Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene

Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pregledavanja ove web stranice pristajete na našu upotrebu kolačića. Više informacija. Ne postoji službena definicija ozbiljne usluge. Može se shvatiti kao radne uvjete u kojima je trošak zamjene ventila visok ili je kapacitet obrade smanjen. Postoji globalna potreba za smanjenjem troškova procesa proizvodnje kako bi se povećala profitabilnost svih sektora uključenih u loše uvjete usluge. Oni se kreću od nafte i plina i petrokemije do nuklearne energije i proizvodnje električne energije, prerade minerala i rudarstva. Dizajneri i inženjeri pokušavaju postići ovaj cilj na različite načine. Najprikladnija metoda je povećati vrijeme neprekidnog rada i učinkovitost učinkovitom kontrolom parametara procesa (kao što je učinkovito gašenje i optimizirana kontrola protoka). Optimizacija sigurnosti također igra vitalnu ulogu, jer smanjenje zamjene može dovesti do sigurnijeg proizvodnog okruženja. Osim toga, tvrtka radi na smanjenju inventara opreme, uključujući pumpe i ventile, te potrebno zbrinjavanje. Istovremeno, vlasnici objekata očekuju veliki pomak u imovini. Kao rezultat toga, povećani kapacitet obrade rezultira manjim brojem cijevi i opreme (ali većih promjera) i manjim brojem instrumenata za isti tok proizvoda. To pokazuje da osim što mora biti veća za širi promjer cijevi, jedna komponenta sustava također mora izdržati produljenu izloženost teškim okruženjima kako bi se smanjila potreba za održavanjem i zamjenom tijekom rada. Komponente, uključujući ventile i kuglice ventila, moraju biti robusne kako bi odgovarale željenoj primjeni, ali također mogu pružiti duži vijek trajanja. Međutim, glavni problem kod većine primjena je to što su metalni dijelovi dosegnuli granicu svojih performansi. To ukazuje da dizajneri mogu pronaći alternative nemetalnim materijalima, posebno keramičkim materijalima, za zahtjevne servisne primjene. Tipični parametri potrebni za rad komponenti u teškim uvjetima rada uključuju otpornost na toplinski udar, otpornost na koroziju, otpornost na zamor, tvrdoću, snagu i žilavost. Otpornost je ključni parametar, jer komponente koje su manje otporne mogu katastrofalno otkazati. Žilavost keramičkih materijala definira se kao otpornost na širenje pukotina. U nekim slučajevima može se mjeriti metodom udubljenja, što rezultira umjetno visokim vrijednostima. Upotreba snopa s jednostranim rezom može pružiti točna mjerenja. Snaga je povezana sa žilavošću, ali se odnosi na jednu točku u kojoj materijal katastrofalno otkazuje kada se primijeni stres. Obično se naziva "modul loma" i mjeri se izvođenjem mjerenja čvrstoće savijanja u tri ili četiri točke na ispitnoj šipki. Test s tri točke daje vrijednost koja je 1% veća od testa s četiri točke. Iako se tvrdoća može mjeriti različitim ljestvicama uključujući Rockwell i Vickers, Vickersova ljestvica mikrotvrdoće vrlo je prikladna za napredne keramičke materijale. Tvrdoća je izravno proporcionalna otpornosti materijala na trošenje. Kod ventila koji radi ciklički, zamor je veliki problem zbog neprekidnog otvaranja i zatvaranja ventila. Zamor je prag čvrstoće, iznad kojeg će materijal često pasti ispod svoje normalne čvrstoće na savijanje. Otpornost na koroziju ovisi o radnoj okolini i mediju koji sadrži materijal. U ovom području, mnogi napredni keramički materijali imaju prednosti u odnosu na metale, osim "hidrotermalne degradacije", koja se događa kada su neki materijali na bazi cirkonijevog oksida izloženi pari visoke temperature. Termički šok utječe na geometriju dijela, koeficijent toplinskog širenja, toplinsku vodljivost, žilavost i čvrstoću. Ovo je područje pogodno za visoku toplinsku vodljivost i žilavost, tako da metalni dijelovi mogu učinkovito funkcionirati. Međutim, napredak u keramičkim