Усовершенствованные керамические материалы для суровых условий эксплуатации

Формального определения услуги не существует. Можно считать, что это связано с высокой стоимостью замены клапана или условиями работы, которые снижают производительность обработки. Глобальная необходимость снижения затрат на перерабатывающее производство с целью повышения рентабельности всех отраслей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. Они варьируются от нефти и газа, нефтехимии до атомной энергетики и производства электроэнергии, переработки полезных ископаемых и горнодобывающей промышленности. Конструкторы и инженеры пытаются достичь этой цели разными способами. Наиболее подходящим методом является увеличение времени безотказной работы и эффективности за счет эффективного управления параметрами процесса (например, эффективного отключения и оптимизированного управления потоком). Оптимизация безопасности также играет жизненно важную роль, поскольку сокращение количества замен может привести к повышению безопасности производственной среды. Кроме того, компания работает над сокращением запасов оборудования (включая насосы и клапаны) и его необходимой утилизации. В то же время владельцы объектов ожидают огромного оборота от своих активов. Таким образом, увеличение производительности обработки приведет к использованию меньшего количества труб и оборудования (но большего диаметра), а также меньшего количества инструментов для того же потока продукции. Это показывает, что помимо необходимости использовать более крупные отдельные компоненты системы для более широких диаметров труб, также необходимо выдерживать длительное воздействие суровых условий окружающей среды, чтобы снизить требования к обслуживанию и замене в процессе эксплуатации. Компоненты, включая клапаны и шарики клапанов, должны быть прочными, чтобы соответствовать желаемому применению, но они также могут продлить срок их службы. Однако основная проблема большинства применений заключается в том, что металлические детали достигли предела своих эксплуатационных характеристик. Это указывает на то, что дизайнеры могут найти альтернативу неметаллическим материалам в требовательных приложениях, особенно керамическим материалам. Типичные параметры, необходимые для работы компонентов в суровых условиях, включают стойкость к термическому удару, коррозионную стойкость, усталостную прочность, твердость, прочность и ударную вязкость. Устойчивость является ключевым параметром, поскольку менее устойчивые компоненты могут выйти из строя. Прочность керамических материалов определяется как устойчивость к распространению трещин. В некоторых случаях его можно измерить методом индентирования для получения искусственно завышенного значения. Использование одностороннего разрезающего луча может обеспечить точные результаты измерений. Прочность связана с ударной вязкостью, но относится к одной точке, где материал катастрофически повреждается при приложении напряжения. Его обычно называют «модулем разрыва», и его получают путем измерения прочности на трехточечный или четырехточечный изгиб на испытательном стержне. Значение трехбалльного теста на 1% выше, чем значение четырехбалльного теста. Хотя для измерения твердости можно использовать многие шкалы, в том числе твердомер по Роквеллу и твердомер по Виккерсу, шкала микротвердости по Виккерсу очень подходит для современных керамических материалов. Твердость изменяется пропорционально износостойкости материала. В клапанах, работающих циклично, основной проблемой является усталость из-за непрерывного открытия и закрытия клапана. Усталость – это порог силы. За пределами этого порога материал имеет тенденцию разрушаться ниже своей нормальной прочности на изгиб. Коррозионная стойкость зависит от рабочей среды и среды, содержащей материал. Помимо «гидротермической деградации», многие современные керамические материалы превосходят металлы в этой области, а некоторые материалы на основе диоксида циркония подвергаются «гидротермической деградации» после воздействия высокотемпературного пара. Термический удар влияет на геометрию, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, ударную вязкость и прочность компонентов. Эта область способствует высокой теплопроводности и прочности, поэтому металлические компоненты могут эффективно функционировать. Однако достижения в области керамических материалов теперь обеспечивают приемлемый уровень