Προηγμένα κεραμικά υλικά για σκληρές εφαρμογές σέρβις

Δεν υπάρχει επίσημος ορισμός της υπηρεσίας. Μπορεί να θεωρηθεί ότι αναφέρεται στο υψηλό κόστος αντικατάστασης της βαλβίδας ή στις συνθήκες εργασίας που μειώνουν την ικανότητα επεξεργασίας. Η παγκόσμια ανάγκη μείωσης του κόστους παραγωγής διεργασιών προκειμένου να βελτιωθεί η κερδοφορία όλων των τομέων που εμπλέκονται σε σκληρές συνθήκες εξυπηρέτησης. Αυτά κυμαίνονται από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, 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 διαδραματίζει επίσης ζωτικό ρόλο, διότι η μείωση του αριθμού των αντικαταστάσεων μπορεί να οδηγήσει σε ένα ασφαλέστερο περιβάλλον παραγωγής. Επιπλέον, η εταιρεία εργάζεται για τη μείωση του αποθέματος του εξοπλισμού (συμπεριλαμβανομένων των αντλιών και των βαλβίδων) και της απαιτούμενης διάθεσης. Ταυτόχρονα, οι ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων αναμένουν τεράστιο τζίρο από τα περιουσιακά τους στοιχεία. Επομένως, η αυξημένη ικανότητα επεξεργασίας θα έχει ως αποτέλεσμα λιγότερους (αλλά μεγαλύτερης διαμέτρου) σωλήνες και εξοπλισμό και λιγότερα όργανα για την ίδια ροή προϊόντων. Αυτό δείχνει ότι, εκτός από τη χρήση μεγαλύτερων μεμονωμένων εξαρτημάτων συστήματος για μεγαλύτερες διαμέτρους σωλήνων, είναι επίσης απαραίτητο να υπομείνετε παρατεταμένη έκθεση σε σκληρά περιβάλλοντα για να μειωθούν οι απαιτήσεις 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 μπορεί επίσης να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους. Ωστόσο, το κύριο πρόβλημα με τις περισσότερες εφαρμογές είναι ότι τα μεταλλικά μέρη έχουν φτάσει στα όρια απόδοσης. Αυτό δείχνει ότι οι σχεδιαστές μπορεί να βρουν εναλλακτικές λύσεις για τα μη μεταλλικά υλικά σε απαιτητικές εφαρμογές, ειδικά κεραμικά υλικά. Οι τυπικές παράμετροι που απαιτούνται για τη λειτουργία εξαρτημάτων κάτω από δύσκολες συνθήκες περιλαμβάνουν την αντοχή σε θερμικό σοκ, την αντίσταση στη διάβρωση, την αντοχή στην κόπωση, τη σκληρότητα, την αντοχή και τη 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 για να ληφθεί τεχνητά υψηλή τιμή. Η χρήση μιας δοκού τομής μονής πλευράς μπορεί να προσφέρει ακριβή αποτελέσματα μέτρησης. Η αντοχή σχετίζεται με τη σκληρότητα, αλλά αναφέρεται σε ένα μόνο σημείο όπου ένα υλικό καταστρέφεται καταστροφικά όταν ασκείται πίεση. Συνήθως αναφέρεται ως «μέτρο θραύσης» και λαμβάνεται με τη μέτρηση της αντοχής κάμψης τριών σημείων ή τεσσάρων σημείων σε μια ράβδο δοκιμής. Η τιμή της δοκιμής των τριών σημείων είναι 1% υψηλότερη από την τιμή της δοκιμής των τεσσάρων σημείων. Αν και πολλές κλίμακες, συμπεριλαμβανομένου του ελεγκτή σκληρότητας Rockwell και του ελεγκτή σκληρότητας Vickers, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της σκληρότητας, η κλίμακα μικροσκληρότητας Vickers είναι πολύ κατάλληλη για προηγμένα κεραμικά υλικά. Η σκληρότητα αλλάζει ανάλογα με την αντίσταση στη φθορά του