Προηγμένα κεραμικά υλικά για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις

Χρησιμοποιούμε cookies για να βελτιώσουμε την εμπειρία σας. Συνεχίζοντας την περιήγηση σε αυτόν τον ιστότοπο, συμφωνείτε με τη χρήση των cookies από εμάς. Περισσότερες πληροφορίες. Δεν υπάρχει επίσημος ορισμός της σοβαρής υπηρεσίας. Μπορεί να γίνει κατανοητό ως συνθήκες λειτουργίας όπου το κόστος αντικατάστασης της βαλβίδας είναι υψηλό ή η ικανότητα επεξεργασίας μειώνεται. Υπάρχει παγκόσμια ανάγκη μείωσης του κόστους παραγωγής διεργασιών προκειμένου να αυξηθεί η κερδοφορία όλων των τομέων που εμπλέκονται σε κακές συνθήκες εξυπηρέτησης. Αυτά κυμαίνονται από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και τα πετροχημικά μέχρι την πυρηνική ενέργεια και την παραγωγή ενέργειας, την επεξεργασία ορυκτών και την εξόρυξη. Οι σχεδιαστές και οι μηχανικοί προσπαθούν να επιτύχουν αυτόν τον στόχο με διαφορετικούς τρόπους. Η καταλληλότερη μέθοδος είναι η αύξηση του χρόνου λειτουργίας και της απόδοσης ελέγχοντας αποτελεσματικά τις παραμέτρους της διαδικασίας (όπως ο αποτελεσματικός τερματισμός λειτουργίας και ο βελτιστοποιημένος έλεγχος ροής). Η βελτιστοποίηση της ασφάλειας παίζει επίσης ζωτικό ρόλο, επειδή η μείωση της αντικατάστασης μπορεί να οδηγήσει σε ένα ασφαλέστερο περιβάλλον παραγωγής. Επιπλέον, η εταιρεία εργάζεται για την ελαχιστοποίηση του αποθέματος εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένων των αντλιών και των βαλβίδων, και την απαιτούμενη απόρριψη. Ταυτόχρονα, οι ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων αναμένουν τεράστια μετατόπιση στα περιουσιακά τους στοιχεία. Ως αποτέλεσμα, η αυξημένη ικανότητα επεξεργασίας έχει ως αποτέλεσμα λιγότερους σωλήνες και εξοπλισμό (αλλά μεγαλύτερες διαμέτρους) και λιγότερα όργανα για την ίδια ροή προϊόντων. Αυτό δείχνει ότι εκτός από το ότι πρέπει να είναι μεγαλύτερο για μεγαλύτερη διάμετρο σωλήνα, ένα μεμονωμένο εξάρτημα συστήματος πρέπει επίσης να αντέχει την παρατεταμένη έκθεση σε σκληρά περιβάλλοντα για να μειώσει την ανάγκη συντήρησης και αντικατάστασης κατά τη λειτουργία. Τα εξαρτήματα που περιλαμβάνουν βαλβίδες και μπίλιες βαλβίδων πρέπει να είναι στιβαρά για να ταιριάζουν στην επιθυμητή εφαρμογή, αλλά μπορούν επίσης να παρέχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ωστόσο, ένα σημαντικό πρόβλημα με τις περισσότερες εφαρμογές είναι ότι τα μεταλλικά μέρη έχουν φτάσει στο όριο της απόδοσής τους. Αυτό δείχνει ότι οι σχεδιαστές μπορεί να βρουν εναλλακτικές λύσεις για τα μη μεταλλικά υλικά, ειδικά τα κεραμικά υλικά, για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις. Οι τυπικές παράμετροι που απαιτούνται για τη λειτουργία των εξαρτημάτων υπό σοβαρές συνθήκες συντήρησης περιλαμβάνουν αντοχή σε θερμικό σοκ, αντίσταση διάβρωσης, αντίσταση κόπωσης, σκληρότητα, αντοχή