стойкости к тепловому удару. Усовершенствованная керамика используется уже много лет и пользуется популярностью среди инженеров по надежности, инженеров-технологов и проектировщиков клапанов, которым необходимы высокая производительность и высокая стоимость. В соответствии с конкретными требованиями применения он подходит для различных рецептур в различных отраслях промышленности. Однако четыре современных керамики имеют большое значение в области строгого обслуживания клапанов, включая карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), оксид алюминия и диоксид циркония. Материалы клапана и шара клапана выбираются в соответствии с конкретными требованиями применения. В клапане используются две основные формы диоксида циркония, которые имеют тот же коэффициент теплового расширения и жесткость, что и сталь. Частично стабилизированный оксидом магния диоксид циркония (Mg-PSZ) обладает самой высокой термостойкостью и ударной вязкостью, тогда как поликристаллический тетрагональный диоксид циркония иттрия (Y-TZP) более твердый, но подвержен гидротермальному разложению. Нитрид кремния (Si3N4) имеет разные составы. Нитрид кремния, спеченный под давлением газа (GPPSN), является наиболее часто используемым материалом для клапанов и их компонентов. Помимо средней прочности, он также обладает высокой твердостью и прочностью, отличной термостойкостью и термической стабильностью. Кроме того, в условиях высокотемпературного пара Si3N4 может заменить диоксид циркония, предотвращая гидротермальную деградацию. При более строгом бюджете обогатительная фабрика может выбирать из SiC или оксида алюминия. Оба материала обладают высокой твердостью, но не тверже циркония или нитрида кремния. Это показывает, что материал очень подходит для статических компонентов, таких как гильзы и седла клапанов, а не для шаров или дисков клапанов, которые подвергаются более высоким нагрузкам. По сравнению с металлическими материалами, используемыми в клапанах с высокими требованиями (включая феррохром (CrFe), карбид вольфрама, хастеллой и стеллит), современные керамические материалы имеют меньшую ударную вязкость и аналогичную прочность. В сложных условиях эксплуатации используются поворотные клапаны, такие как дроссельные заслонки, цапфы, плавающие шаровые краны и пружины. В таких применениях Si3N4 и цирконий обладают термостойкостью, ударной вязкостью и прочностью и могут адаптироваться к самым требовательным условиям. Благодаря твердости и коррозионной стойкости материала срок службы детали в несколько раз превышает срок службы металлической детали. Другие преимущества включают эксплуатационные характеристики в течение всего срока службы клапана, особенно в тех областях, где сохраняются возможности отсечки и управления. Это было продемонстрировано в случае с шаром и вкладышем клапана из кинара/RTFE диаметром 65 мм (2,6 дюйма), подвергнутыми воздействию 98% серной кислоты и ильменита, при этом ильменит превращался в пигмент оксида титана. Коррозионная природа носителя означает, что срок службы этих компонентов может достигать шести недель. Однако использование сферического трима клапана (запатентованный диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом магния (Mg-PSZ)) производства Nilcra™ (рис. 1) обладает превосходной твердостью и коррозионной стойкостью и действует уже три года. Периодическая эксплуатация, без видимого износа. В линейных клапанах (включая угловые клапаны, дроссельные клапаны или проходные клапаны) из-за характеристик «жесткого седла» этих продуктов нитрид циркония и кремния подходят как для плунжеров, так и для седел клапанов. Аналогичным образом, оксид алюминия можно использовать в некоторых футеровках и сепараторах. За счет соответствующего шарика на седле можно достичь высокой степени уплотнения. Для сердечника клапана, включая золотниковый клапан, впускное и выпускное отверстия или втулку корпуса клапана, в соответствии с требованиями применения можно использовать любой из четырех основных керамических материалов. Высокая твердость и коррозионная стойкость материала оказались благоприятными с точки зрения эксплуатационных характеристик продукта и срока службы. В качестве примера возьмем дроссельную заслонку DN150, используемую на австралийском заводе по переработке бокситов. Высокое содержание кремнезема в среде приводит к сильному износу втулок клапана. Первоначально использованные гильза и диск клапана были