υλικού. Σε βαλβίδες που λειτουργούν με κυκλικό τρόπο, η κόπωση είναι το κύριο μέλημα λόγω του συνεχούς ανοίγματος και κλεισίματος της βαλβίδας. Η κούραση είναι το κατώφλι της δύναμης. Πέρα από αυτό το όριο, το υλικό τείνει να αποτυγχάνει κάτω από την κανονική του αντοχή κάμψης. Η αντοχή στη διάβρωση εξαρτάται από το περιβάλλον λειτουργίας και το μέσο που περιέχει το υλικό. Εκτός από την "υδροθερμική αποικοδόμηση", πολλά προηγμένα κεραμικά υλικά είναι ανώτερα από τα μέταλλα σε αυτόν τον τομέα και ορισμένα υλικά με βάση το ζιρκόνιο θα υποστούν "υδροθερμική αποικοδόμηση" αφού εκτεθούν σε ατμό υψηλής θερμοκρασίας. Η γεωμετρία, ο συντελεστής θερμικής διαστολής, η θερμική αγωγιμότητα, η σκληρότητα και η αντοχή των εξαρτημάτων επηρεάζονται από το θερμικό σοκ. Αυτή η περιοχή είναι ευνοϊκή για υψηλή θερμική αγωγιμότητα και σκληρότητα, έτσι ώστε τα μεταλλικά εξαρτήματα 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 υψηλή αξία. Σύμφωνα με συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής, είναι κατάλληλο για διαφορετικές συνθέσεις σε μια ποικιλία βιομηχανιών. Ωστόσο, τέσσερα προηγμένα κεραμικά έχουν μεγάλη σημασία στον τομέα της αυστηρής συντήρησης των βαλβίδων, συμπεριλαμβανομένων του καρβιδίου του πυριτίου (SiC), του νιτριδίου του πυριτίου (Si3N4), της αλουμίνας και της ζιρκονίας. Τα υλικά της βαλβίδας και της σφαίρας βαλβίδας επιλέγονται σύμφωνα με τις συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής. Η βαλβίδα χρησιμοποιεί δύο κύριες μορφές ζιρκονίας, οι οποίες έχουν τον ίδιο συντελεστή θερμικής διαστολής και ακαμψία 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 πιο σκληρή, 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, έχει επίσης υψηλή σκληρότητα και αντοχή, εξαιρετική αντοχή στο θερμικό σοκ και θερμική σταθερότητα. Επιπλέον, σε περιβάλλοντα ατμού υψηλής θερμοκρασίας, το Si3N4 μπορεί να αντικαταστήσει το ζιρκόνιο για να αποτρέψει την υδροθερμική υποβάθμιση. Με πιο αυστηρό προϋπολογισμό, ο συμπυκνωτής μπορεί να επιλέξει από SiC ή αλουμίνα. Και τα δύο υλικά έχουν υψηλή σκληρότητα, αλλά δεν είναι σκληρότερα 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 απαιτητικές εφαρμογές βαλβίδων (συμπεριλαμβανομένου του σιδηροχρωμίου (CrFe), του καρβιδίου του βολφραμίου, του Hastelloy και του Stellite), τα προηγμένα κεραμικά υλικά έχουν χαμηλότερη σκληρότητα και παρόμοια αντοχή. Οι απαιτητικές εφαρμογές σέρβις περιλαμβάνουν τη χρήση περιστροφικών βαλβίδων, όπως βαλβίδες πεταλούδας, κορμούς, πλωτές σφαιρικές βαλβίδες και ελατήρια. Σε τέτοιες εφαρμογές, το Si3N4 και το ζιρκόνιο έχουν αντοχή σε θερμικό σοκ, σκληρότητα και αντοχή και μπορούν να προσαρμοστούν στα πιο απαιτητικά περιβάλλοντα. Λόγω της σκληρότητας και της αντοχής στη διάβρωση του υλικού, η διάρκεια ζωής του εξαρτήματος είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από εκείνη του μεταλλικού εξαρτήματος. