Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz

Cookie-kat használunk az élmény fokozása érdekében. A weboldal böngészésének folytatásával beleegyezik a cookie-k használatába. Több információ. A komoly szolgáltatásnak nincs hivatalos meghatározása. Olyan üzemi körülményekként értelmezhető, ahol a szelepcsere költsége magas, vagy a feldolgozási kapacitás csökken. Globális igény mutatkozik a folyamatgyártás költségeinek csökkentésére annak érdekében, hogy a rossz szolgáltatási körülmények között érintett ágazatok jövedelmezősége növekedjen. Ezek az olajtól, gáztól és petrolkémiai anyagoktól az atomenergia- és energiatermelésig, az ásványfeldolgozásig és a bányászatig terjednek. A tervezők és a mérnökök különböző módokon próbálják elérni ezt a célt. A legmegfelelőbb módszer az üzemidő és a hatékonyság növelése a folyamatparaméterek hatékony szabályozásával (például hatékony leállítás és optimalizált áramlásszabályozás). A biztonsági optimalizálás is létfontosságú szerepet játszik, mert a csere csökkentése biztonságosabb termelési környezethez vezethet. Ezen túlmenően a vállalat azon dolgozik, hogy minimalizálja a berendezések készletét, beleértve a szivattyúkat és szelepeket, valamint a szükséges ártalmatlanítást. A létesítménytulajdonosok ugyanakkor hatalmas elmozdulásra számítanak eszközeikben. Ennek eredményeként a megnövekedett feldolgozási kapacitás kevesebb csövet és berendezést (de nagyobb átmérőt) és kevesebb műszert eredményez ugyanahhoz a termékfolyamhoz. Ez azt mutatja, hogy amellett, hogy nagyobb csőátmérőhöz nagyobbnak kell lennie, az egyetlen rendszerelemnek ki kell bírnia a zord környezetnek való hosszan tartó kitettséget is, hogy csökkentse az üzem közbeni karbantartás és csere szükségességét. Az alkatrészeknek, beleértve a szelepeket és a szelepgolyókat, robusztusaknak kell lenniük, hogy megfeleljenek a kívánt alkalmazásnak, de hosszabb élettartamot is biztosíthatnak. A legtöbb alkalmazásnál azonban a fő probléma az, hogy a fém alkatrészek elérik teljesítményük határát. Ez azt jelzi, hogy a tervezők találhatnak alternatívákat a nem fémes anyagok, különösen a kerámia anyagok helyett az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz. Az alkatrészek súlyos üzemi körülmények között történő működéséhez szükséges jellemző paraméterek közé tartozik a hősokkállóság, a korrózióállóság, a fáradtságállóság, a keménység, a szilárdság és a szívósság. A rugalmasság kulcsfontosságú paraméter, mivel a kevésbé ellenálló alkatrészek katasztrofálisan meghibásodhatnak. A kerámia anyagok szívósságát a repedések terjedésével szembeni ellenállásként határozzák meg. Egyes esetekben behúzásos módszerrel mérhető, ami mesterségesen magas értékeket eredményez. Az egyoldali bemetsző gerenda használata pontos mérést biztosít. A szilárdság a szívóssághoz kapcsolódik, de arra az egyetlen pontra utal, ahol az anyag katasztrofálisan meghibásodik, amikor feszültséget alkalmaznak. Ezt általában "szakadási modulusnak" nevezik, és hárompontos vagy négypontos hajlítószilárdságméréssel mérik egy tesztrúdon. A hárompontos teszt 1%-kal magasabb értéket ad, mint a négypontos teszt. Bár a keménység különféle skálákkal mérhető, beleértve a Rockwell és a Vickers skálákat, a Vickers mikrokeménységi skála nagyon alkalmas fejlett kerámia anyagokhoz. A keménység egyenesen arányos az anyag kopásállóságával. A ciklikus módszerrel működő szelepben a szelep folyamatos nyitása és zárása miatti fáradás okozza a fő problémát. A kifáradás az a szilárdsági küszöb, amelyen túl az anyag gyakran a normál hajlítószilárdsága alá csökken. A korrózióállóság a működési környezettől és az anyagot tartalmazó közegtől függ. Ezen a területen sok fejlett kerámiaanyagnak van előnye a fémekkel szemben, kivéve a "hidrotermikus lebomlást", amely akkor következik be, amikor egyes cirkónium-oxid alapú anyagokat magas hőmérsékletű gőznek tesznek ki. A hősokk befolyásolja az alkatrész geometriáját, a hőtágulási együtthatót, a hővezető képességet, a szívósságot és a szilárdságot. Ez egy olyan terület, ahol nagy a hővezető