Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin huoltosovelluksiin

Käytämme evästeitä parantaaksemme käyttökokemustasi. Jatkamalla tämän sivuston selaamista hyväksyt evästeiden käytön. Lisää tietoa. Vakavalla palvelulla ei ole virallista määritelmää. Se voidaan ymmärtää käyttöolosuhteiksi, joissa venttiilin vaihtokustannukset ovat korkeat tai prosessointikapasiteetti pienenee. Maailmanlaajuinen tarve vähentää prosessin tuotantokustannuksia on kaikkien huonoissa palveluoloissa mukana olevien sektoreiden kannattavuuden parantamiseksi. Ne vaihtelevat öljystä, kaasusta ja petrokemian tuotteista ydinvoimaan ja sähköntuotantoon, mineraalien käsittelyyn ja kaivostoimintaan. Suunnittelijat ja insinöörit yrittävät saavuttaa tämän tavoitteen eri tavoin. Sopivin tapa on lisätä käytettävyyttä ja tehokkuutta ohjaamalla tehokkaasti prosessiparametreja (kuten tehokas sammutus ja optimoitu virtauksen ohjaus). Turvallisuuden optimoinnilla on myös tärkeä rooli, koska vaihtojen vähentäminen voi johtaa turvallisempaan tuotantoympäristöön. Lisäksi yhtiö pyrkii minimoimaan laitevaraston, mukaan lukien pumput ja venttiilit, sekä tarvittavan hävittämisen. Samaan aikaan kiinteistönomistajat odottavat valtavaa muutosta omaisuudessaan. Tämän seurauksena lisääntynyt käsittelykapasiteetti johtaa vähemmän putkia ja laitteita (mutta suurempi halkaisija) ja vähemmän instrumentteja samalle tuotevirralle. Tämä osoittaa, että sen lisäksi, että järjestelmän yksittäisen komponentin on oltava suurempi leveämmällä putken halkaisijalla, sen on myös kestettävä pitkäaikainen altistuminen ankarille ympäristöille, jotta käytönaikainen huolto- ja vaihtotarve vähenee. Komponenttien, mukaan lukien venttiilit ja venttiilipallot, on oltava kestäviä, jotta ne sopivat haluttuun sovellukseen, mutta ne voivat myös tarjota pidemmän käyttöiän. Suurin ongelma useimmissa sovelluksissa on kuitenkin se, että metalliosat ovat saavuttaneet suorituskykynsä rajan. Tämä osoittaa, että suunnittelijat voivat löytää vaihtoehtoja ei-metallisille materiaaleille, erityisesti keraamisille materiaaleille, vaativiin huoltosovelluksiin. Tyypillisiä parametreja, joita vaaditaan komponenttien käyttämiseksi vaikeissa käyttöolosuhteissa, ovat lämpöiskun kestävyys, korroosionkestävyys, väsymiskestävyys, kovuus, lujuus ja sitkeys. Kestävyys on keskeinen parametri, koska vähemmän kimmoisat komponentit voivat epäonnistua katastrofaalisesti. Keraamisten materiaalien sitkeys määritellään kestävyyksinä halkeamien leviämistä vastaan. Joissakin tapauksissa se voidaan mitata sisennysmenetelmällä, mikä johtaa keinotekoisesti korkeisiin arvoihin. Yksipuolisen viiltosäteen käyttö voi tuottaa tarkat mittaukset. Lujuus liittyy sitkeyteen, mutta viittaa yksittäiseen pisteeseen, jossa materiaali epäonnistuu katastrofaalisesti, kun siihen kohdistetaan jännitystä. Sitä kutsutaan yleisesti "murtomoduuliksi" ja se mitataan suorittamalla kolmen tai neljän pisteen taivutuslujuusmittaus testisauvalla. Kolmen pisteen testi antaa arvon, joka on 1 % korkeampi kuin neljän pisteen testi. Vaikka kovuutta voidaan mitata useilla asteikoilla, mukaan lukien Rockwell ja Vickers, Vickersin mikrokovuusasteikko sopii erittäin hyvin edistyneille keraamisille materiaaleille. Kovuus on suoraan verrannollinen materiaalin kulutuskestävyyteen. Syklisesti toimivassa venttiilissä väsymys on suuri ongelma venttiilin jatkuvan avautumisen ja sulkeutumisen vuoksi. Väsymys on lujuuskynnys, jonka ylittyessä materiaali usein pettää normaalin taivutuslujuutensa alapuolelle. Korroosionkestävyys riippuu käyttöympäristöstä ja materiaalia sisältävästä väliaineesta. Tällä alalla monilla kehittyneillä keraamisilla materiaaleilla on etuja metalleihin verrattuna, paitsi "hydroterminen hajoaminen", joka tapahtuu, kun jotkin zirkoniumoksidipohjaiset materiaalit altistetaan korkean lämpötilan höyrylle. Lämpöisku vaikuttaa osan geometriaan, lämpölaajenemiskertoimeen, lämmönjohtavuuteen, sitkeyteen ja lujuuteen. Tämä on alue, jolla on korkea lämmönjohtavuus