Pokročilé keramické materiály pro náročné servisní aplikace

Pro vylepšení vašeho zážitku používáme soubory cookie. Pokračováním v procházení tohoto webu souhlasíte s naším používáním souborů cookie. Více informací. Neexistuje žádná oficiální definice seriózní služby. Lze to chápat jako provozní podmínky, kdy jsou náklady na výměnu ventilu vysoké nebo je snížena zpracovatelská kapacita. Existuje celosvětová potřeba snížit náklady na procesní výrobu, aby se zvýšila ziskovost všech odvětví zapojených do špatných servisních podmínek. Ty sahají od ropy a plynu a petrochemie až po jadernou energii a výrobu energie, zpracování nerostů a těžbu. Návrháři a inženýři se tohoto cíle snaží dosáhnout různými způsoby. Nejvhodnější metodou je zvýšení doby provozuschopnosti a účinnosti efektivním řízením parametrů procesu (jako je efektivní odstavení a optimalizované řízení toku). Zásadní roli hraje také optimalizace bezpečnosti, protože omezení výměny může vést k bezpečnějšímu výrobnímu prostředí. Kromě toho společnost pracuje na minimalizaci zásob zařízení, včetně čerpadel a ventilů, a na požadované likvidaci. Majitelé zařízení zároveň očekávají obrovský posun ve svém majetku. Výsledkem je, že zvýšená zpracovatelská kapacita má za následek méně trubek a zařízení (ale větší průměry) a méně přístrojů pro stejný proud produktu. To ukazuje, že kromě toho, že musí být větší pro širší průměr potrubí, musí jeden komponent systému také odolat dlouhodobému vystavení drsnému prostředí, aby se snížila potřeba údržby a výměny za provozu. Komponenty včetně ventilů a ventilových koulí musí být robustní, aby vyhovovaly požadované aplikaci, ale mohou také poskytovat delší životnost. Hlavním problémem většiny aplikací je však to, že kovové části dosáhly limitu svého výkonu. To naznačuje, že konstruktéři mohou najít alternativy k nekovovým materiálům, zejména keramickým materiálům, pro náročné servisní aplikace. Mezi typické parametry vyžadované pro provoz součástí v náročných provozních podmínkách patří odolnost proti tepelným šokům, odolnost proti korozi, odolnost proti únavě, tvrdost, pevnost a houževnatost. Odolnost je klíčovým parametrem, protože součásti, které jsou méně odolné, mohou katastrofálně selhat. Houževnatost keramických materiálů je definována jako odolnost proti šíření trhlin. V některých případech může být měřena pomocí indentační metody, což vede k uměle vysokým hodnotám. Použití paprsku s jednostranným řezem může poskytnout přesná měření. Pevnost souvisí s houževnatostí, ale vztahuje se k jedinému bodu, kdy materiál při působení napětí katastrofálně selže. Běžně se označuje jako "modul lomu" a měří se provedením tříbodového nebo čtyřbodového měření pevnosti v ohybu na zkušební tyči. Tříbodový test poskytuje hodnotu, která je o 1 % vyšší než čtyřbodový test. Přestože tvrdost lze měřit různými stupnicemi včetně Rockwell a Vickers, stupnice mikrotvrdosti podle Vickerse je velmi vhodná pro pokročilé keramické materiály. Tvrdost je přímo úměrná odolnosti materiálu proti opotřebení. U ventilu pracujícího cyklickým způsobem je hlavním problémem únava v důsledku kontinuálního otevírání a zavírání ventilu. Únava je práh pevnosti, za kterým materiál často selže pod svou normální pevnost v ohybu. Odolnost proti korozi závisí na provozním prostředí a médiu obsahujícím materiál. V této oblasti má mnoho pokročilých keramických materiálů oproti kovům výhody, s výjimkou „hydrotermální degradace“, ke které dochází, když jsou některé materiály na bázi oxidu zirkoničitého vystaveny vysokoteplotní páře. Geometrie součásti, koeficient tepelné roztažnosti, tepelná vodivost, houževnatost a pevnost jsou ovlivněny tepelným šokem. Toto je oblast vedoucí k vysoké tepelné vodivosti a houževnatosti, takže kovové části mohou efektivně fungovat. Pokroky v keramických materiálech však nyní poskytují přijatelnou