képesség és a szívósság, így a fém alkatrészek hatékonyan működhetnek. A kerámiaanyagok fejlődése azonban már elfogadható szintű hősokkállóságot biztosít. A fejlett kerámiákat évek óta használják, és népszerűek a megbízhatósági mérnökök, üzemmérnökök és szeleptervezők körében, akik nagy teljesítményt és értéket igényelnek. A speciális alkalmazási követelményeknek megfelelően az iparágak széles skálájához különböző egyedi készítmények állnak rendelkezésre. Négy fejlett kerámia azonban nagy jelentőséggel bír a súlyos szervizszelepek területén. Ezek közé tartozik a szilícium-karbid (SiC), a szilícium-nitrid (Si3N4), az alumínium-oxid és a cirkónium-oxid. A szelep és a szelepgolyó anyagait az egyedi alkalmazási követelményeknek megfelelően választják ki. A cirkónium-oxid két fő formáját használják a szelepekben, mindkettő ugyanolyan hőtágulási együtthatóval és merevséggel rendelkezik, mint az acélé. A magnézium-oxiddal részlegesen stabilizált cirkónia (Mg-PSZ) rendelkezik a legnagyobb hősokkállósággal és szívóssággal, míg az ittrium-tetragonális cirkónium-oxid polikristályos (Y-TZP) keményebb és erősebb, de érzékeny a hidrotermikus lebomlásra. A szilícium-nitrid (Si3N4) különböző összetételű. A gáznyomású szinterezett szilícium-nitrid (GPPSN) a szelepek és szelepalkatrészek leggyakrabban használt anyaga. Átlagos szívóssága mellett nagy keménységet és szilárdságot, kiváló hősokkállóságot és hőstabilitást is biztosít. Ezenkívül magas hőmérsékletű gőzkörnyezetben a Si3N4 megfelelő helyettesítője a cirkónium-oxidnak, amely megakadályozhatja a hidrotermikus lebomlást. Ha szűkös a költségvetés, a tervező választhat szilícium-karbidot vagy alumínium-oxidot. Mindkét anyag nagy keménységű, de nem szívósabb, mint a cirkónium-oxid vagy a szilícium-nitrid. Ez azt mutatja, hogy az anyag nagyon alkalmas statikus alkatrész-alkalmazásokhoz, például szelepbetétekhez és szelepülékekhez, nem pedig szelepgolyókhoz vagy tárcsákhoz, amelyek nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. A durva szervizszelep-alkalmazásokban használt fémanyagokhoz képest (beleértve a ferrokrómot (CrFe), a volfrámkarbidot, a Hastelloy-t és a Stellite-t), a fejlett kerámia anyagok szívóssága és szilárdsága kisebb. A súlyos szervizelési alkalmazásokhoz forgószelepek, például pillangószelepek, csonkok, úszógolyós szelepek és rugós szelepek tartoznak. Az ilyen alkalmazásokban a Si3N4 és a cirkónium-oxid hősokkállóságot, szívósságot és szilárdságot mutat, hogy alkalmazkodjon a legigényesebb környezetekhez. Az anyag keménysége és korrózióállósága miatt az alkatrészek élettartama többszörösére nő, mint a fém alkatrészeké. További előnyök közé tartozik a szelep teljesítményjellemzői élettartama során, különösen azokon a területeken, ahol megtartja záróképességét és szabályozását. Ezt egy olyan alkalmazás demonstrálja, ahol egy 65 mm-es (2,6 hüvelykes) szelepes kynar/RTFE golyót és bélést 98%-os kénsavnak és ilmenitnek tesznek ki, amely titán-oxid pigmentté alakul. A közeg korrozív jellege azt jelenti, hogy ezeknek az alkatrészeknek az élettartama akár hat hét is lehet. Azonban a Nilcra™ golyósszelep-betét használata (1. ábra), amely egy szabadalmaztatott, magnézium-oxiddal részben stabilizált cirkónium-oxid (Mg-PSZ), kiváló keménységgel és korrózióállósággal rendelkezik, és három év megszakítás nélküli működést biztosít, anélkül, hogy észlelhető lenne. elhasználódás. Lineáris szelepekben, beleértve a sarokszelepeket, fojtószelepeket vagy gömbszelepeket, ezeknek a termékeknek a "kemény tömítésű" tulajdonságai miatt a cirkónium-oxid és a szilícium-nitrid alkalmas szelepdugókhoz és szelepülékekhez. Hasonlóképpen, az alumínium-oxid használható egyes tömítésekhez és ketrecekhez. A szelepüléken lévő csiszológolyók egymáshoz illesztésével nagyfokú tömítés érhető el. Szelepbetéthez, beleértve a szelepmagot, a bemeneti és kimeneti nyílást vagy a szelepház bélést, a négy fő kerámiaanyag bármelyike ​​használható az alkalmazási követelményeknek megfelelően. Az anyag nagy keménysége és korrózióállósága előnyösnek bizonyult