Avancerede keramiske materialer til barske serviceopgaver

Der er ingen formel servicedefinition. Det kan anses for at henvise til de høje omkostninger ved at udskifte ventilen eller arbejdsforholdene, der reducerer forarbejdningskapaciteten. Det globale behov for at reducere procesproduktionsomkostningerne for at forbedre rentabiliteten for alle sektorer, der er involveret i barske serviceforhold. Disse spænder fra olie og gas, petrokemikalier til atomkraft og elproduktion, mineralforarbejdning og minedrift. Designere og ingeniører forsøger at nå dette mål på forskellige måder. Den mest passende metode er at øge oppetiden og effektiviteten ved effektivt at kontrollere procesparametre (såsom effektiv nedlukning og optimeret flowkontrol). Sikkerhedsoptimering spiller også en afgørende rolle, fordi reduktion af antallet af udskiftninger kan føre til et sikrere produktionsmiljø. Derudover arbejder virksomheden på at reducere udstyr (inklusive pumper og ventiler) lagerbeholdning og nødvendig bortskaffelse. Samtidig forventer anlægsejere en enorm omsætning fra deres aktiver. Derfor vil øget forarbejdningskapacitet resultere i færre (men større diameter) rør og udstyr og færre instrumenter til den samme produktstrøm. Dette viser, at ud over at skulle bruge større individuelle systemkomponenter til bredere rørdiametre, er det også nødvendigt at udholde langvarig udsættelse for barske miljøer for at reducere vedligeholdelses- og udskiftningskrav under drift. Komponenter, herunder ventiler og ventilkugler, skal være robuste for at passe til den ønskede anvendelse, men de kan også forlænge deres levetid. Men hovedproblemet med de fleste applikationer er, at metaldele har nået deres ydeevnegrænser. Dette indikerer, at designere kan finde alternativer til ikke-metalliske materialer i krævende applikationer, især keramiske materialer. Typiske parametre, der kræves for at betjene komponenter under barske forhold, omfatter termisk stødmodstand, korrosionsbestandighed, udmattelsesbestandighed, hårdhed, styrke og sejhed. Resiliens er en nøgleparameter, fordi komponenter, der er mindre modstandsdygtige, kan svigte katastrofalt. Sejheden af ​​keramiske materialer er defineret som modstanden mod revneudbredelse. I nogle tilfælde kan det måles ved hjælp af indrykningsmetoden for at opnå en kunstig høj værdi. Brugen af ​​en enkeltsidet snitstråle kan give nøjagtige måleresultater. Styrke er relateret til sejhed, men henviser til et enkelt punkt, hvor et materiale ødelægges katastrofalt, når der påføres stress. Det omtales almindeligvis som "brudmodulet" og opnås ved at måle trepunkts- eller firepunktsbøjningsstyrken på en teststang. Værdien af ​​trepunktstesten er 1 % højere end værdien af ​​firepunktstesten. Selvom mange vægte inklusive Rockwell hårdhedstester og Vickers hårdhedstester kan bruges til at måle hårdhed, er Vickers mikrohårdhedsskala meget velegnet til avancerede keramiske materialer. Hårdheden ændres i forhold til materialets slidstyrke. I ventiler, der fungerer på en cyklisk måde, er træthed den største bekymring på grund af den kontinuerlige åbning og lukning af ventilen. Træthed er tærsklen til styrke. Ud over denne tærskel har materialet en tendens til at svigte under dets normale bøjningsstyrke. Korrosionsbestandighed afhænger af driftsmiljøet og mediet, der indeholder materialet. Ud over "hydrotermisk nedbrydning" er mange avancerede keramiske materialer metaller overlegne på dette område, og visse zirconiumoxid-baserede materialer vil gennemgå "hydrotermisk nedbrydning" efter at være blevet udsat for højtemperaturdamp. Komponenternes geometri, termiske udvidelseskoefficient, termiske ledningsevne, sejhed og styrke påvirkes af termisk stød. Dette område er befordrende for høj varmeledningsevne og sejhed, så metalkomponenterne kan fungere effektivt. Fremskridt inden for keramiske materialer giver imidlertid nu acceptable niveauer af modstand mod termisk stød. Avanceret keramik har