Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne aplikacije

Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pretraživanja ove web stranice, slažete se s našom upotrebom kolačića. Više informacija. Ne postoji zvanična definicija ozbiljne službe. Može se shvatiti kao radni uvjeti u kojima su troškovi zamjene ventila visoki ili je kapacitet obrade smanjen. Postoji globalna potreba za smanjenjem troškova procesa proizvodnje kako bi se povećala profitabilnost svih sektora koji su uključeni u loše uslove usluge. Oni se kreću od nafte i plina i petrokemije do nuklearne energije i proizvodnje električne energije, prerade minerala i rudarstva. Dizajneri i inženjeri pokušavaju postići ovaj cilj na različite načine. Najprikladniji metod je povećanje vremena rada i efikasnosti efektivnom kontrolom parametara procesa (kao što su efektivno zaustavljanje i optimizovana kontrola protoka). Optimizacija sigurnosti također igra vitalnu ulogu, jer smanjenje zamjene može dovesti do sigurnijeg proizvodnog okruženja. Pored toga, kompanija radi na minimiziranju inventara opreme, uključujući pumpe i ventile, i potrebnog odlaganja. Istovremeno, vlasnici objekata očekuju ogroman pomak u njihovoj imovini. Kao rezultat toga, povećan kapacitet obrade rezultira manjim brojem cijevi i opreme (ali većeg promjera) i manje instrumenata za isti tok proizvoda. Ovo pokazuje da osim što mora da bude veća za širi prečnik cevi, jedna komponenta sistema takođe treba da izdrži produženo izlaganje teškim okruženjima kako bi se smanjila potreba za održavanjem i zamenom tokom rada. Komponente uključujući ventile i kugle ventila moraju biti robusne kako bi odgovarale željenoj primjeni, ali također mogu pružiti duži vijek trajanja. Međutim, glavni problem kod većine aplikacija je taj što su metalni dijelovi dostigli granicu svojih performansi. Ovo ukazuje na to da dizajneri mogu pronaći alternative nemetalnim materijalima, posebno keramičkim materijalima, za zahtjevne servisne primjene. Tipični parametri potrebni za rad komponenti u teškim uslovima rada uključuju otpornost na termički udar, otpornost na koroziju, otpornost na zamor, tvrdoću, čvrstoću i žilavost. Otpornost je ključni parametar, jer komponente koje su manje otporne mogu katastrofalno otkazati. Žilavost keramičkih materijala definira se kao otpornost na širenje pukotina. U nekim slučajevima, može se izmjeriti metodom udubljenja, što rezultira umjetno visokim vrijednostima. Upotreba jednostrane rezne grede može pružiti precizna mjerenja. Čvrstoća je povezana sa žilavošću, ali se odnosi na jednu tačku u kojoj materijal katastrofalno pokvari kada se primeni naprezanje. Obično se naziva "modul rupture" i mjeri se izvođenjem mjerenja čvrstoće savijanja u tri ili četiri tačke na ispitnoj šipki. Test sa tri tačke daje vrednost koja je 1% veća od testa sa četiri tačke. Iako se tvrdoća može mjeriti raznim skalama uključujući Rockwell i Vickers, Vickersova mikrotvrdoća je vrlo pogodna za napredne keramičke materijale. Tvrdoća je direktno proporcionalna otpornosti materijala na habanje. U ventilu koji radi cikličnom metodom, zamor je glavni problem zbog neprekidnog otvaranja i zatvaranja ventila. Zamor je prag čvrstoće, iznad kojeg će materijal često propasti ispod svoje normalne čvrstoće na savijanje. Otpornost na koroziju ovisi o radnom okruženju i mediju koji sadrži materijal. U ovoj oblasti, mnogi napredni keramički materijali imaju prednosti u odnosu na metale, osim "hidrotermalne degradacije", koja se događa kada su neki materijali na bazi cirkonija izloženi pari visoke temperature. Termički udar utiče na geometriju delova, koeficijent toplotnog širenja, toplotnu provodljivost, žilavost i čvrstoću. Ovo je područje pogodno za visoku toplotnu provodljivost i žilavost, tako da metalni dijelovi