úroveň odolnosti proti tepelným šokům. Pokročilá keramika se používá již mnoho let a je oblíbená mezi inženýry spolehlivosti, inženýry závodů a konstruktéry ventilů, kteří vyžadují vysoký výkon a hodnotu. Podle specifických požadavků aplikace existují různé individuální formulace vhodné pro širokou škálu průmyslových odvětví. Čtyři pokročilé keramiky však mají velký význam v oblasti ventilů pro náročné použití. Patří mezi ně karbid křemíku (SiC), nitrid křemíku (Si3N4), oxid hlinitý a oxid zirkoničitý. Materiály ventilu a ventilové koule jsou vybírány podle požadavků konkrétní aplikace. Ve ventilech se používají dvě hlavní formy oxidu zirkoničitého, z nichž obě mají stejný koeficient tepelné roztažnosti a tuhosti jako ocel. Oxidem hořečnatým částečně stabilizovaný oxid zirkoničitý (Mg-PSZ) má nejvyšší odolnost proti tepelným šokům a houževnatost, zatímco yttria tetragonální polykrystalický oxid zirkoničitý (Y-TZP) je tvrdší a pevnější, ale je náchylný k hydrotermální degradaci. Nitrid křemíku (Si3N4) má různé složení. Nejběžněji používaným materiálem pro ventily a součásti ventilů je sintrovaný nitrid křemíku pod tlakem plynu (GPSN). Kromě své průměrné houževnatosti poskytuje také vysokou tvrdost a pevnost, vynikající odolnost proti tepelným šokům a tepelnou stabilitu. Navíc v prostředí s vysokou teplotou páry je Si3N4 vhodnou náhradou za oxid zirkoničitý, který může zabránit hydrotermální degradaci. Když je rozpočet napnutý, může si zadavatel vybrat karbid křemíku nebo oxid hlinitý. Oba materiály mají vysokou tvrdost, ale nejsou houževnatější než oxid zirkoničitý nebo nitrid křemíku. To ukazuje, že materiál je velmi vhodný pro aplikace se statickými součástmi, jako jsou obložení ventilů a sedla ventilů, spíše než koule nebo kotouče ventilů, které jsou vystaveny vyššímu namáhání. Ve srovnání s kovovými materiály používanými v náročných aplikacích servisních ventilů (včetně ferochromu (CrFe), karbidu wolframu, Hastelloy a stellitu) mají pokročilé keramické materiály nižší houževnatost a podobnou pevnost. Náročné servisní aplikace zahrnují použití rotačních ventilů, jako jsou škrticí ventily, čepy, plovoucí kulové ventily a pružinové ventily. V takových aplikacích vykazují Si3N4 a oxid zirkoničitý odolnost proti tepelným šokům, houževnatost a pevnost, aby se přizpůsobily nejnáročnějším prostředím. Vzhledem k tvrdosti a odolnosti materiálu proti korozi je životnost dílů několikanásobně zvýšena ve srovnání s kovovými díly. Mezi další výhody patří výkonnostní charakteristiky ventilu po celou dobu jeho životnosti, zejména v oblastech, kde si zachovává svou uzavírací schopnost a kontrolu. To je demonstrováno v aplikaci, kde 65 mm (2,6 palce) ventil kynar/RTFE kulička a vložka jsou vystaveny 98% kyselině sírové a ilmenitu, který se přeměňuje na pigment oxidu titanu. Korozivní povaha médií znamená, že životnost těchto součástí může být až šest týdnů. Použití obložení kulového ventilu vyrobeného společností Nilcra™ (obrázek 1), což je patentovaná oxidem hořečnatým částečně stabilizovaný oxid zirkoničitý (Mg-PSZ), má vynikající tvrdost a odolnost proti korozi a může poskytnout tři roky nepřetržitého provozu bez jakékoli detekovatelné opotřebení. V lineárních ventilech, včetně rohových ventilů, škrticích ventilů nebo kulových ventilů, jsou díky vlastnostem "tvrdého těsnění" těchto produktů vhodné pro ventilové kuželky a ventilová sedla oxid zirkoničitý a nitrid křemíku. Podobně lze oxid hlinitý použít pro některá těsnění a klece. Přizpůsobením brusných kuliček na sedle ventilu lze dosáhnout vysokého stupně utěsnění. Pro obložení ventilů, včetně jádra ventilu, vstupu a výstupu nebo obložení těla ventilu, lze podle požadavků aplikace použít kterýkoli ze čtyř hlavních keramických materiálů. Vysoká tvrdost a odolnost materiálu proti korozi se ukázaly jako přínosné z hlediska výkonu produktu