Усъвършенствани керамични материали за взискателни сервизни приложения

Ние използваме бисквитки, за да подобрим вашето изживяване. Продължавайки да разглеждате този уебсайт, вие се съгласявате с използването на бисквитки от наша страна. Повече информация. Няма официално определение за сериозна услуга. Може да се разбира като работни условия, при които разходите за подмяна на клапана са високи или капацитетът за обработка е намален. Съществува глобална необходимост от намаляване на производствените разходи на процеса, за да се увеличи рентабилността на всички сектори, участващи в лоши условия на обслужване. Те варират от нефт и газ и нефтохимикали до ядрена енергия и производство на електроенергия, обработка на минерали и добив. Дизайнерите и инженерите се опитват да постигнат тази цел по различни начини. Най-подходящият метод е да се увеличи времето за работа и ефективността чрез ефективно контролиране на параметрите на процеса (като ефективно спиране и оптимизиран контрол на потока). Оптимизирането на безопасността също играе жизненоважна роля, тъй като намаляването на подмяната може да доведе до по-безопасна производствена среда. В допълнение, компанията работи за минимизиране на инвентара на оборудването, включително помпи и клапани, и необходимото изхвърляне. В същото време собствениците на съоръжения очакват огромна промяна в своите активи. В резултат на това увеличеният капацитет за обработка води до по-малко тръби и оборудване (но с по-големи диаметри) и по-малко инструменти за един и същи продуктов поток. Това показва, че в допълнение към необходимостта да бъде по-голям за по-широк диаметър на тръбата, един компонент на системата също трябва да издържа на продължително излагане на тежки среди, за да се намали необходимостта от поддръжка и подмяна по време на експлоатация. Компонентите, включително клапани и сферични клапани, трябва да бъдат здрави, за да отговарят на желаното приложение, но също така могат да осигурят по-дълъг експлоатационен живот. Въпреки това, основен проблем с повечето приложения е, че металните части са достигнали лимита на своята производителност. Това показва, че дизайнерите могат да намерят алтернативи на неметалните материали, особено на керамичните материали, за взискателни сервизни приложения. Типичните параметри, необходими за работа на компоненти при тежки условия на експлоатация, включват устойчивост на термичен шок, устойчивост на корозия, устойчивост на умора, твърдост, здравина и издръжливост. Устойчивостта е ключов параметър, тъй като компонентите, които са по-малко издръжливи, могат да се повредят катастрофално. Издръжливостта на керамичните материали се определя като устойчивост на разпространение на пукнатини. В някои случаи може да се измери с помощта на метода на отстъп, което води до изкуствено високи стойности. Използването на лъч с едностранен разрез може да осигури точни измервания. Якостта е свързана с издръжливостта, но се отнася до единствената точка, в която материалът се разпада катастрофално, когато се приложи напрежение. Той обикновено се нарича "модул на разкъсване" и се измерва чрез извършване на измерване на якостта на огъване в три или четири точки върху тестов прът. Тестът с три точки осигурява стойност, която е с 1% по-висока от теста с четири точки. Въпреки че твърдостта може да бъде измерена с различни скали, включително Rockwell и Vickers, скалата за микротвърдост на Vickers е много подходяща за напреднали керамични материали. Твърдостта е право пропорционална на устойчивостта на износване на материала. При клапан, работещ по цикличен метод, умората е основен проблем поради непрекъснатото отваряне и затваряне на клапана. Умората е прагът на якост, над който материалът често се проваля под нормалната си якост на огъване. Устойчивостта на корозия зависи от работната среда и средата, съдържаща материала. В тази област много усъвършенствани керамични материали имат предимства пред металите, с изключение на "хидротермалното разграждане", което се случва, когато някои материали на базата на цирконий са изложени на пара с висока температура. Геометрията на частта, коефициентът на топлинно разширение, топлопроводимостта, издръжливостта и здравината се влияят от термичния шок. Това е област, благоприятна за висока