mogu efikasno funkcionirati. Međutim, napredak u keramičkim materijalima sada pruža prihvatljiv nivo otpornosti na termalni udar. Napredna keramika se koristi dugi niz godina i popularna je među inženjerima pouzdanosti, inženjerima postrojenja i dizajnerima ventila koji zahtijevaju visoke performanse i vrijednost. Prema specifičnim zahtjevima primjene, postoje različite pojedinačne formulacije pogodne za širok spektar industrija. Međutim, četiri napredne keramike su od velikog značaja u oblasti ventila za teške servise. Oni uključuju silicijum karbid (SiC), silicijum nitrid (Si3N4), glinicu i cirkonijum. Materijali ventila i kugle ventila biraju se prema specifičnim zahtjevima primjene. Dva glavna oblika cirkonija se koriste u ventilima, od kojih oba imaju isti koeficijent toplinske ekspanzije i krutosti kao čelik. Magnezijum oksid delimično stabilizovan cirkonijum (Mg-PSZ) ima najveću otpornost na termički udar i žilavost, dok je itrij tetragonalni polikristalni cirkonijum (Y-TZP) tvrđi i jači, ali je podložan hidrotermalnoj degradaciji. Silicijum nitrid (Si3N4) ima različite formulacije. Sinterovani silicijum nitrid pod pritiskom (GPSN) je najčešće korišćeni materijal za ventile i komponente ventila. Osim svoje prosječne žilavosti, također pruža visoku tvrdoću i čvrstoću, odličnu otpornost na toplinske udare i termičku stabilnost. Osim toga, u okruženjima pare visoke temperature, Si3N4 je prikladna zamjena za cirkonij, koji može spriječiti hidrotermalnu degradaciju. Kada je budžet mali, specificator može izabrati silicijum karbid ili glinicu. Oba materijala imaju visoku tvrdoću, ali nisu čvršća od cirkonija ili silicijum nitrida. To pokazuje da je materijal vrlo pogodan za primjenu statičkih komponenti, kao što su obloge ventila i sjedišta ventila, a ne kuglice ventila ili diskovi koji su podložni većem naprezanju. U poređenju s metalnim materijalima koji se koriste u teškim primjenama ventila (uključujući ferohrom (CrFe), volfram karbid, Hastelloy i Stellite), napredni keramički materijali imaju manju žilavost i sličnu snagu. Teške servisne primjene uključuju upotrebu rotacijskih ventila, kao što su leptir ventili, klinovi, plutajući kuglični ventili i opružni ventili. U takvim primenama, Si3N4 i cirkonijum pokazuju otpornost na toplotni udar, žilavost i snagu da se prilagode najzahtevnijim okruženjima. Zbog tvrdoće i otpornosti materijala na koroziju, vijek trajanja dijelova je nekoliko puta povećan u odnosu na metalne dijelove. Ostale prednosti uključuju karakteristike performansi ventila tokom njegovog vijeka trajanja, posebno u područjima gdje održava svoj kapacitet zatvaranja i kontrolu. Ovo je demonstrirano u aplikaciji u kojoj su 65 mm (2,6 in) ventil kynar/RTFE kugla i obloga izloženi 98% sumpornoj kiselini i ilmenitu, koji se pretvara u pigment titanijum oksida. Korozivna priroda medija znači da vijek trajanja ovih komponenti može biti i do šest sedmica. Međutim, upotreba obruba kugličnih ventila koje je napravio Nilcra™ (slika 1), koji je vlasnički magnezijum oksid djelomično stabiliziran cirkonij (Mg-PSZ), ima odličnu tvrdoću i otpornost na koroziju, te može pružiti tri godine neprekidnog rada bez ikakvog detektiranja. habanje. U linearnim ventilima, uključujući ugaone ventile, prigušne ventile ili globusne ventile, zbog karakteristika "tvrdog zaptivača" ovih proizvoda, cirkonijum i silicijum nitrid su pogodni za čepove ventila i sedišta ventila. Slično, glinica se može koristiti za neke zaptivke i kaveze. Usklađivanjem kuglica za mljevenje na sjedištu ventila može se postići visok stepen zaptivanja. Za obloge ventila, uključujući jezgro ventila, ulaz i izlaz ili oblogu tijela ventila, može se koristiti bilo koji od četiri glavna keramička materijala u skladu sa zahtjevima primjene. Visoka tvrdoća i