изготовлены из сплава с содержанием CrFe 28% и прослужили всего восемь-десять недель. Однако за счет внедрения клапанов из диоксида циркония Nilcra™ (рис. 2) срок службы увеличился до 70 недель. Благодаря своей прочности и прочности керамика хорошо подходит для большинства клапанов. Однако именно их твердость и коррозионная стойкость помогают продлить срок службы клапана. В свою очередь, это снижает стоимость всего жизненного цикла за счет сокращения времени простоя запасных частей, сокращения оборотного капитала и запасов, минимального ручного управления и повышения безопасности за счет уменьшения утечек. В течение долгого времени применение керамических материалов в клапанах высокого давления было одной из основных проблем, поскольку эти клапаны подвергаются высоким осевым или скручивающим нагрузкам. Однако крупные игроки в этой области разрабатывают конструкции шаров клапанов, которые повышают живучесть момента срабатывания. Другим важным ограничением является размер. Размер самого большого седла клапана и самого большого шара клапана (рис. 3), изготовленных из частично стабилизированного магнезией циркония, составляют DN500 и DN250 соответственно. Однако большинство современных спецификаторов предпочитают использовать керамику для изготовления деталей, размеры которых не превышают эти размеры. Хотя уже доказано, что керамические материалы являются подходящим выбором, все же существуют некоторые простые рекомендации, которым необходимо следовать, чтобы максимизировать их эффективность. Керамические материалы следует использовать в первую очередь только в том случае, если есть необходимость снижения затрат. Как внутри, так и снаружи следует избегать острых углов и концентрации напряжений. Любое потенциальное несоответствие теплового расширения должно быть учтено на этапе проектирования. Чтобы уменьшить кольцевое напряжение, необходимо держать керамику снаружи, а не внутри. Наконец, следует тщательно учитывать необходимость геометрических допусков и обработки поверхности, поскольку эти допуски могут значительно увеличить ненужные затраты. Следуя этим рекомендациям и передовому опыту при выборе материалов и координации с поставщиками с самого начала проекта, можно найти идеальное решение для каждого требовательного приложения. Эта информация была получена, проверена и адаптирована из материалов, предоставленных Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials - Техническая керамика. (28 ноября 2019 г.). Усовершенствованные керамические материалы, подходящие для серьезного обслуживания. АЗом. Получено с https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26 мая 2021 г. Morgan Advanced Materials — Техническая керамика. «Передовые керамические материалы для серьезного сервисного применения». АЗом. 26 мая 2021 г. . Morgan Advanced Materials - Техническая керамика. «Передовые керамические материалы для серьезного сервисного применения». АЗом. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (По состоянию на 26 мая 2021 г.). Morgan Advanced Materials - Техническая керамика. 2019. Усовершенствованные керамические материалы, подходящие для серьезного обслуживания. AZoM, просмотрено 26 мая 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx? ID статьи = 12305. AZoM поговорил с доцентами Ардой Гозен, Джорджем и Джоан Берри из Университета штата Вашингтон. Арда является частью команды нескольких учреждений, занимающихся созданием каркасов из инженерных тканей путем имитации характеристик тканей человека. В этом интервью AZoM поговорил с доктором Тимом Нанни и доктором Адамом Бушеллом из Thermo Fisher Scientific о системе анализа поверхности Nexsa G2. В этом интервью AZoM и доктор Хуан Аранеда, руководитель отдела прикладной химии Nanalysis, рассказали о растущем использовании и полезности ЯМР, а также о том, как помочь в анализе литиевых отложений. Спектрометр тлеющего разряда Leco GDS850 можно использовать для анализа различных металлургических материалов. Он также обеспечивает количественный анализ глубины материала. Он имеет диапазон 120–800 нм и является универсальным. Токарные центры серии Hardinge® T и токарные станки серии SUPER-PRECISION® T являются признанными лидерами рынка в области сверхточной и твердосплавной обработки. Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить ваш опыт. Продолжая просматривать этот сайт, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie. Больше информации.