топлопроводимост и издръжливост, така че металните части могат да функционират ефективно. Въпреки това напредъкът в керамичните материали сега осигурява приемливи нива на устойчивост на термичен удар. Усъвършенстваната керамика се използва от много години и е популярна сред инженерите по надеждност, инсталационните инженери и дизайнерите на вентили, които изискват висока производителност и стойност. Според специфичните изисквания за приложение има различни индивидуални формулировки, подходящи за широк спектър от индустрии. Въпреки това, четири усъвършенствани керамики са от голямо значение в областта на клапаните за тежко обслужване. Те включват силициев карбид (SiC), силициев нитрид (Si3N4), алуминиев оксид и цирконий. Материалите на вентила и топката на клапана са избрани според специфичните изисквания за приложение. Във вентилите се използват две основни форми на цирконий, като и двете имат същия коефициент на термично разширение и твърдост като стоманата. Частично стабилизираният с магнезиев оксид цирконий (Mg-PSZ) има най-високата устойчивост на термичен удар и якост, докато итриевият тетрагонален поликристален цирконий (Y-TZP) е по-твърд и по-здрав, но е податлив на хидротермално разграждане. Силициевият нитрид (Si3N4) има различни формулировки. Спеченият под налягане силициев нитрид (GPPSN) е най-често използваният материал за клапани и компоненти на клапани. В допълнение към средната си издръжливост, той също така осигурява висока твърдост и здравина, отлична устойчивост на термичен удар и термична стабилност. В допълнение, в среди с висока температура, Si3N4 е подходящ заместител на циркониевия оксид, който може да предотврати хидротермалното разграждане. Когато бюджетът е ограничен, спецификаторът може да избере силициев карбид или алуминиев оксид. И двата материала имат висока твърдост, но не са по-здрави от циркония или силициевия нитрид. Това показва, че материалът е много подходящ за приложения на статични компоненти, като облицовки на клапани и легла на клапани, а не за сферични клапани или дискове, които са подложени на по-голямо напрежение. В сравнение с металните материали, използвани в сурови приложения на вентили (включително ферохром (CrFe), волфрамов карбид, хастелой и стелит), усъвършенстваните керамични материали имат по-ниска издръжливост и подобна якост. Тежките сервизни приложения включват използването на въртящи се вентили, като дроселни клапи, цапфи, плаващи сферични кранове и пружинни клапани. В такива приложения Si3N4 и цирконийът показват устойчивост на термичен удар, издръжливост и здравина, за да се адаптират към най-взискателните среди. Поради твърдостта и устойчивостта на корозия на материала, експлоатационният живот на частите се увеличава няколко пъти в сравнение с металните части. Други предимства включват работните характеристики на вентила през целия му живот, особено в области, където той поддържа своя капацитет на затваряне и контрол. Това е демонстрирано в приложение, при което 65 mm (2,6 инча) вентил kynar/RTFE топка и облицовка са изложени на 98% сярна киселина и илменит, които се превръщат в пигмент титанов оксид. Корозивният характер на носителите означава, че животът на тези компоненти може да бъде до шест седмици. Въпреки това, използването на облицовка на сферичен кран, направена от Nilcra™ (Фигура 1), която е частно стабилизиран с магнезиев оксид цирконий (Mg-PSZ), има отлична твърдост и устойчивост на корозия и може да осигури три години непрекъснато обслужване без никакви забележими износвам. В линейните вентили, включително ъглови вентили, дроселни клапани или сферични вентили, поради характеристиките на "твърдото уплътнение" на тези продукти, циркониевият диоксид и силициевият нитрид са подходящи за тапи и легла на клапани. По същия начин алуминиевият оксид може да се използва за някои уплътнения и клетки. Чрез съпоставяне на смилащи топки върху леглото на клапана може да се постигне висока степен на уплътнение. За облицовката на клапана, включително сърцевината на клапана, входа и изхода или облицовката на корпуса на клапана, всеки един от четирите основни керамични материала може да се използва според изискванията на приложението. Високата твърдост и устойчивост на корозия на материала се оказаха полезни по отношение на