otpornost na koroziju materijala su se pokazala korisnim u pogledu performansi proizvoda i vijeka trajanja. Uzmimo za primjer leptir ventil DN150 koji se koristi u australskoj rafineriji boksita. Visok sadržaj silicijum dioksida u medijumu obezbeđuje visok nivo habanja obloge ventila. Zaptivke i diskovi koji su prvobitno korišćeni bili su napravljeni od 28% legure CrFe i trajali su samo osam do deset nedelja. Međutim, sa ventilima napravljenim od Nilcra™ cirkonija (slika 2), vijek trajanja je povećan na 70 sedmica. Zbog svoje žilavosti i čvrstoće, keramika dobro funkcionira u većini primjena ventila. Međutim, njihova tvrdoća i otpornost na koroziju pomažu produžiti vijek trajanja ventila. Ovo zauzvrat smanjuje troškove cijelog životnog ciklusa smanjujući vrijeme zastoja za zamjenske dijelove, smanjujući obrtni kapital i zalihe, minimalno ručno rukovanje i poboljšavajući sigurnost smanjenjem curenja. Već duže vrijeme primjena keramičkih materijala u ventilima visokog pritiska predstavlja jedan od glavnih problema, jer su ovi ventili podložni velikim aksijalnim ili torzijskim opterećenjima. Međutim, glavni igrači u ovoj oblasti sada razvijaju dizajn kuglica ventila kako bi poboljšali preživljavanje pogonskog momenta. Drugo veliko ograničenje je obim. Veličina najvećeg sjedišta ventila i najveće kugle ventila (slika 3) proizvedenih od djelomično stabiliziranog cirkonija s magnezijevim oksidom je DN500 i DN250, respektivno. Međutim, većina specifikacija trenutno preferira keramiku za komponente ispod ovih veličina. Iako je sada dokazano da su keramički materijali prikladan izbor, potrebno je slijediti neke jednostavne smjernice kako bi se maksimizirale njihove performanse. Keramičke materijale treba prvo koristiti samo kada troškove treba svesti na minimum. Oštre uglove i koncentraciju naprezanja treba izbjegavati kako iznutra tako i izvana. Svaka potencijalna neusklađenost termičkog širenja mora se uzeti u obzir tokom faze projektovanja. Kako bi se smanjio naprezanje obruča, keramika se mora držati vani, a ne unutra. Konačno, potrebno je pažljivo razmotriti potrebu za geometrijskim tolerancijama i završnom obradom površine, jer će to značajno povećati nepotrebne troškove. Prateći ove smjernice i najbolje prakse za odabir materijala i koordinaciju s dobavljačima od početka projekta, može se postići idealno rješenje za svaku oštru primjenu usluga. Ove informacije su izvedene iz materijala Morgan Advanced Materials i pregledane su i prilagođene. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28. novembar). Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne aplikacije. AZoM. Preuzeto sa https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 7. jula 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene". AZoM. 7. jul 2021. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Pristupljeno 7. jula 2021.). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene. AZoM, pogledano 7. jula 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM i generalni direktor Camfila u Velikoj Britaniji David Moulton razgovarali su o rješenjima za filtriranje zraka kompanije i kako ona mogu pomoći u obezbjeđivanju sigurnijeg radnog okruženja za ljude u građevinskoj industriji. U ovom intervjuu, AZoM i ELTRA produkt menadžer dr. Alan Klostermeier govorili su o brzoj i pouzdanoj O/N/H analizi velikih težina uzoraka. U ovom intervjuu, AZoM i Chuck Cimino, viši menadžer proizvoda u Lake Shore Cryotronics, razgovarali su o prednostima svog M81 sistema za mjerenje izvora sinhronizacije. Zeus Bioweb™ je tehnologija koja elektrosprenu PTFE u polimerna vlakna izuzetno malih promjera u rasponu od nanometara do mikrometara. METTLER TOLEDO-ov softver za termičku analizu STARe pruža nevjerovatnu fleksibilnost i neograničene mogućnosti procjene.