a termék teljesítménye és élettartama szempontjából. Vegyük például az ausztrál bauxitfinomítóban használt DN150 pillangószelepet. A közegben lévő magas szilícium-dioxid-tartalom magas szintű kopást biztosít a szelepbetéten. Az eredetileg használt tömítések és tárcsák 28%-os CrFe ötvözetből készülnek, és csak nyolc-tíz hétig bírják. A Nilcra™ cirkóniából készült szelepek esetében (2. ábra) azonban az élettartam 70 hétre nőtt. Szívósságának és szilárdságának köszönhetően a kerámia a legtöbb szelepalkalmazásban jól működik. Azonban a keménységük és a korrózióállóságuk növeli a szelep élettartamát. Ez pedig csökkenti a teljes életciklus költségeit azáltal, hogy csökkenti a cserealkatrészek leállási idejét, csökkenti a forgótőkét és a készletet, minimális a kézi kezelés, és javítja a biztonságot a szivárgás csökkentésével. Hosszú ideje a kerámia anyagok nagynyomású szelepekben való alkalmazása volt az egyik fő probléma, mivel ezek a szelepek nagy axiális vagy csavaró terhelésnek vannak kitéve. Azonban ezen a területen a főbb szereplők most olyan szelepgolyó-konstrukciókat fejlesztenek, amelyek javítják a hajtónyomaték túlélését. A másik fő korlát a méretarány. A részlegesen stabilizált cirkóniából magnézium-oxiddal előállított legnagyobb szelepülék és legnagyobb szelepgolyó (3. ábra) mérete DN500, illetve DN250. A legtöbb gyártó azonban jelenleg a kerámiát részesíti előnyben az ennél kisebb méretű alkatrészeknél. Bár a kerámia anyagok ma már bizonyítottan megfelelő választásnak bizonyultak, teljesítményük maximalizálása érdekében be kell tartani néhány egyszerű irányelvet. Kerámia anyagokat csak akkor szabad először használni, ha a költségeket minimálisra kell csökkenteni. Kerülni kell az éles sarkokat és a stresszkoncentrációt belül és kívül egyaránt. Minden lehetséges hőtágulási eltérést figyelembe kell venni a tervezési szakaszban. A karikafeszültség csökkentése érdekében a kerámiát kívül kell tartani, nem belül. Végül a geometriai tűrések és a felületkezelés szükségességét alaposan meg kell fontolni, mivel ezek jelentősen megnövelik a szükségtelen költségeket. Ezen irányelvek és bevált gyakorlatok követésével az anyagok kiválasztására és a beszállítókkal való egyeztetésre a projekt kezdetétől fogva ideális megoldás érhető el minden durva szolgáltatási alkalmazásra. Ezek az információk a Morgan Advanced Materials által biztosított anyagokból származnak, és áttekintették és adaptálták. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019. november 28.). Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM. Letöltve: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 2021. november 8. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Korszerű kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz". AZoM. 2021. november 8. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Korszerű kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Hozzáférés: 2021. november 8.). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Fejlett kerámia anyagok igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM, megtekintve 2021. november 8-án, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. A Coxem kifejlesztett egy új, SEM-en (Scanning Electron Microscope) alapuló, automatizált, nagy felületű részecskeanalizátort, amellyel a részecskék méret és elem szerint elemezhetők és osztályozhatók. Az AZoM Dr. Ozgun Kilic Afsarral beszélget. A KTH Royal Institute of Technology kandidátusa és az MIT Media Lab kutatója. Ozgun jelenleg az OmniFiberen dolgozik, egy robotizált fehérneműn. Az AZoM Dr. Bart Kahrral az imidakloprid rovarirtó szer kristályszerkezetével és környezeti hatásaival kapcsolatos kutatásairól beszélgetett. Az IMA FLUORESCENCE™ egy integrált hiperspektrális fluoreszcens mikroszkóp, amelyet az élettudományoknak szenteltek, és kiválóan alkalmas szerves és szervetlen anyagok tulajdonságainak tanulmányozására. Tudjon meg többet a szabványos és független Raman-szondákról. Ez a termékoldal jobb betekintést nyújt az IS-Instruments szabványos és izolált Raman-szondáiba.