponentene kan fungere effektivt. Imidlertid gir fremskritt innen keramiske materialer nå akseptable nivåer av termisk sjokkmotstand. Avansert keramikk har blitt brukt i mange år og er populær blant pålitelighetsingeniører, anleggsingeniører og ventildesignere som krever høy ytelse og høy verdi. I henhold til spesifikke applikasjonskrav er den egnet for forskjellige formuleringer i en rekke bransjer. Fire avanserte keramer er imidlertid av stor betydning innen strengt vedlikehold av ventiler, inkludert silisiumkarbid (SiC), silisiumnitrid (Si3N4), alumina og zirkoniumoksid. Materialene til ventilen og ventilkulen velges i henhold til de spesifikke applikasjonskravene. Ventilen bruker to hovedformer av zirkoniumoksid, som har samme termiske ekspansjonskoeffisient og stivhet som stål. Magnesiumoksid delvis stabilisert zirkoniumoksid (Mg-PSZ) har høyest termisk støtmotstand og seighet, mens yttria tetragonal zirkoniumoksid polykrystallinsk (Y-TZP) er hardere, men er utsatt for hydrotermisk nedbrytning. Silisiumnitrid (Si3N4) har forskjellige formuleringer. Gasstrykksintret silisiumnitrid (GPPSN) er det mest brukte materialet for ventiler og ventilkomponenter. I tillegg til dens gjennomsnittlige seighet, har den også høy hardhet og styrke, utmerket termisk støtmotstand og termisk stabilitet. I tillegg, i dampmiljøer med høy temperatur, kan Si3N4 erstatte zirkoniumoksid for å forhindre hydrotermisk nedbrytning. Med et strengere budsjett kan konsentratoren velge mellom SiC eller alumina. Begge materialene har høy hardhet, men er ikke hardere enn zirkoniumoksid eller silisiumnitrid. Dette viser at materialet er meget egnet for statiske komponentapplikasjoner, som ventilforinger og ventilseter, i stedet for ventilkuler eller skiver som utsettes for høyere belastning. Sammenlignet med metallmaterialene som brukes i krevende ventilapplikasjoner (inkludert ferrokrom (CrFe), wolframkarbid, Hastelloy og Stellite), har avanserte keramiske materialer lavere seighet og lignende styrke. Krevende serviceapplikasjoner innebærer bruk av roterende ventiler, som spjeldventiler, tapp, flytende kuleventiler og fjærer. I slike applikasjoner har Si3N4 og zirconia termisk støtmotstand, seighet og styrke, og kan tilpasse seg de mest krevende miljøer. På grunn av hardheten og korrosjonsbestandigheten til materialet er levetiden til komponenten flere ganger så lang som metallkomponenten. Andre fordeler inkluderer ytelsesegenskaper over ventilens levetid, spesielt i områder der avskjærings- og kontrollfunksjoner opprettholdes. Dette ble demonstrert i tilfellet med en 65 mm (2,6 tommer) ventil kynar/RTFE-kule og foring eksponert for 98 % svovelsyre pluss ilmenitt, hvor ilmenitten ble omdannet til titanoksidpigment. Mediets etsende karakter gjør at levetiden til disse komponentene kan være så lang som seks uker. Imidlertid har bruken av sfærisk ventiltrim (en proprietær magnesiumoksid delvis stabilisert zirkoniumoksid (Mg-PSZ)) produsert av Nilcra™ (Figur 1) utmerket hardhet og korrosjonsbestandighet og har vært levert i tre år. Periodisk service, uten påviselig slitasje. I lineære ventiler (inkludert vinkelventiler, strupeventiler eller klodeventiler) er zirkoniumoksyd og silisiumnitrid egnet for både ventilplugger og ventilseter, på grunn av de "harde sete"-egenskapene til disse produktene. Tilsvarende kan alumina brukes i visse foringer og bur. Gjennom den matchende kulen på seteringen kan en høy grad av tetning oppnås. For ventilkjernen, inkludert spoleventil, innløp og utløp eller ventilhusgjennomføring, kan hvilket som helst av de fire keramiske hovedmaterialene brukes i henhold til applikasjonskravene. Materialets høye hardhet og korrosjonsbestandighet har vist seg å være gunstig med tanke på produktytelse og levetid. Ta DN150-spjeldventilen som brukes i det australske bauksittraffineriet som et eksempel. Det høye silikainnholdet i mediet forårsaker høye nivåer av slitasje på ventilbøssingene. Foringen og ventilskiven som ble brukt til å begynne med var