Сучасні керамічні матеріали для важких умов експлуатації

Формального визначення послуги немає. Це можна вважати пов’язаним із високою вартістю заміни клапана або умовами роботи, які знижують продуктивність обробки. Глобальна потреба скоротити витрати на виробництво, щоб підвищити прибутковість усіх секторів, задіяних у важких умовах експлуатації. Вони варіюються від нафти і газу, нафтохімії до атомної енергетики та виробництва електроенергії, переробки корисних копалин і видобутку корисних копалин. Дизайнери та інженери різними способами намагаються досягти цієї мети. Найбільш відповідним методом є збільшення часу безвідмовної роботи та ефективності шляхом ефективного контролю параметрів процесу (таких як ефективне відключення та оптимізоване керування потоком). Оптимізація безпеки також відіграє життєво важливу роль, оскільки зменшення кількості замін може призвести до безпечнішого виробничого середовища. Крім того, компанія працює над зменшенням запасів обладнання (включаючи насоси та клапани) та необхідної утилізації. При цьому власники закладів розраховують на величезний обіг своїх активів. Таким чином, збільшення переробної потужності призведе до меншої кількості (але більшого діаметру) труб і обладнання та меншої кількості інструментів для того самого потоку продукції. Це показує, що, окрім необхідності використання більших окремих компонентів системи для труб більшого діаметру, також необхідно витримувати тривалий вплив суворих умов, щоб зменшити вимоги до обслуговування та заміни під час експлуатації. Компоненти, включаючи клапани та кульки клапанів, мають бути міцними, щоб відповідати бажаному застосуванню, але вони також можуть подовжити термін служби. Однак основна проблема більшості застосувань полягає в тому, що металеві частини досягли меж продуктивності. Це вказує на те, що дизайнери можуть знайти альтернативи неметалевим матеріалам у складних сферах застосування, особливо керамічним матеріалам. Типові параметри, необхідні для роботи компонентів у важких умовах, включають стійкість до термічного удару, стійкість до корозії, стійкість до втоми, твердість, міцність і в'язкість. Стійкість є ключовим параметром, оскільки менш стійкі компоненти можуть катастрофічно вийти з ладу. В'язкість керамічних матеріалів визначається як стійкість до розповсюдження тріщин. У деяких випадках його можна виміряти за допомогою методу відступу для отримання штучно високого значення. Використання променя з одностороннім розрізом може забезпечити точні результати вимірювань. Міцність пов’язана з міцністю, але стосується однієї точки, де матеріал катастрофічно пошкоджується під час навантаження. Його зазвичай називають «модулем розриву» і отримують шляхом вимірювання міцності на вигин у трьох або чотирьох точках на випробувальному стрижні. Значення трибального тесту на 1% вище значення чотирибального тесту. Незважаючи на те, що для вимірювання твердості можна використовувати багато шкал, включаючи твердоміри Роквелла та твердоміри Віккерса, шкала мікротвердості Віккерса дуже підходить для сучасних керамічних матеріалів. Твердість змінюється пропорційно зносостійкості матеріалу. У клапанах, що працюють у циклічному режимі, втома є основною проблемою через постійне відкриття та закриття клапана. Втома – це поріг міцності. За межами цього порогу матеріал має тенденцію руйнуватися, ніж його нормальна міцність на вигин. Стійкість до корозії залежить від робочого середовища та середовища, що містить матеріал. Окрім «гідротермічної деградації», багато передових керамічних матеріалів перевершують метали в цій галузі, а деякі матеріали на основі діоксиду цирконію зазнають «гідротермічної деградації» після впливу високотемпературної пари. Термічний удар впливає на геометрію, коефіцієнт теплового розширення, теплопровідність, в'язкість і міцність компонентів. Ця область сприяє високій теплопровідності та міцності, тому металеві компоненти можуть ефективно функціонувати. Однак удосконалення керамічних матеріалів тепер забезпечує прийнятний рівень стійкості до термічного удару. Удосконалена кераміка використовується протягом багатьох років і користується популярністю серед