και σκληρότητα. Η ανθεκτικότητα είναι μια βασική παράμετρος, επειδή τα εξαρτήματα που είναι λιγότερο ελαστικά μπορεί να αποτύχουν καταστροφικά. Η σκληρότητα των κεραμικών υλικών ορίζεται ως η αντίσταση στη διάδοση ρωγμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της εσοχής, με αποτέλεσμα τεχνητά υψηλές τιμές. Η χρήση μιας δοκού τομής μονής πλευράς μπορεί να παρέχει ακριβείς μετρήσεις. Η αντοχή σχετίζεται με τη σκληρότητα, αλλά αναφέρεται στο μεμονωμένο σημείο όπου ένα υλικό αποτυγχάνει καταστροφικά όταν ασκείται πίεση. Συνήθως αναφέρεται ως «μέτρο θραύσης» και μετράται εκτελώντας μια μέτρηση αντοχής κάμψης τριών σημείων ή τεσσάρων σημείων σε μια ράβδο δοκιμής. Η δοκιμή των τριών σημείων παρέχει μια τιμή που είναι 1% υψηλότερη από τη δοκιμή των τεσσάρων σημείων. Αν και η σκληρότητα μπορεί να μετρηθεί με διάφορες κλίμακες, συμπεριλαμβανομένων των Rockwell και Vickers, η κλίμακα μικροσκληρότητας Vickers είναι πολύ κατάλληλη για προηγμένα κεραμικά υλικά. Η σκληρότητα είναι ευθέως ανάλογη με την αντίσταση στη φθορά του υλικού. Σε μια βαλβίδα που λειτουργεί με κυκλική μέθοδο, η κόπωση είναι ένα σημαντικό πρόβλημα λόγω του συνεχούς ανοίγματος και κλεισίματος της βαλβίδας. Η κόπωση είναι το όριο αντοχής, πέραν του οποίου το υλικό συχνά αποτυγχάνει κάτω από την κανονική του αντοχή κάμψης. Η αντοχή στη διάβρωση εξαρτάται από το περιβάλλον λειτουργίας και το μέσο που περιέχει το υλικό. Στον τομέα αυτό, πολλά προηγμένα κεραμικά υλικά έχουν πλεονεκτήματα έναντι των μετάλλων, εκτός από την «υδροθερμική αποικοδόμηση», η οποία συμβαίνει όταν ορισμένα υλικά με βάση τη ζιρκονία εκτίθενται σε ατμό υψηλής θερμοκρασίας. Η γεωμετρία του εξαρτήματος, ο συντελεστής θερμικής διαστολής, η θερμική αγωγιμότητα, η σκληρότητα και η αντοχή επηρεάζονται από το θερμικό σοκ. Αυτή είναι μια περιοχή που ευνοεί την υψηλή θερμική αγωγιμότητα και σκληρότητα, έτσι ώστε τα μεταλλικά μέρη να μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά. Ωστόσο, οι εξελίξεις στα κεραμικά υλικά παρέχουν πλέον αποδεκτά επίπεδα αντοχής σε θερμικό σοκ. Τα προηγμένα κεραμικά χρησιμοποιούνται εδώ και πολλά χρόνια και είναι δημοφιλή μεταξύ των μηχανικών αξιοπιστίας, των μηχανικών εγκαταστάσεων και των σχεδιαστών βαλβίδων που απαιτούν υψηλή απόδοση και αξία. Σύμφωνα με συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής, υπάρχουν διαφορετικές μεμονωμένες συνθέσεις κατάλληλες για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών. Ωστόσο, τέσσερα προηγμένα κεραμικά έχουν μεγάλη σημασία στον τομέα των σοβαρών βαλβίδων συντήρησης. Περιλαμβάνουν καρβίδιο του πυριτίου (SiC), νιτρίδιο του πυριτίου (Si3N4), αλουμίνα και ζιρκόνιο. Τα υλικά της βαλβίδας και της σφαίρας βαλβίδας επιλέγονται σύμφωνα με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής. Στις βαλβίδες χρησιμοποιούνται