laget av 28 % CrFe-legering og varte bare åtte til ti uker. På grunn av introduksjonen av ventiler laget av Nilcra™ zirconia (Figur 2), er levetiden imidlertid økt til 70 uker. På grunn av sin seighet og styrke, fungerer keramikk godt i de fleste ventilapplikasjoner. Det er imidlertid deres hardhet og korrosjonsmotstand som bidrar til å forlenge ventilens levetid. Dette reduserer i sin tur kostnadene for hele livssyklusen ved å redusere nedetid for reservedeler, redusert arbeidskapital og varelager, minimal manuell håndtering og forbedret sikkerhet gjennom redusert lekkasje. I lang tid har bruken av keramiske materialer i høytrykksventiler vært en av hovedbekymringene, fordi disse ventilene er utsatt for høye aksial- eller torsjonsbelastninger. Imidlertid utvikler store aktører på dette feltet ventilkuledesign som forbedrer overlevelsesevnen til aktiveringsmomentet. Den andre store begrensningen er størrelsen. Størrelsen på det største ventilsetet og største ventilkulen (Figur 3) produsert av delvis stabilisert zirkoniumoksid er henholdsvis DN500 og DN250. Imidlertid foretrekker de fleste nåværende spesifikasjoner å bruke keramikk for å lage deler hvis dimensjoner ikke overstiger disse dimensjonene. Selv om keramiske materialer nå har vist seg å være et passende valg, er det fortsatt noen enkle retningslinjer som må følges for å maksimere ytelsen. Keramiske materialer bør kun brukes først hvis det er behov for å redusere kostnadene. Både innvendig og utvendig bør unngå skarpe hjørner og stresskonsentrasjon. Enhver potensiell termisk ekspansjonsfeil må vurderes under designfasen. For å redusere bøylespenningen er det nødvendig å holde keramikken utenfor i stedet for inne. Til slutt bør behovet for geometriske toleranser og overflatebehandling vurderes nøye, da disse toleransene kan øke unødvendige kostnader betydelig. Ved å følge disse retningslinjene og beste praksis ved valg av materialer og koordinering med leverandører fra begynnelsen av prosjektet, kan en ideell løsning oppnås for hver krevende tjenesteapplikasjon. Denne informasjonen er innhentet, gjennomgått og tilpasset fra materialer levert av Morgan Advanced Materials. Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. (28. november 2019). Avanserte keramiske materialer egnet for seriøse serviceapplikasjoner. AZoM. Hentet fra https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26. mai 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Avanserte keramiske materialer for seriøse serviceapplikasjoner". AZoM. 26. mai 2021. Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. "Avanserte keramiske materialer for seriøse serviceapplikasjoner". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Åpnet 26. mai 2021). Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. 2019. Avanserte keramiske materialer egnet for seriøse serviceapplikasjoner. AZoM, sett 26. mai 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM snakket med førsteamanuensis Arda Gozen, George og Joan Berry fra Washington State University. Arda er en del av et team av flere institusjoner dedikert til å lage stillaser av konstruert vev ved å imitere egenskapene til menneskelig vev. I dette intervjuet snakket AZoM med Dr. Tim Nunney og Dr. Adam Bushell fra Thermo Fisher Scientific om overflateanalysesystemet Nexsa G2. I dette intervjuet snakket AZoM og Dr. Juan Araneda, leder for anvendt kjemi i Nanalyse, om den økende bruken og nytten av NMR og hvordan man kan hjelpe analysen av litiumavsetninger. Lecos GDS850 glødeutladningsspektrometer kan brukes til å analysere ulike metallurgiske materialer. Det gir også en kvantitativ dybdeprofilering av materialet. Den har en rekkevidde på 120-800 nm og er allsidig. Hardinge® T-serie dreiesentre og SUPER-PRECISION® T-serie dreiesentre er anerkjente markedsledere innen ultrapresisjon og harddrei. Vi bruker informasjonskapsler for å forbedre opplevelsen din. Ved å fortsette å surfe på denne nettsiden godtar du vår bruk av informasjonskapsler. Mer informasjon.