інженерів з надійності, інженерів установок і розробників клапанів, яким потрібна висока продуктивність і висока вартість. Відповідно до конкретних вимог застосування, він підходить для різних рецептур у різних галузях промисловості. Проте чотири вдосконалені види кераміки мають велике значення в області ретельного обслуговування клапанів, включаючи карбід кремнію (SiC), нітрид кремнію (Si3N4), оксид алюмінію та діоксид цирконію. Матеріали клапана та кульки клапана вибираються відповідно до конкретних вимог застосування. У клапані використовуються дві основні форми діоксиду цирконію, які мають той самий коефіцієнт теплового розширення та жорсткість, що й сталь. Цирконій, частково стабілізований оксидом магнію (Mg-PSZ), має найвищу стійкість до термічного удару та міцність, тоді як тетрагональний полікристалічний діоксид цирконію (Y-TZP) твердіший, але чутливий до гідротермічної деградації. Нітрид кремнію (Si3N4) має різні склади. Спечений під тиском газу нітрид кремнію (GPPSN) є найбільш часто використовуваним матеріалом для клапанів і компонентів клапанів. На додаток до середньої міцності, він також має високу твердість і міцність, чудову стійкість до термічного удару та термічну стабільність. Крім того, у високотемпературному паровому середовищі Si3N4 може замінити діоксид цирконію, щоб запобігти гідротермальній деградації. З більш жорстким бюджетом збагачувальна фабрика може вибрати SiC або глинозем. Обидва матеріали мають високу твердість, але не твердіші за діоксид цирконію або нітрид кремнію. Це показує, що матеріал дуже підходить для застосування в статичних компонентах, таких як вкладиші клапанів і сідла клапанів, а не кульки або диски клапанів, які піддаються більшому навантаженню. Порівняно з металевими матеріалами, які використовуються у складних клапанах (включаючи ферохром (CrFe), карбід вольфраму, хастеллой і стелліт), вдосконалені керамічні матеріали мають меншу в’язкість і однакову міцність. Вимогливі програми обслуговування передбачають використання поворотних клапанів, таких як поворотні клапани, цапфи, плаваючі кульові крани та пружини. У таких застосуваннях Si3N4 і діоксид цирконію мають стійкість до термічного удару, міцність і міцність і можуть адаптуватися до найвимогливіших умов. Завдяки твердості та корозійній стійкості матеріалу термін служби компонента в кілька разів перевищує термін служби металевого компонента. Інші переваги включають характеристики продуктивності протягом усього терміну служби клапана, особливо в областях, де зберігаються можливості відсікання та контролю. Це було продемонстровано у випадку 65-мм (2,6 дюйма) клапана кінар/RTFE кулі та вкладиша, підданого впливу 98% сірчаної кислоти та ільменіту, при цьому ільменіт перетворюється на пігмент оксиду титану. Корозійна природа середовища означає, що термін служби цих компонентів може досягати шести тижнів. Однак використання сферичного клапана (запатентований оксид магнію, частково стабілізований діоксид цирконію (Mg-PSZ)) виробництва Nilcra™ (рис. 1) має чудову твердість і стійкість до корозії та надається протягом трьох років. Періодичне обслуговування, без видимого зносу. У лінійних клапанах (включаючи кутові клапани, дросельні клапани або прохідні клапани), завдяки характеристикам «твердого сідла» цих виробів, діоксид цирконію та нітрид кремнію підходять як для плунжерів клапанів, так і для сідел клапанів. Подібним чином глинозем можна використовувати в певних футерівках і клітках. Завдяки відповідній кульці на посадковому кільці можна досягти високого ступеня ущільнення. Для серцевини клапана, включаючи золотниковий клапан, впускний і вихідний клапан або втулку корпусу клапана, можна використовувати будь-який із чотирьох основних керамічних матеріалів відповідно до вимог застосування. Висока твердість і стійкість до корозії матеріалу довели свою користь з точки зору продуктивності продукту та терміну служби. Візьмемо як приклад поворотний клапан DN150, який використовується на австралійському бокситовому заводі. Високий вміст кремнезему в середовищі викликає високий рівень зносу втулок клапана. Гільза та диск клапана, які використовувалися спочатку, були виготовлені