δύο κύριες μορφές ζιρκονίας, και οι δύο έχουν τον ίδιο συντελεστή θερμικής διαστολής και ακαμψίας με τον χάλυβα. Η μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία με οξείδιο του μαγνησίου (Mg-PSZ) έχει την υψηλότερη αντίσταση και σκληρότητα σε θερμικό σοκ, ενώ η πολυκρυσταλλική τετραγωνική ζιρκονία υττρίας (Y-TZP) είναι σκληρότερη και ισχυρότερη, αλλά είναι ευαίσθητη σε υδροθερμική αποικοδόμηση. Το νιτρίδιο του πυριτίου (Si3N4) έχει διαφορετικές συνθέσεις. Το νιτρίδιο πυριτίου πυροσυσσωματωμένο υπό πίεση αερίου (GPPSN) είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό για βαλβίδες και εξαρτήματα βαλβίδων. Εκτός από τη μέση σκληρότητά του, παρέχει επίσης υψηλή σκληρότητα και αντοχή, εξαιρετική αντοχή στο θερμικό σοκ και θερμική σταθερότητα. Επιπλέον, σε περιβάλλοντα ατμού υψηλής θερμοκρασίας, το Si3N4 είναι κατάλληλο υποκατάστατο της ζιρκονίας, η οποία μπορεί να αποτρέψει την υδροθερμική υποβάθμιση. Όταν ο προϋπολογισμός είναι περιορισμένος, ο προσδιοριστής μπορεί να επιλέξει καρβίδιο του πυριτίου ή αλουμίνα. Και τα δύο υλικά έχουν υψηλή σκληρότητα, αλλά δεν είναι πιο σκληρά από το ζιρκόνιο ή το νιτρίδιο του πυριτίου. Αυτό δείχνει ότι το υλικό είναι πολύ κατάλληλο για εφαρμογές στατικών εξαρτημάτων, όπως επενδύσεις βαλβίδων και έδρες βαλβίδων, αντί για μπίλιες βαλβίδων ή δίσκους που υπόκεινται σε μεγαλύτερη καταπόνηση. Σε σύγκριση με τα μεταλλικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές σκληρών βαλβίδων συντήρησης (συμπεριλαμβανομένου του σιδηροχρωμίου (CrFe), του καρβιδίου του βολφραμίου, του Hastelloy και του Stellite), τα προηγμένα κεραμικά υλικά έχουν χαμηλότερη σκληρότητα και παρόμοια αντοχή. Οι σοβαρές εφαρμογές σέρβις περιλαμβάνουν τη χρήση περιστροφικών βαλβίδων, όπως βαλβίδες πεταλούδας, κορμούς, πλωτές σφαιρικές βαλβίδες και βαλβίδες ελατηρίου. Σε τέτοιες εφαρμογές, το Si3N4 και το ζιρκόνιο παρουσιάζουν αντοχή σε θερμικό σοκ, σκληρότητα και αντοχή για προσαρμογή στα πιο απαιτητικά περιβάλλοντα. Λόγω της σκληρότητας και της αντοχής στη διάβρωση του υλικού, η διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων αυξάνεται αρκετές φορές σε σύγκριση με τα μεταλλικά μέρη. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά απόδοσης της βαλβίδας κατά τη διάρκεια ζωής της, ειδικά σε περιοχές όπου διατηρεί την ικανότητα κλεισίματος και τον έλεγχό της. Αυτό αποδεικνύεται σε μια εφαρμογή όπου μια σφαίρα kynar/RTFE βαλβίδας 65 mm (2,6 ιντσών) και μια επένδυση εκτίθενται σε θειικό οξύ 98% και ιλμενίτη, ο οποίος μετατρέπεται σε χρωστική ουσία οξειδίου του τιτανίου. Η διαβρωτική φύση των μέσων σημαίνει ότι η διάρκεια ζωής αυτών των εξαρτημάτων μπορεί να είναι έως και έξι εβδομάδες. Ωστόσο, η χρήση της επένδυσης σφαιρικής βαλβίδας που κατασκευάζεται από τη Nilcra™ (Εικόνα 1), η οποία είναι ένα αποκλειστικό