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά απόδοσης κατά τη διάρκεια ζωής της βαλβίδας, ειδικά σε περιοχές όπου διατηρούνται οι δυνατότητες αποκοπής και ελέγχου. Αυτό αποδείχθηκε στην περίπτωση μιας μπάλας κυνάρ/RTFE βαλβίδας 65 mm (2,6 ιντσών) και επένδυσης εκτεθειμένης σε θειικό οξύ 98% συν ιλμενίτη, ενώ ο ιλμενίτης 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 σφαιρικής επένδυσης βαλβίδας (ιδιόκτητη ζιρκονία μερικώς σταθεροποιημένη με οξείδιο του μαγνησίου (Mg-PSZ)) που κατασκευάζεται από την Nilcra™ (Εικόνα 1) έχει εξαιρετική σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση και παρέχεται εδώ και τρία χρόνια. Διακοπτόμενο σέρβις, χωρίς ανιχνεύσιμη φθορά. Στις γραμμικές βαλβίδες (συμπεριλαμβανομένων των γωνιακών βαλβίδων, των βαλβίδων πεταλούδας ή των σφαιρικών βαλβίδων), λόγω των χαρακτηριστικών "σκληρής έδρας" αυτών των προϊόντων, η ζιρκονία και το νιτρίδιο του πυριτίου είναι κατάλληλα τόσο για πώματα βαλβίδων όσο και για έδρες βαλβίδων. Ομοίως, η αλουμίνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες επενδύσεις και κλουβιά. Μέσω της ασορτί μπάλας στον δακτύλιο του καθίσματος, μπορεί να επιτευχθεί υψηλός βαθμός σφράγισης. Για τον πυρήνα της βαλβίδας, συμπεριλαμβανομένης της βαλβίδας μπομπίνας, της εισόδου και εξόδου ή του δακτυλίου σώματος βαλβίδας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε από τα τέσσερα κύρια κεραμικά υλικά σύμφωνα με τις απαιτήσεις εφαρμογής. Η υψηλή σκληρότητα και η αντοχή στη διάβρωση του υλικού έχουν αποδειχθεί 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 προκαλεί υψηλά επίπεδα φθοράς στους δακτυλίους της βαλβίδας. Η επένδυση και ο δίσκος βαλβίδας που χρησιμοποιήθηκαν αρχικά ήταν κατασκευασμένοι από κράμα CrFe 28% και διήρκεσαν μόνο οκτώ έως δέκα εβδομάδες. Ωστόσο, λόγω της εισαγωγής βαλβίδων 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 βοηθούν στην παράταση της διάρκειας ζωής της βαλβίδας. Με τη σειρά του, αυτό μειώνει το κόστος ολόκληρου του κύκλου ζωής μειώνοντας τον χρόνο διακοπής λειτουργίας για ανταλλακτικά, μειωμένο κεφάλαιο κίνησης και αποθέματα, ελάχιστο χειροκίνητο χειρισμό και βελτιωμένη ασφάλεια μέσω μειωμένης διαρροής. 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 σχέδια σφαιρών βαλβίδων που βελτιώνουν τη δυνατότητα επιβίωσης της ροπής ενεργοποίησης. Ο άλλος σημαντικός περιορισμός είναι το μέγεθος. Το μέγεθος της μεγαλύτερης έδρας βαλβίδας και της μεγαλύτερης σφαίρας βαλβίδας (Εικόνα 3) που παράγονται από μερικώς σταθεροποιημένο ζιρκόνιο μαγνησίας είναι DN500 και DN250, αντίστοιχα. Ωστόσο, οι περισσότεροι σύγχρονοι προσδιοριστές προτιμούν να χρησιμοποιούν κεραμικά για την κατασκευή εξαρτημάτων των οποίων οι διαστάσεις δεν υπερβαίνουν αυτές τις διαστάσεις. Αν και τα κεραμικά υλικά έχουν πλέον αποδειχθεί ότι είναι μια κατάλληλη επιλογή, εξακολουθούν να υπάρχουν μερικές απλές οδηγίες που πρέπει να ακολουθούνται για να μεγιστοποιήσετε την