a životnosti. Vezměte si jako příklad škrticí klapku DN150 používanou v australské rafinerii bauxitu. Vysoký obsah oxidu křemičitého v médiu zajišťuje vysokou úroveň opotřebení ventilového obložení. Původně používaná těsnění a kotouče byly vyrobeny z 28% slitiny CrFe a vydržely pouze osm až deset týdnů. Avšak s ventily vyrobenými z oxidu zirkoničitého Nilcra™ (obrázek 2) se životnost zvýšila na 70 týdnů. Díky své houževnatosti a pevnosti funguje keramika dobře ve většině aplikací ventilů. Právě jejich tvrdost a odolnost proti korozi však napomáhají ke zvýšení životnosti ventilu. To zase snižuje náklady na celý životní cyklus snížením prostojů na náhradní díly, snížením provozního kapitálu a zásob, minimální ruční manipulací a zlepšením bezpečnosti snížením úniků. Aplikace keramických materiálů ve vysokotlakých ventilech byla dlouhou dobu jedním z hlavních problémů, protože tyto ventily jsou vystaveny vysokému axiálnímu nebo torznímu zatížení. Hlavní hráči v této oblasti však nyní vyvíjejí konstrukce kulových ventilů, aby zlepšily životnost hnacího momentu. Dalším velkým omezením je měřítko. Velikost největšího sedla ventilu a největší koule ventilu (obrázek 3) vyrobené z částečně stabilizovaného oxidu zirkoničitého s oxidem hořečnatým je DN500 a DN250. Většina specifikátorů však v současné době upřednostňuje keramiku pro součásti pod těmito rozměry. Ačkoli se nyní ukázalo, že keramické materiály jsou vhodnou volbou, je třeba dodržovat několik jednoduchých pokynů, aby se maximalizoval jejich výkon. Keramické materiály by měly být použity jako první pouze tehdy, když je třeba snížit náklady na minimum. Uvnitř i venku je třeba se vyhnout ostrým rohům a koncentraci stresu. Jakýkoli potenciální nesoulad s tepelnou roztažností musí být zvážen ve fázi návrhu. Aby se snížilo namáhání obruče, musí být keramika udržována venku, nikoli uvnitř. Konečně je třeba pečlivě zvážit potřebu geometrických tolerancí a povrchové úpravy, protože to výrazně zvýší zbytečné náklady. Dodržováním těchto pokynů a osvědčených postupů pro výběr materiálů a koordinaci s dodavateli od začátku projektu lze dosáhnout ideálního řešení pro každou drsnou servisní aplikaci. Tyto informace jsou odvozeny z materiálů poskytnutých společností Morgan Advanced Materials a byly zkontrolovány a upraveny. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28. listopadu 2019). Pokročilé keramické materiály pro náročné servisní aplikace. AZOM. Převzato z https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 dne 7. července 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Pokročilé keramické materiály pro náročné servisní aplikace“. AZOM. 7. července 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Pokročilé keramické materiály pro náročné servisní aplikace“. AZOM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Přístup 7. července 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Pokročilé keramické materiály pro náročné servisní aplikace. AZoM, zobrazeno 7. července 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM a výkonný ředitel Camfil pro Spojené království David Moulton diskutovali o řešeních společnosti pro filtraci vzduchu a o tom, jak mohou pomoci zajistit bezpečnější pracovní prostředí pro lidi ve stavebním průmyslu. V tomto rozhovoru hovořili AZoM a produktový manažer ELTRA Dr. Alan Klostermeier o rychlé a spolehlivé O/N/H analýze vzorků s vysokou hmotností. V tomto rozhovoru AZoM a Chuck Cimino, Senior Product Manager v Lake Shore Cryotronics, diskutovali o výhodách jejich systému měření synchronizačního zdroje M81. Zeus Bioweb™ je technologie, která elektrostaticky zvlákňuje PTFE do polymerních vláken s extrémně malými průměry v rozmezí od nanometrů po mikrometry. Software METTLER TOLEDO STARe pro tepelnou analýzu poskytuje neuvěřitelnou flexibilitu a neomezené možnosti vyhodnocování.