været brugt i mange år og er populær blandt pålidelighedsingeniører, anlægsingeniører og ventildesignere, som kræver høj ydeevne og høj værdi. I henhold til specifikke anvendelseskrav er det velegnet til forskellige formuleringer i en række forskellige industrier. Fire avancerede keramik har dog stor betydning inden for streng vedligeholdelse af ventiler, herunder siliciumcarbid (SiC), siliciumnitrid (Si3N4), alumina og zirconia. Materialerne til ventilen og ventilkuglen vælges i henhold til de specifikke anvendelseskrav. Ventilen bruger to hovedformer af zirconia, som har samme termiske udvidelseskoefficient og stivhed som stål. Magnesiumoxid delvist stabiliseret zirconia (Mg-PSZ) har den højeste termiske stødmodstand og sejhed, mens yttria tetragonal zirconia polycrystalline (Y-TZP) er hårdere, men er modtagelig for hydrotermisk nedbrydning. Siliciumnitrid (Si3N4) har forskellige formuleringer. Gastryksintret siliciumnitrid (GPPSN) er det mest almindeligt anvendte materiale til ventiler og ventilkomponenter. Ud over dens gennemsnitlige sejhed har den også høj hårdhed og styrke, fremragende termisk stødmodstand og termisk stabilitet. I dampmiljøer med høje temperaturer kan Si3N4 desuden erstatte zirconia for at forhindre hydrotermisk nedbrydning. Med et strammere budget kan koncentratoren vælge mellem SiC eller aluminiumoxid. Begge materialer har høj hårdhed, men er ikke hårdere end zirconia eller siliciumnitrid. Dette viser, at materialet er meget velegnet til statiske komponentanvendelser, såsom ventilforinger og ventilsæder, frem for ventilkugler eller skiver, der udsættes for højere belastning. Sammenlignet med de metalmaterialer, der bruges i krævende ventilapplikationer (herunder ferrochrom (CrFe), wolframcarbid, Hastelloy og Stellite), har avancerede keramiske materialer lavere sejhed og lignende styrke. Krævende serviceapplikationer involverer brugen af ​​roterende ventiler, såsom spjældventiler, tapp, flydende kugleventiler og fjedre. I sådanne applikationer har Si3N4 og zirconia termisk stødbestandighed, sejhed og styrke og kan tilpasse sig de mest krævende miljøer. På grund af materialets hårdhed og korrosionsbestandighed er komponentens levetid flere gange så lang som metalkomponenten. Andre fordele omfatter ydeevnekarakteristika over ventilens levetid, især i områder, hvor afskærings- og kontrolfunktioner opretholdes. Dette blev demonstreret i tilfælde af en 65 mm (2,6 tommer) ventil kynar/RTFE kugle og liner udsat for 98 % svovlsyre plus ilmenit, hvor ilmenitten omdannes til titaniumoxidpigment. Mediernes ætsende karakter betyder, at disse komponenters levetid kan være helt op til seks uger. Imidlertid har brugen af ​​sfærisk ventilbeklædning (en proprietær magnesiumoxid delvist stabiliseret zirconia (Mg-PSZ)) fremstillet af Nilcra™ (Figur 1) fremragende hårdhed og korrosionsbestandighed og har været leveret i tre år. Intermitterende service, uden nogen synlig slitage. I lineære ventiler (inklusive vinkelventiler, drosselventiler eller kugleventiler) er zirkoniumoxid og siliciumnitrid på grund af disse produkters "hårde sæde"-egenskaber velegnede til både ventilpropper og ventilsæder. På samme måde kan aluminiumoxid bruges i visse foringer og bure. Gennem den matchende kugle på sæderingen kan der opnås en høj grad af tætning. Til ventilkernen, inklusive spoleventil, indløb og udløb eller ventilhusbøsning, kan et hvilket som helst af de fire keramiske hovedmaterialer bruges i henhold til anvendelseskravene. Materialets høje hårdhed og korrosionsbestandighed har vist sig at være gavnlig i forhold til produktets ydeevne og levetid. Tag DN150 sommerfugleventilen brugt i det australske bauxitraffinaderi som et eksempel. Det høje indhold af silica i mediet forårsager høje niveauer af slid på ventilbøsningerne. Foringen og ventilskiven, der blev brugt i starten, var lavet af 28% CrFe-legering og holdt kun otte til ti uger. Men på grund af introduktionen af ​​ventiler lavet af