производителността и експлоатационния живот на продукта. Да вземем за пример дроселната клапа DN150, използвана в австралийската бокситна рафинерия. Високото съдържание на силициев диоксид в средата осигурява високо ниво на износване на облицовката на клапана. Първоначално използваните уплътнения и дискове бяха направени от 28% CrFe сплав и издържаха само осем до десет седмици. Въпреки това, с клапани, направени от Nilcra™ цирконий (Фигура 2), експлоатационният живот се е увеличил до 70 седмици. Благодарение на своята издръжливост и здравина, керамиката работи добре в повечето приложения с вентили. Въпреки това, тяхната твърдост и устойчивост на корозия спомагат за увеличаване на експлоатационния живот на вентила. Това от своя страна намалява разходите за целия жизнен цикъл чрез намаляване на времето за престой за резервни части, намаляване на оборотния капитал и инвентара, минимално ръчно боравене и подобряване на безопасността чрез намаляване на изтичането. Дълго време прилагането на керамични материали във вентилите за високо налягане е един от основните проблеми, тъй като тези клапани са подложени на големи аксиални или усукващи натоварвания. Основните играчи в тази област обаче сега разработват дизайни на сферични клапани, за да подобрят устойчивостта на задвижващия въртящ момент. Другото основно ограничение е мащабът. Размерът на най-голямото легло на клапана и най-голямата топка на клапана (Фигура 3), произведени от частично стабилизиран цирконий с магнезиев оксид, е съответно DN500 и DN250. Въпреки това повечето спецификатори в момента предпочитат керамика за компоненти под тези размери. Въпреки че вече е доказано, че керамичните материали са подходящ избор, трябва да се следват някои прости насоки, за да се постигне максимална ефективност. Керамичните материали трябва да се използват първо само когато разходите трябва да бъдат сведени до минимум. Острите ъгли и концентрацията на напрежение трябва да се избягват както отвътре, така и отвън. Всяко потенциално несъответствие на топлинното разширение трябва да се вземе предвид по време на фазата на проектиране. За да се намали напрежението на обръча, керамиката трябва да се държи отвън, а не вътре. И накрая, трябва внимателно да се обмисли необходимостта от геометрични допуски и повърхностна обработка, тъй като те значително ще увеличат ненужните разходи. Следвайки тези насоки и най-добри практики за избор на материали и координиране с доставчиците от началото на проекта, може да се постигне идеално решение за всяко тежко приложение на услугата. Тази информация е извлечена от материали, предоставени от Morgan Advanced Materials и е прегледана и адаптирана. Morgan Advanced Materials-техническа керамика. (2019 г., 28 ноември). Усъвършенствани керамични материали за взискателни сервизни приложения. AZoM. Извлечено от https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 на 7 юли 2021 г. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Усъвършенствани керамични материали за взискателни сервизни приложения“. AZoM. 7 юли 2021 г. . Morgan Advanced Materials-техническа керамика. „Усъвършенствани керамични материали за взискателни сервизни приложения“. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Достъп до 7 юли 2021 г.). Morgan Advanced Materials-техническа керамика. 2019. Усъвършенствани керамични материали за взискателни сервизни приложения. AZoM, прегледан на 7 юли 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM и управляващият директор на Camfil в Обединеното кралство Дейвид Моултън обсъдиха решенията за филтриране на въздуха на компанията и как те могат да помогнат за осигуряването на по-безопасна работна среда за хората в строителната индустрия. В това интервю продуктовият мениджър на AZoM и ELTRA д-р Алън Клостермайер говори за бърз и надежден O/N/H анализ на високи тегла на проби. В това интервю AZoM и Чък Чимино, старши продуктов мениджър в Lake Shore Cryotronics, обсъдиха предимствата на тяхната система за измерване на синхронизиращ източник M81. Zeus Bioweb™ е технология, която електроспудва PTFE в полимерни влакна с изключително малки диаметри, вариращи от нанометри до микрометри. Софтуерът за термичен анализ STARe на METTLER TOLEDO осигурява невероятна гъвкавост и неограничени възможности за оценка.