materijalima sada pruža prihvatljive razine otpornosti na toplinski udar. Napredna keramika koristi se dugi niz godina i popularna je među inženjerima pouzdanosti, inženjerima postrojenja i dizajnerima ventila koji zahtijevaju visoke performanse i vrijednost. U skladu sa specifičnim zahtjevima primjene, postoje različite pojedinačne formulacije prikladne za širok raspon industrija. Međutim, četiri napredne keramike od velikog su značaja u području ventila za teške servise. Oni uključuju silicij karbid (SiC), silicij nitrid (Si3N4), aluminij i cirkonij. Materijali ventila i kugle ventila odabiru se prema specifičnim zahtjevima primjene. Dva glavna oblika cirkonijevog oksida koriste se u ventilima, a oba imaju isti koeficijent toplinskog širenja i krutosti kao čelik. Magnezijev oksid djelomično stabiliziran cirkonij (Mg-PSZ) ima najveću otpornost na toplinske udare i žilavost, dok je itrija tetragonalni polikristalni cirkonij (Y-TZP) tvrđi i jači, ali je osjetljiv na hidrotermalnu degradaciju. Silicijev nitrid (Si3N4) ima različite formulacije. Sinterirani silicijev nitrid pod tlakom plina (GPPSN) je najčešće korišteni materijal za ventile i komponente ventila. Uz prosječnu žilavost, također pruža visoku tvrdoću i čvrstoću, izvrsnu otpornost na toplinski udar i toplinsku stabilnost. Osim toga, u okruženjima s visokom temperaturom pare, Si3N4 je prikladna zamjena za cirkonij, koji može spriječiti hidrotermalnu degradaciju. Kada je proračun ograničen, specifikator može odabrati silicijev karbid ili glinicu. Oba materijala imaju visoku tvrdoću, ali nisu čvršći od cirkonijevog oksida ili silicijevog nitrida. Ovo pokazuje da je materijal vrlo prikladan za primjene statičkih komponenti, kao što su obloge ventila i sjedišta ventila, umjesto kuglica ili diskova ventila koji su izloženi većem naprezanju. U usporedbi s metalnim materijalima koji se koriste u teškim radnim primjenama ventila (uključujući ferokrom (CrFe), volframov karbid, Hastelloy i Stellite), napredni keramički materijali imaju manju žilavost i sličnu čvrstoću. Teške servisne primjene uključuju upotrebu rotirajućih ventila, kao što su leptir ventili, klinovi, plutajući kuglasti ventili i opružni ventili. U takvim primjenama, Si3N4 i cirkonij pokazuju otpornost na toplinski udar, žilavost i snagu za prilagodbu najzahtjevnijim okruženjima. Zbog tvrdoće i otpornosti materijala na koroziju, životni vijek dijelova se povećava nekoliko puta u usporedbi s metalnim dijelovima. Druge prednosti uključuju performanse ventila tijekom njegovog životnog vijeka, posebno u područjima gdje zadržava svoj kapacitet zatvaranja i kontrolu. To je prikazano u primjeni u kojoj su kuglica i košuljica ventila od 65 mm (2,6 inča) kynar/RTFE izloženi 98% sumpornoj kiselini i ilmenitu, koji se pretvara u pigment titan oksida. Korozivna priroda medija znači da životni vijek ovih komponenti može biti čak šest tjedana. Međutim, korištenje obruba kuglastog ventila tvrtke Nilcra™ (Slika 1), koji je zaštićeni cirkonijev oksid djelomično stabiliziran magnezijevim oksidom (Mg-PSZ), ima izvrsnu tvrdoću i otpornost na koroziju i može pružiti tri godine neprekidnog rada bez ikakvih vidljivih znakova istrošenost. U linearnim ventilima, uključujući kutne ventile, prigušne ventile ili kuglaste ventile, zbog karakteristika "tvrde brtve" ovih proizvoda, cirkonij i silicij nitrid prikladni su za čepove ventila i sjedišta ventila. Slično, glinica se može koristiti za neke brtve i kaveze. Usklađivanjem kuglica za mljevenje na sjedištu ventila može se postići visok stupanj brtvljenja. Za oblogu ventila, uključujući jezgru ventila, ulaz i izlaz ili oblogu tijela ventila, može se koristiti bilo koji od četiri glavna keramička materijala prema zahtjevima primjene. Visoka tvrdoća i otpornost materijala na koroziju pokazali su se korisnima u pogledu performansi