Nilcra™ zirconia (Figur 2), er levetiden blevet øget til 70 uger. På grund af dets sejhed og styrke fungerer keramik godt i de fleste ventilapplikationer. Det er dog deres hårdhed og korrosionsbestandighed, der hjælper med at forlænge ventilens levetid. Til gengæld reducerer dette omkostningerne for hele livscyklussen ved at reducere nedetiden for reservedele, reduceret arbejdskapital og lagerbeholdning, minimal manuel håndtering og forbedret sikkerhed gennem reduceret lækage. I lang tid har anvendelsen af ​​keramiske materialer i højtryksventiler været en af ​​de største bekymringer, fordi disse ventiler er udsat for høje aksiale eller torsionsbelastninger. Imidlertid udvikler store aktører på dette område ventilkugledesigns, der forbedrer overlevelsesevnen af ​​aktiveringsmomentet. Den anden store begrænsning er størrelsen. Størrelsen af ​​det største ventilsæde og største ventilkugle (figur 3) produceret af delvist stabiliseret zirconia er henholdsvis DN500 og DN250. Imidlertid foretrækker de fleste nuværende specifikationer at bruge keramik til at fremstille dele, hvis dimensioner ikke overstiger disse dimensioner. Selvom keramiske materialer nu har vist sig at være et passende valg, er der stadig nogle enkle retningslinjer, der skal følges for at maksimere deres ydeevne. Keramiske materialer bør kun anvendes først, hvis der er behov for at reducere omkostningerne. Både inde og ude bør undgå skarpe hjørner og stresskoncentration. Enhver potentiel termisk ekspansionsmismatch skal tages i betragtning under designfasen. For at reducere bøjlespændingen er det nødvendigt at holde keramikken udenfor i stedet for inde. Endelig bør behovet for geometriske tolerancer og overfladebehandling nøje overvejes, da disse tolerancer kan øge unødvendige omkostninger markant. Ved at følge disse retningslinjer og bedste praksis ved valg af materialer og koordinering med leverandører fra starten af ​​projektet, kan der opnås en ideel løsning for hver krævende serviceapplikation. Disse oplysninger er indhentet, gennemgået og tilpasset fra materialer leveret af Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Teknisk Keramik. (28. november 2019). Avancerede keramiske materialer velegnet til seriøse serviceopgaver. AZoM. Hentet fra https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 den 26. maj 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Avancerede keramiske materialer til seriøse serviceapplikationer". AZoM. 26. maj 2021. Morgan Advanced Materials-Teknisk Keramik. "Avancerede keramiske materialer til seriøse serviceapplikationer". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Få adgang den 26. maj 2021). Morgan Advanced Materials-Teknisk Keramik. 2019. Avancerede keramiske materialer velegnet til seriøse serviceopgaver. AZoM, set den 26. maj 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM talte med lektorerne Arda Gozen, George og Joan Berry fra Washington State University. Arda er en del af et team af flere institutioner, der er dedikeret til at skabe stilladser af konstrueret væv ved at efterligne menneskets vævs egenskaber. I dette interview talte AZoM med Dr. Tim Nunney og Dr. Adam Bushell fra Thermo Fisher Scientific om Nexsa G2 overfladeanalysesystemet. I dette interview talte AZoM og Dr. Juan Araneda, leder af anvendt kemi i Nanalyse, om den stigende brug og anvendelighed af NMR, og hvordan man kan hjælpe med analysen af ​​lithiumaflejringer. Lecos GDS850 glødeudladningsspektrometer kan bruges til at analysere forskellige metallurgiske materialer. Det giver også en kvantitativ dybdeprofilering af materialet. Den har en rækkevidde på 120-800 nm og er alsidig. Hardinge® T-seriens drejecentre og SUPER-PRECISION® T-seriens drejecentre er anerkendte markedsledere inden for ultra-præcision og hårde drejeapplikationer. Vi bruger cookies til at forbedre din oplevelse. Ved at fortsætte med at browse på denne hjemmeside accepterer du vores brug af cookies. Mere information.