Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos esixentes

Usamos cookies para mellorar a túa experiencia. Ao continuar navegando neste sitio web, aceptas o noso uso de cookies. Máis información. Non existe unha definición oficial de servizo serio. Pódese entender como condicións de funcionamento nas que o custo de substitución da válvula é elevado ou a capacidade de procesamento é reducida. Existe unha necesidade global de reducir os custos de produción dos procesos para aumentar a rendibilidade de todos os sectores implicados en malas condicións de servizo. Estes van desde petróleo e gas e petroquímicos ata enerxía nuclear e xeración de enerxía, procesamento de minerais e minería. Deseñadores e enxeñeiros están tentando acadar este obxectivo de diferentes xeitos. O método máis apropiado é aumentar o tempo de actividade e a eficiencia controlando eficazmente os parámetros do proceso (como o apagado efectivo e o control de fluxo optimizado). A optimización da seguridade tamén xoga un papel vital, porque a redución da substitución pode levar a un ambiente de produción máis seguro. Ademais, a empresa está a traballar para minimizar o inventario de equipos, incluíndo bombas e válvulas, e a eliminación necesaria. Ao mesmo tempo, os propietarios das instalacións esperan un cambio enorme nos seus activos. Como resultado, o aumento da capacidade de procesamento resulta en menos tubos e equipos (pero diámetros maiores) e menos instrumentos para o mesmo fluxo de produtos. Isto demostra que, ademais de ter que ser máis grande para un diámetro de tubo máis amplo, un único compoñente do sistema tamén ten que soportar unha exposición prolongada a ambientes duros para reducir a necesidade de mantemento e substitución en servizo. Os compoñentes que inclúen as válvulas e as esferas de válvulas deben ser robustos para adaptarse á aplicación desexada, pero tamén poden proporcionar unha vida útil máis longa. Non obstante, un problema importante da maioría das aplicacións é que as pezas metálicas alcanzaron o límite do seu rendemento. Isto indica que os deseñadores poden atopar alternativas aos materiais non metálicos, especialmente materiais cerámicos, para aplicacións de servizos esixentes. Os parámetros típicos necesarios para operar compoñentes en condicións severas de servizo inclúen a resistencia ao choque térmico, a resistencia á corrosión, a resistencia á fatiga, a dureza, a resistencia e a tenacidade. A resiliencia é un parámetro clave, porque os compoñentes que son menos resistentes poden fallar catastróficamente. A tenacidade dos materiais cerámicos defínese como a resistencia á propagación de fendas. Nalgúns casos, pódese medir mediante o método de sangría, obtendo valores artificialmente altos. O uso dun feixe de incisión dun só lado pode proporcionar medicións precisas. A resistencia está relacionada coa tenacidade, pero refírese ao único punto no que un material falla catastróficamente cando se aplica tensión. Denomínase comunmente como "módulo de rotura" e mídese realizando unha medición da resistencia á flexión de tres ou catro puntos nunha varilla de proba. A proba de tres puntos proporciona un valor que é un 1% superior á proba de catro puntos. Aínda que a dureza pódese medir con diversas escalas, incluíndo Rockwell e Vickers, a escala de microdureza Vickers é moi adecuada para materiais cerámicos avanzados. A dureza é directamente proporcional á resistencia ao desgaste do material. Nunha válvula que funciona nun método cíclico, a fatiga é un problema importante debido á continua apertura e peche da válvula. A fatiga é o limiar de resistencia, máis aló do cal o material adoita fallar por debaixo da súa resistencia normal á flexión. A resistencia á corrosión depende do ambiente operativo e do medio que contén o material. Neste campo, moitos materiais cerámicos avanzados teñen vantaxes sobre os metais, agás a "degradación hidrotermal", que ocorre cando algúns materiais a base de circonio están expostos a vapor a alta temperatura. A xeometría da peza, o coeficiente de expansión térmica, a condutividade térmica, a dureza e a resistencia vense afectadas polo choque térmico. Esta é unha área propicia para unha alta condutividade