απόδοσή τους. Τα κεραμικά υλικά πρέπει να χρησιμοποιούνται πρώτα μόνο εάν υπάρχει ανάγκη μείωσης του κόστους. Τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό θα πρέπει να αποφεύγετε τις αιχμηρές γωνίες και τη συγκέντρωση του στρες. Οποιαδήποτε πιθανή αναντιστοιχία θερμικής διαστολής πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη φάση σχεδιασμού. Για να μειωθεί η πίεση του στεφάνου, είναι απαραίτητο να διατηρείτε το κεραμικό έξω και όχι μέσα. Τέλος, θα πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά η ανάγκη για γεωμετρικές ανοχές και φινίρισμα επιφανειών, καθώς αυτές οι ανοχές μπορεί να αυξήσουν σημαντικά το περιττό κόστος. Ακολουθώντας αυτές τις οδηγίες και τις βέλτιστες πρακτικές στην επιλογή υλικών και τον συντονισμό με τους προμηθευτές από την αρχή του έργου, μπορεί να επιτευχθεί μια ιδανική λύση για κάθε απαιτητική εφαρμογή υπηρεσιών. Αυτές οι πληροφορίες έχουν ληφθεί, αναθεωρηθεί και προσαρμοστεί από υλικά που παρέχονται από την Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 Νοεμβρίου 2019). Προηγμένα κεραμικά υλικά κατάλληλα για σοβαρές εφαρμογές σέρβις. AZoM. Ανακτήθηκε από https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 στις 26 Μαΐου 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Προηγμένα κεραμικά υλικά για σοβαρές εφαρμογές σέρβις". AZoM. 26 Μαΐου 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Προηγμένα κεραμικά υλικά για σοβαρές εφαρμογές σέρβις". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Πρόσβαση στις 26 Μαΐου 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Προηγμένα κεραμικά υλικά κατάλληλα για σοβαρές εφαρμογές σέρβις. AZoM, προβλήθηκε στις 26 Μαΐου 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. Το AZoM μίλησε με τους αναπληρωτές καθηγητές Arda Gozen, George και Joan Berry από το Washington State University. Η Arda είναι μέρος μιας ομάδας πολλαπλών ιδρυμάτων που είναι αφιερωμένα στη δημιουργία ικριωμάτων κατασκευασμένων ιστών μιμούμενοι τα χαρακτηριστικά των ανθρώπινων ιστών. Σε αυτή τη συνέντευξη, το AZoM μίλησε με τον Δρ. Tim Nunney και τον Δρ. Adam Bushell της Thermo Fisher Scientific σχετικά με το σύστημα ανάλυσης επιφάνειας Nexsa G2. Σε αυτή τη συνέντευξη, ο AZoM και ο Δρ. Juan Araneda, επικεφαλής εφαρμοσμένης χημείας της Nanalysis, μίλησαν για την αυξανόμενη χρήση και τη χρησιμότητα του NMR και πώς να βοηθήσουν στην ανάλυση των κοιτασμάτων λιθίου. Το φασματόμετρο εκκένωσης λάμψης GDS850 της Leco μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση διαφόρων μεταλλουργικών υλικών. Παρέχει επίσης ένα ποσοτικό προφίλ βάθους του υλικού. Έχει εμβέλεια 120-800 nm και είναι ευέλικτο. Τα κέντρα τόρνευσης της σειράς Hardinge® T και τα κέντρα τόρνευσης της σειράς SUPER-PRECISION® T είναι αναγνωρισμένοι ηγέτες της αγοράς σε εφαρμογές εξαιρετικά ακριβείας και σκληρής στροφής. 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.