ja sitkeys, joten metalliosat voivat toimia tehokkaasti. Keraamisten materiaalien edistysaskeleet tarjoavat kuitenkin nyt hyväksyttävän lämpösokinkestävyyden. Edistynyttä keramiikkaa on käytetty useiden vuosien ajan, ja ne ovat suosittuja luotettavuusinsinöörien, laitosinsinöörien ja venttiilisuunnittelijoiden keskuudessa, jotka vaativat korkeaa suorituskykyä ja arvoa. Sovelluskohtaisten vaatimusten mukaan on olemassa erilaisia ​​yksittäisiä formulaatioita, jotka soveltuvat useille eri aloille. Neljällä kehittyneellä keramiikalla on kuitenkin suuri merkitys vaativien huoltoventtiilien alalla. Niihin kuuluvat piikarbidi (SiC), piinitridi (Si3N4), alumiinioksidi ja zirkoniumoksidi. Venttiilin ja venttiilipallon materiaalit valitaan sovelluskohtaisten vaatimusten mukaan. Venttiileissä käytetään kahta päämuotoa zirkoniumoksidista, joilla molemmilla on sama lämpölaajenemis- ja jäykkyyskerroin kuin teräksellä. Magnesiumoksidilla osittain stabiloidulla zirkoniumoksidilla (Mg-PSZ) on korkein lämpöiskun kestävyys ja sitkeys, kun taas yttriumtetragonaalinen monikiteinen zirkoniumoksidi (Y-TZP) on kovempaa ja vahvempaa, mutta se on herkkä hydrotermiselle hajoamiselle. Piinitridillä (Si3N4) on erilaisia ​​formulaatioita. Kaasupainesintrattu piinitridi (GPPSN) on yleisimmin käytetty materiaali venttiileissä ja venttiilikomponenteissa. Keskimääräisen sitkeydensä lisäksi se tarjoaa myös korkean kovuuden ja lujuuden, erinomaisen lämpöiskun kestävyyden ja lämpöstabiilisuuden. Lisäksi korkean lämpötilan höyryympäristöissä Si3N4 on sopiva korvike zirkoniumoksidille, mikä voi estää hydrotermisen hajoamisen. Kun budjetti on tiukka, suunnittelija voi valita piikarbidin tai alumiinioksidin. Molemmilla materiaaleilla on korkea kovuus, mutta ne eivät ole sitkeämpiä kuin zirkoniumoksidi tai piinitridi. Tämä osoittaa, että materiaali soveltuu erittäin hyvin staattisiin komponenttisovelluksiin, kuten venttiilien vuorauksiin ja venttiilien istukkaisiin, pikemminkin kuin venttiilipalloihin tai -levyihin, joihin kohdistuu suurempi rasitus. Verrattuna ankarissa huoltoventtiilisovelluksissa käytettyihin metallimateriaaleihin (mukaan lukien ferrokromi (CrFe), volframikarbidi, Hastelloy ja Stellite), kehittyneillä keraamisilla materiaaleilla on pienempi sitkeys ja samanlainen lujuus. Vakavissa huoltokohteissa käytetään pyöriviä venttiileitä, kuten läppäventtiilejä, nivelventtiilejä, kelluvia palloventtiilejä ja jousiventtiilejä. Tällaisissa sovelluksissa Si3N4:llä ja zirkoniumoksidilla on lämpöiskun kestävyys, sitkeys ja lujuus sopeutua vaativimpiin ympäristöihin. Materiaalin kovuuden ja korroosionkestävyyden ansiosta osien käyttöikä pitenee useita kertoja metalliosiin verrattuna. Muita etuja ovat venttiilin suorituskykyominaisuudet sen elinkaaren aikana, erityisesti alueilla, joilla se säilyttää sulkeutumiskykynsä ja säädönsä. Tämä on osoitettu sovelluksessa, jossa 65 mm:n (2,6 tuuman) venttiilin kynar/RTFE-pallo ja vuoraus altistetaan 98-prosenttiselle rikkihapolle ja ilmeniitille, joka muuttuu titaanioksidipigmentiksi. Median syövyttävä luonne tarkoittaa, että näiden komponenttien käyttöikä voi olla jopa kuusi viikkoa. Kuitenkin käyttämällä Nilcra™:n valmistamaa palloventtiilin verhoilua (kuva 1), joka on patentoitu magnesiumoksidilla osittain stabiloitu zirkoniumoksidi (Mg-PSZ), jolla on erinomainen kovuus ja korroosionkestävyys, ja se voi tarjota kolmen vuoden keskeytymättömän palvelun ilman havaittavia kuluminen. Lineaarisissa venttiileissä, mukaan lukien kulmaventtiilit, kuristusventtiilit tai maapalloventtiilit, näiden tuotteiden "kovatiiviste"-ominaisuuksien vuoksi zirkoniumoksidi ja piinitridi sopivat venttiilin tulpille ja venttiilin istukkaille. Samoin alumiinioksidia voidaan käyttää joissakin tiivisteissä ja häkeissä. Yhdistämällä hiomakuulia venttiilin istukkaan voidaan saavuttaa korkea tiivistysaste. Venttiilin vuorauksessa, mukaan lukien venttiilin ydin, tulo- ja ulostuloaukko tai venttiilirungon vuoraus, mitä tahansa neljästä