proizvoda i životnog vijeka. Uzmimo za primjer leptir ventil DN150 koji se koristi u australskoj rafineriji boksita. Visok sadržaj silicijevog dioksida u mediju osigurava visoku razinu trošenja obloge ventila. Brtve i diskovi koji su prvobitno korišteni bili su izrađeni od 28% CrFe legure i trajali su samo osam do deset tjedana. Međutim, s ventilima izrađenim od Nilcra™ cirkonijevog oksida (slika 2), životni vijek se povećao na 70 tjedana. Zbog svoje žilavosti i čvrstoće, keramika dobro funkcionira u većini primjena ventila. Međutim, njihova tvrdoća i otpornost na koroziju pomažu produžiti životni vijek ventila. To zauzvrat smanjuje troškove cijelog životnog ciklusa smanjenjem vremena zastoja za zamjenske dijelove, smanjenjem radnog kapitala i inventara, minimalnim ručnim rukovanjem i poboljšanjem sigurnosti smanjenjem curenja. Dugo vremena primjena keramičkih materijala u visokotlačnim ventilima je jedan od glavnih problema, jer su ovi ventili podložni velikim aksijalnim ili torzijskim opterećenjima. Međutim, glavni igrači na ovom polju sada razvijaju dizajn kugle ventila kako bi poboljšali izdržljivost pogonskog momenta. Drugo veliko ograničenje je razmjer. Veličina najvećeg sjedišta ventila i najveće kugle ventila (Slika 3) proizvedenih od djelomično stabiliziranog cirkonijevog dioksida s magnezijevim oksidom je DN500, odnosno DN250. Međutim, većina specifikacija trenutno preferira keramiku za komponente ispod ovih veličina. Iako se sada pokazalo da su keramički materijali prikladan izbor, potrebno je slijediti neke jednostavne smjernice kako bi se maksimizirala njihova učinkovitost. Keramičke materijale treba prvo koristiti samo kada troškove treba svesti na minimum. Oštre kutove i koncentraciju naprezanja treba izbjegavati kako unutar tako i izvana. Sva potencijalna neusklađenost toplinskog širenja mora se uzeti u obzir tijekom faze projektiranja. Kako bi se smanjio stres obruča, keramika se mora držati vani, a ne unutra. Konačno, potrebno je pažljivo razmotriti potrebu za geometrijskim tolerancijama i završnom obradom površine, budući da će to značajno povećati nepotrebne troškove. Slijedeći ove smjernice i najbolje prakse za odabir materijala i koordinaciju s dobavljačima od početka projekta, može se postići idealno rješenje za svaku zahtjevnu uslugu. Ove informacije potječu iz materijala koje pruža Morgan Advanced Materials te su pregledane i prilagođene. Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. (2019., 28. studenog). Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene. AZoM. Preuzeto s https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 7. srpnja 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene". AZoM. 7. srpnja 2021. . Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. "Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Pristupljeno 7. srpnja 2021.). Morgan Advanced Materials-Tehnička keramika. 2019. Napredni keramički materijali za zahtjevne servisne primjene. AZoM, pogledano 7. srpnja 2021., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM i britanski generalni direktor Camfila David Moulton razgovarali su o rješenjima tvrtke za filtriranje zraka i kako mogu pomoći u osiguravanju sigurnijeg radnog okruženja za ljude u građevinskoj industriji. U ovom intervjuu, voditelj proizvoda AZoM-a i ELTRA-e dr. Alan Klostermeier govorio je o brzoj i pouzdanoj O/N/H analizi velikih težina uzoraka. U ovom intervjuu, AZoM i Chuck Cimino, viši voditelj proizvoda u Lake Shore Cryotronics, razgovarali su o prednostima njihovog M81 sinkroniziranog mjernog sustava izvora. Zeus Bioweb™ je tehnologija koja elektroprede PTFE u polimerna vlakna izuzetno malih promjera u rasponu od nanometara do mikrometara. Softver za termičku analizu STARe tvrtke METTLER TOLEDO pruža nevjerojatnu fleksibilnost i neograničene mogućnosti procjene.