οξείδιο μαγνησίου μερικώς σταθεροποιημένο ζιρκόνιο (Mg-PSZ), έχει εξαιρετική σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση και μπορεί να παρέχει τριετή αδιάλειπτη υπηρεσία χωρίς ανιχνεύσιμο φθορά. Στις γραμμικές βαλβίδες, συμπεριλαμβανομένων των γωνιακών βαλβίδων, των βαλβίδων πεταλούδας ή των βαλβίδων σφαιρών, λόγω των χαρακτηριστικών "σκληρής σφράγισης" αυτών των προϊόντων, η ζιρκονία και το νιτρίδιο του πυριτίου είναι κατάλληλα για βύσματα βαλβίδων και έδρες βαλβίδων. Ομοίως, η αλουμίνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ορισμένα παρεμβύσματα και κλωβούς. Με την αντιστοίχιση των μπαλών λείανσης στην έδρα της βαλβίδας, μπορεί να επιτευχθεί υψηλός βαθμός στεγανοποίησης. Για την επένδυση βαλβίδων, συμπεριλαμβανομένου του πυρήνα βαλβίδας, της εισόδου και εξόδου ή της επένδυσης του σώματος βαλβίδας, οποιοδήποτε από τα τέσσερα κύρια κεραμικά υλικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις εφαρμογής. Η υψηλή σκληρότητα και η αντοχή στη διάβρωση του υλικού αποδείχθηκαν ευεργετικές όσον αφορά την απόδοση του προϊόντος και τη διάρκεια ζωής. Πάρτε για παράδειγμα τη βαλβίδα πεταλούδας DN150 που χρησιμοποιείται στο διυλιστήριο βωξίτη της Αυστραλίας. Η υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο στο μέσο παρέχει υψηλό επίπεδο φθοράς στην επένδυση της βαλβίδας. Οι φλάντζες και οι δίσκοι που χρησιμοποιήθηκαν αρχικά ήταν κατασκευασμένοι από κράμα CrFe 28% και διήρκεσαν μόνο οκτώ έως δέκα εβδομάδες. Ωστόσο, με βαλβίδες από ζιρκονία Nilcra™ (Εικόνα 2), η διάρκεια ζωής έχει αυξηθεί σε 70 εβδομάδες. Λόγω της σκληρότητας και της αντοχής του, τα κεραμικά λειτουργούν καλά στις περισσότερες εφαρμογές βαλβίδων. Ωστόσο, η σκληρότητα και η αντοχή τους στη διάβρωση είναι που συμβάλλουν στην αύξηση της διάρκειας ζωής της βαλβίδας. Αυτό με τη σειρά του μειώνει το κόστος ολόκληρου του κύκλου ζωής μειώνοντας το χρόνο διακοπής λειτουργίας για ανταλλακτικά, μειώνοντας το κεφάλαιο κίνησης και το απόθεμα, τον ελάχιστο χειροκίνητο χειρισμό και βελτιώνοντας την ασφάλεια μειώνοντας τις διαρροές. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η εφαρμογή κεραμικών υλικών σε βαλβίδες υψηλής πίεσης ήταν ένα από τα κύρια προβλήματα, επειδή αυτές οι βαλβίδες υπόκεινται σε υψηλά αξονικά ή στρεπτικά φορτία. Ωστόσο, μεγάλοι παίκτες σε αυτόν τον τομέα αναπτύσσουν τώρα σχέδια σφαιρών βαλβίδων για να βελτιώσουν τη δυνατότητα επιβίωσης της ροπής οδήγησης. Ο άλλος σημαντικός περιορισμός είναι η κλίμακα. Το μέγεθος της μεγαλύτερης έδρας βαλβίδας και της μεγαλύτερης σφαίρας βαλβίδας (Εικόνα 3) που παράγονται από μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία με οξείδιο μαγνησίου είναι DN500 και DN250, αντίστοιχα. Ωστόσο, οι περισσότεροι προσδιοριστές προτιμούν επί του παρόντος κεραμικά για εξαρτήματα κάτω από αυτά τα