pääkeraamisesta materiaalista voidaan käyttää sovellusvaatimusten mukaan. Materiaalin korkea kovuus ja korroosionkestävyys osoittautui hyödylliseksi tuotteen suorituskyvyn ja käyttöiän kannalta. Otetaan esimerkkinä Australian bauksiittijalostamolla käytetty läppäventtiili DN150. Väliaineen korkea piidioksidipitoisuus kuluttaa venttiilin vuorausta huomattavasti. Alun perin käytetyt tiivisteet ja levyt valmistettiin 28 % CrFe-seoksesta ja kestivät vain kahdeksasta kymmeneen viikkoa. Nilcra™-zirkoniumoksidista valmistetuilla venttiileillä (kuva 2) käyttöikä on kuitenkin pidentynyt 70 viikkoon. Sitkeydensä ja lujuutensa ansiosta keramiikka toimii hyvin useimmissa venttiilisovelluksissa. Kuitenkin niiden kovuus ja korroosionkestävyys auttavat pidentämään venttiilin käyttöikää. Tämä puolestaan ​​vähentää koko elinkaaren kustannuksia vähentämällä varaosien seisokkeja, vähentämällä käyttöpääomaa ja varastoa, minimaalista käsinkäsittelyä ja parantamalla turvallisuutta vähentämällä vuotoja. Keraamisten materiaalien käyttö korkeapaineventtiileissä on ollut pitkään yksi suurimmista ongelmista, koska näihin venttiileihin kohdistuu suuria aksiaali- tai vääntökuormia. Tämän alan suuret toimijat kehittävät kuitenkin nyt venttiilipallomalleja parantaakseen käyttömomentin kestävyyttä. Toinen suuri rajoitus on mittakaava. Magnesiumoksidilla osittain stabiloidusta zirkoniumoksidista valmistetun suurimman venttiilin istukan ja suurimman venttiilipallon (kuva 3) koko on DN500 ja DN250. Useimmat määrittelijät kuitenkin suosivat tällä hetkellä keramiikkaa näitä kokoja pienemmissä komponenteissa. Vaikka keraamiset materiaalit ovat nyt osoittautuneet sopivaksi valinnaksi, on noudatettava joitain yksinkertaisia ​​ohjeita niiden suorituskyvyn maksimoimiseksi. Keraamisia materiaaleja tulisi käyttää vain ensin, kun kustannukset on pidettävä mahdollisimman pieninä. Teräviä kulmia ja stressin keskittymistä tulee välttää sekä sisällä että ulkona. Kaikki mahdolliset lämpölaajenemishäiriöt on otettava huomioon suunnitteluvaiheessa. Keraamiset materiaalit on säilytettävä ulkona, ei sisällä, jotta renkaiden jännitys vähenee. Lopuksi geometristen toleranssien ja pinnan viimeistelyn tarve on harkittava huolellisesti, koska ne lisäävät merkittävästi tarpeettomia kustannuksia. Noudattamalla näitä ohjeita ja parhaita käytäntöjä materiaalien valinnassa ja koordinoinnissa toimittajien kanssa projektin alusta alkaen voidaan saavuttaa ihanteellinen ratkaisu jokaiseen vaativaan palvelusovellukseen. Nämä tiedot ovat peräisin Morgan Advanced Materialsin toimittamasta materiaalista, ja ne on tarkistettu ja mukautettu. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28. marraskuuta). Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin huoltosovelluksiin. AZoM. Haettu osoitteesta https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 7. heinäkuuta 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin". AZoM. 7. heinäkuuta 2021. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Käytetty 7. heinäkuuta 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Edistykselliset keraamiset materiaalit vaativiin palvelusovelluksiin. AZoM, katsottu 7. heinäkuuta 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM ja Camfilin Iso-Britannian toimitusjohtaja David Moulton keskustelivat yhtiön ilmansuodatusratkaisuista ja siitä, miten ne voivat auttaa luomaan turvallisemman työympäristön rakennusalan ihmisille. Tässä haastattelussa AZoM ja ELTRA-tuotepäällikkö tohtori Alan Klotermeier puhuivat nopeasta ja luotettavasta suurten näytepainojen O/N/H-analyysistä. Tässä haastattelussa AZoM ja Chuck Cimino, Lake Shore Cryotronicsin vanhempi tuotepäällikkö, keskustelivat M81-synkronointilähteen mittausjärjestelmänsä eduista. Zeus Bioweb™ on tekniikka, jolla PTFE:tä sähkökehrätään polymeerikuiduiksi, joiden halkaisija on erittäin pieni nanometreistä mikrometriin. METTLER TOLEDOn STRe-lämpöanalyysiohjelmisto tarjoaa uskomattoman joustavuuden ja rajattomat arviointimahdollisuudet.