зі сплаву CrFe на 28% і прослужили лише вісім-десять тижнів. Однак завдяки впровадженню клапанів із діоксиду цирконію Nilcra™ (рис. 2) термін служби було збільшено до 70 тижнів. Завдяки своїй в'язкості та міцності кераміка добре працює в більшості клапанів. Однак саме їх твердість і стійкість до корозії допомагають продовжити термін служби клапана. У свою чергу, це знижує вартість усього життєвого циклу за рахунок скорочення часу простою для заміни деталей, зменшення оборотного капіталу та запасів, мінімального ручного маніпулювання та підвищення безпеки через зменшення витоків. Протягом тривалого часу застосування керамічних матеріалів у клапанах високого тиску було однією з головних проблем, оскільки ці клапани піддаються високим осьовим або крутильним навантаженням. Однак основні гравці в цій галузі розробляють конструкції кульових клапанів, які покращують живучість крутного моменту приведення в дію. Іншим важливим обмеженням є розмір. Розмір найбільшого сідла клапана та найбільшої кульки клапана (рис. 3), виготовлених із частково стабілізованого магнезією цирконію, становить DN500 і DN250 відповідно. Однак більшість сучасних специфікаторів вважають за краще використовувати кераміку для виготовлення деталей, розміри яких не перевищують цих розмірів. Хоча тепер доведено, що керамічні матеріали є підходящим вибором, все ще існують деякі прості рекомендації, яких потрібно дотримуватися, щоб максимізувати їх ефективність. Керамічні матеріали слід використовувати в першу чергу тільки в тому випадку, якщо є необхідність скоротити витрати. І всередині, і зовні слід уникати гострих кутів і концентрації напруги. Будь-яка потенційна невідповідність теплового розширення повинна бути розглянута на етапі проектування. Для того, щоб зменшити напругу в обручі, необхідно тримати кераміку зовні, а не всередині. Нарешті, необхідно ретельно розглянути необхідність геометричних допусків і обробки поверхні, оскільки ці допуски можуть значно збільшити непотрібні витрати. Дотримуючись цих вказівок і найкращих практик у виборі матеріалів і координації з постачальниками з самого початку проекту, можна досягти ідеального рішення для кожного вимогливого сервісного застосування. Ця інформація була отримана, переглянута та адаптована з матеріалів, наданих Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 листопада 2019 р.). Удосконалені керамічні матеріали, придатні для серйозного обслуговування. AZoM. Отримано з https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26 травня 2021 р. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для серйозних застосувань». AZoM. 26 травня 2021 р. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для серйозних застосувань». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Дата перегляду 26 травня 2021 р.). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Сучасні керамічні матеріали, придатні для серйозних додатків у сфері обслуговування. AZoM, переглянуто 26 травня 2021 року, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM поспілкувався з доцентами Ардою Гозеном, Джорджем і Джоан Беррі з Університету штату Вашингтон. Арда є частиною команди кількох установ, які займаються створенням скелетів із штучних тканин шляхом імітації характеристик людських тканин. У цьому інтерв’ю AZoM поспілкувався з доктором Тімом Нанні та доктором Адамом Бушеллом з Thermo Fisher Scientific про систему аналізу поверхні Nexsa G2. У цьому інтерв’ю AZoM і д-р Хуан Аранеда, керівник відділу прикладної хімії компанії Nanalysis, розповіли про дедалі більше використання та корисність ЯМР і про те, як допомогти в аналізі відкладень літію. Спектрометр із тліючим розрядом Leco GDS850 можна використовувати для аналізу різних металургійних матеріалів. Він також забезпечує кількісне глибинне профілювання матеріалу. Він має діапазон 120-800 нм і є універсальним. Токарні центри серії Hardinge® T і токарні центри серії SUPER-PRECISION® T є визнаними лідерами на ринку надточного та жорсткого точіння. Ми використовуємо файли cookie, щоб покращити ваш досвід. Продовжуючи перегляд цього веб-сайту, ви погоджуєтеся на використання файлів cookie. Більше інформації.