μεγέθη. Αν και τα κεραμικά υλικά είναι πλέον αποδεδειγμένα μια κατάλληλη επιλογή, πρέπει να ακολουθηθούν ορισμένες απλές οδηγίες για να μεγιστοποιηθεί η απόδοσή τους. Τα κεραμικά υλικά πρέπει να χρησιμοποιούνται πρώτα μόνο όταν το κόστος πρέπει να περιοριστεί στο ελάχιστο. Οι αιχμηρές γωνίες και η συγκέντρωση στρες πρέπει να αποφεύγονται τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό. Οποιαδήποτε πιθανή αναντιστοιχία θερμικής διαστολής πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη φάση σχεδιασμού. Για να μειωθεί η πίεση του στεφάνου, το κεραμικό πρέπει να διατηρείται έξω και όχι μέσα. Τέλος, θα πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά η ανάγκη για γεωμετρικές ανοχές και φινίρισμα επιφανειών, καθώς αυτά θα αυξήσουν σημαντικά το περιττό κόστος. Ακολουθώντας αυτές τις οδηγίες και τις βέλτιστες πρακτικές για την επιλογή υλικών και τον συντονισμό με τους προμηθευτές από την αρχή του έργου, μπορεί να επιτευχθεί μια ιδανική λύση για κάθε σκληρή εφαρμογή εξυπηρέτησης. Αυτές οι πληροφορίες προέρχονται από υλικά που παρέχονται από την Morgan Advanced Materials και έχουν αναθεωρηθεί και προσαρμοστεί. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 Νοεμβρίου 2019). Προηγμένα κεραμικά υλικά για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις. AZoM. Ανακτήθηκε από https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 στις 7 Ιουλίου 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Προηγμένα κεραμικά υλικά για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις». AZoM. 7 Ιουλίου 2021. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Προηγμένα κεραμικά υλικά για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Πρόσβαση στις 7 Ιουλίου 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Προηγμένα κεραμικά υλικά για απαιτητικές εφαρμογές σέρβις. AZoM, προβλήθηκε στις 7 Ιουλίου 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. Η AZoM και ο διευθύνων σύμβουλος της Camfil στο Ηνωμένο Βασίλειο, David Moulton συζήτησαν τις λύσεις φιλτραρίσματος αέρα της εταιρείας και πώς μπορούν να βοηθήσουν στην παροχή ενός ασφαλέστερου εργασιακού περιβάλλοντος για τους ανθρώπους στον κατασκευαστικό κλάδο. Σε αυτή τη συνέντευξη, ο διευθυντής προϊόντων AZoM και ELTRA, Dr. Alan Klostermeier, μίλησε για γρήγορη και αξιόπιστη ανάλυση O/N/H υψηλών βαρών δείγματος. Σε αυτή τη συνέντευξη, η AZoM και ο Chuck Cimino, Senior Product Manager της Lake Shore Cryotronics, συζήτησαν τα οφέλη του συστήματος μέτρησης πηγής συγχρονισμού M81. Το Zeus Bioweb™ είναι μια τεχνολογία που ηλεκτροϊνοποιεί το PTFE σε πολυμερείς ίνες με εξαιρετικά μικρές διαμέτρους που κυμαίνονται από νανόμετρα έως μικρόμετρα. Το λογισμικό θερμικής ανάλυσης STARe της METTLER TOLEDO παρέχει απίστευτη ευελιξία και απεριόριστες δυνατότητες αξιολόγησης.