térmica e dureza, polo que as pezas metálicas poden funcionar de forma eficaz. Non obstante, os avances nos materiais cerámicos agora proporcionan niveis aceptables de resistencia ao choque térmico. As cerámicas avanzadas utilízanse durante moitos anos e son populares entre os enxeñeiros de fiabilidade, enxeñeiros de plantas e deseñadores de válvulas que requiren un alto rendemento e valor. Segundo os requisitos específicos de aplicación, hai diferentes formulacións individuais adecuadas para unha ampla gama de industrias. Non obstante, catro cerámicas avanzadas son de gran importancia no campo das válvulas de servizo severo. Inclúen carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4), alúmina e circonio. Os materiais da chave e da bola da chave son seleccionados segundo os requisitos específicos da aplicación. Nas válvulas utilízanse dúas formas principais de zirconio, ambas teñen o mesmo coeficiente de expansión térmica e rixidez que o aceiro. O zirconio parcialmente estabilizado de óxido de magnesio (Mg-PSZ) ten a maior resistencia ao choque térmico e tenacidade, mentres que o zirconio policristalino tetragonal de itria (Y-TZP) é máis duro e forte, pero é susceptible á degradación hidrotermal. O nitruro de silicio (Si3N4) ten diferentes formulacións. O nitruro de silicio sinterizado a presión de gas (GPPSN) é o material máis utilizado para válvulas e compoñentes de válvulas. Ademais da súa dureza media, tamén proporciona alta dureza e resistencia, excelente resistencia ao choque térmico e estabilidade térmica. Ademais, en ambientes de vapor de alta temperatura, Si3N4 é un substituto axeitado para o zirconio, que pode evitar a degradación hidrotermal. Cando o orzamento é axustado, o especificador pode escoller carburo de silicio ou alúmina. Ambos materiais teñen unha alta dureza, pero non son máis resistentes que o zirconio ou o nitruro de silicio. Isto mostra que o material é moi axeitado para aplicacións de compoñentes estáticos, como revestimentos de válvulas e asentos de válvulas, en lugar de bolas ou discos de válvulas que están suxeitos a unha maior tensión. En comparación cos materiais metálicos utilizados en aplicacións de válvulas de servizo duras (incluíndo ferrocromo (CrFe), carburo de tungsteno, Hastelloy e Stellite), os materiais cerámicos avanzados teñen menor tenacidade e resistencia similar. As aplicacións de servizos graves implican o uso de válvulas rotativas, como válvulas de bolboreta, muñóns, válvulas de bola flotantes e válvulas de resorte. En tales aplicacións, o Si3N4 e o zirconio presentan resistencia ao choque térmico, tenacidade e resistencia para adaptarse aos ambientes máis esixentes. Debido á dureza e resistencia á corrosión do material, a vida útil das pezas aumenta varias veces en comparación coas pezas metálicas. Outros beneficios inclúen as características de rendemento da válvula ao longo da súa vida útil, especialmente nas zonas onde mantén a súa capacidade de peche e control. Isto demóstrase nunha aplicación na que unha bóla de kynar/RTFE con válvula de 65 mm (2,6 polgadas) e un forro están expostos a ácido sulfúrico e ilmenita ao 98 %, que se está a converter en pigmento de óxido de titanio. A natureza corrosiva dos medios significa que a vida destes compoñentes pode ser de ata seis semanas. Non obstante, o uso de molduras de válvulas de bola fabricadas por Nilcra™ (Figura 1), que é un circonio patentado de óxido de magnesio parcialmente estabilizado (Mg-PSZ), ten unha excelente dureza e resistencia á corrosión, e pode proporcionar tres anos de servizo ininterrompido sen ningún tipo de detección detectable. uso e desgaste. Nas válvulas lineais, incluíndo válvulas angulares, válvulas de aceleración ou válvulas de globo, debido ás características de "selado duro" destes produtos, o zirconio e o nitruro de silicio son axeitados para tapóns e asentos de válvulas. Do mesmo xeito, a alúmina pódese usar para algunhas xuntas e gaiolas. Ao combinar as bolas de moenda no asento da chave, pódese conseguir un alto grao de selado. Para o revestimento da válvula, incluído o núcleo da válvula, a entrada e a saída ou o revestimento do corpo da válvula, pódese utilizar calquera dos catro materiais cerámicos principais segundo os requisitos da aplicación. A alta dureza e resistencia á corrosión do material demostraron ser beneficiosas en termos de rendemento do produto e vida útil. Tome como exemplo a válvula de bolboreta DN150 utilizada na refinería de bauxita australiana. O alto contido de sílice no medio proporciona un alto nivel de desgaste no revestimento da válvula. As xuntas e discos empregados inicialmente estaban feitos de aliaxe CrFe ao 28% e só duraban de oito a dez semanas. Non obstante, coas válvulas feitas de circonio Nilcra™ (Figura 2), a vida útil aumentou a 70 semanas. Debido á súa dureza e resistencia, a cerámica funciona ben na maioría das aplicacións de válvulas. Non obstante, é a súa dureza e resistencia á corrosión as que axudan a aumentar a vida útil da válvula. Isto á súa vez reduce o custo de todo o ciclo de vida ao reducir o tempo de inactividade das pezas de substitución, reducindo o capital de traballo e o inventario, o manexo manual mínimo e mellorando a seguridade ao reducir as fugas. Durante moito tempo, a aplicación de materiais cerámicos en válvulas de alta presión foi un dos principais problemas, porque estas válvulas están sometidas a altas cargas axiais ou torsionales. Non obstante, os principais xogadores neste campo están a desenvolver agora deseños de bólas de válvulas para mellorar a supervivencia do par motor. A outra gran limitación é a escala. O tamaño do asento de chave máis grande e da bola de chave máis grande (Figura 3) producidos a partir de circonio parcialmente estabilizado con óxido de magnesio é DN500 e DN250, respectivamente. Non obstante, a maioría dos especificadores actualmente prefiren cerámicas para compoñentes inferiores a estes tamaños. Aínda que agora se demostrou que os materiais cerámicos son unha opción adecuada, hai que seguir algunhas pautas sinxelas para maximizar o seu rendemento. Os materiais cerámicos só deben usarse primeiro cando os custos deben ser reducidos ao mínimo. Deben evitarse as esquinas agudas e a concentración de estrés tanto dentro como fóra. Calquera posible desaxuste de expansión térmica debe considerarse durante a fase de deseño. Para reducir a tensión do aro, a cerámica debe manterse fóra, non dentro. Finalmente, débese considerar coidadosamente a necesidade de tolerancias xeométricas e de acabado superficial, xa que aumentarán significativamente os custos innecesarios. Seguindo estas directrices e as mellores prácticas para a selección de materiais e a coordinación cos provedores desde o inicio do proxecto, pódese conseguir unha solución ideal para cada aplicación de servizo difícil. Esta información derívase de materiais proporcionados por Morgan Advanced Materials e foi revisada e adaptada. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 de novembro de 2019). Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos esixentes. AZoM. Recuperado de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 o 7 de xullo de 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos esixentes". AZoM. 7 de xullo de 2021. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos esixentes". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Consultado o 7 de xullo de 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos esixentes. AZoM, consultado o 7 de xullo de 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM e o director xeral de Camfil no Reino Unido, David Moulton, discutiron as solucións de filtración de aire da empresa e como poden axudar a proporcionar un ambiente de traballo máis seguro para as persoas da industria da construción. Nesta entrevista, o xestor de produto de AZoM e ELTRA, o doutor Alan Klostermeier, falaron dunha análise rápida e fiable de O/N/H de altos pesos de mostra. Nesta entrevista, AZoM e Chuck Cimino, Senior Product Manager de Lake Shore Cryotronics, discutiron os beneficios do seu sistema de medición da fonte de sincronización M81. Zeus Bioweb™ é unha tecnoloxía que electrospun PTFE en fibras de polímero con diámetros extremadamente pequenos que van desde nanómetros ata micrómetros. O software de análise térmica STARe de METTLER TOLEDO ofrece unha flexibilidade incrible e posibilidades de avaliación ilimitadas.