חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים

אנו משתמשים בעוגיות כדי לשפר את החוויה שלך. על ידי המשך הגלישה באתר זה, אתה מסכים לשימוש שלנו בעוגיות. עוד מידע.
אין הגדרה רשמית לשירות קפדני. ניתן להבין זאת כתנאי הפעלה שבהם עלות החלפת השסתומים גבוהה או יכולת העיבוד מופחתת.
קיים צורך גלובלי להפחית את עלויות ייצור התהליך על מנת להגדיל את הרווחיות של כל המגזרים המעורבים בתנאי שירות גרועים. אלה נעים בין נפט וגז ומוצרים פטרוכימיים לאנרגיה גרעינית וייצור חשמל, עיבוד מינרלים וכרייה.
מעצבים ומהנדסים מנסים להשיג מטרה זו בדרכים שונות. השיטה המתאימה ביותר היא להגדיל את זמן הפעולה והיעילות על ידי שליטה יעילה בפרמטרים של התהליך (כגון כיבוי יעיל ובקרת זרימה מיטבית).
אופטימיזציה של בטיחות ממלאת גם תפקיד חיוני, מכיוון שצמצום ההחלפה יכול להוביל לסביבת ייצור בטוחה יותר. בנוסף, החברה פועלת לצמצום מלאי הציוד, לרבות משאבות ושסתומים, וההשלכה הנדרשת. במקביל, בעלי מתקנים מצפים לשינוי עצום בנכסיהם. כתוצאה מכך, יכולת עיבוד מוגברת מביאה לפחות צינורות וציוד (אך קטרים ​​גדולים יותר) ופחות מכשירים עבור אותו זרם מוצרים.
זה מצביע על כך שבנוסף על הצורך להיות גדול יותר עבור קוטר צינור רחב יותר, רכיב מערכת בודד צריך גם לעמוד בחשיפה ממושכת לסביבות קשות כדי להפחית את הצורך בתחזוקה והחלפה במהלך השירות.
רכיבים לרבות שסתומים וכדורי שסתומים צריכים להיות חזקים כדי להתאים ליישום הנדרש, אך יכולים גם לספק חיי שירות ארוכים יותר. עם זאת, בעיה מרכזית ברוב היישומים היא שחלקי מתכת הגיעו לקצה גבול הביצועים שלהם. זה מצביע על כך שמעצבים עשויים למצוא חלופות לחומרים לא מתכתיים, במיוחד חומרים קרמיים, ליישומי שירות תובעניים.
פרמטרים אופייניים הנדרשים להפעלת רכיבים בתנאי שירות קשים כוללים עמידות בפני זעזועים תרמיים, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני עייפות, קשיות, חוזק וקשיחות.
חוסן הוא פרמטר מרכזי, מכיוון שרכיבים שהם פחות עמידים עלולים להיכשל בצורה קטסטרופלית. הקשיחות של חומרים קרמיים מוגדרת כעמידות בפני התפשטות סדקים. במקרים מסוימים, ניתן למדוד אותו באמצעות שיטת הזחה, וכתוצאה מכך ערכים גבוהים באופן מלאכותי. השימוש בקורת חתך חד-צדדית יכול לספק מדידות מדויקות.
חוזק קשור לקשיחות, אך מתייחס לנקודה הבודדת שבה חומר נכשל בצורה קטסטרופלית כאשר מופעל לחץ. זה מכונה בדרך כלל "מודול הקרע" והוא נמדד על ידי ביצוע מדידת חוזק כיפוף שלוש נקודות או ארבע נקודות על מוט בדיקה. מבחן שלוש הנקודות מספק ערך הגבוה ב-1% ממבחן ארבע הנקודות.
למרות שניתן למדוד קשיות עם מגוון סולמות כולל Rockwell ו-Vickers, סקאלת המיקרו-קשיות של Vickers מתאימה מאוד לחומרים קרמיים מתקדמים. הקשיות עומדת ביחס ישר לעמידות הבלאי של החומר.
בשסתום הפועל בשיטה מחזורית, עייפות היא בעיה מרכזית עקב פתיחה וסגירה מתמשכת של השסתום. עייפות היא סף החוזק, שמעבר לו החומר לרוב ייכשל מתחת לחוזק הכיפוף הרגיל שלו.
עמידות בפני קורוזיה תלויה בסביבת ההפעלה ובמדיום המכיל את החומר. בתחום זה, לחומרים קרמיים מתקדמים רבים יש יתרונות על פני מתכות, למעט "פירוק הידרותרמי", המתרחש כאשר חלק מהחומרים המבוססים על זירקוניה נחשפים לקיטור בטמפרטורה גבוהה.
גיאומטריית חלקים, מקדם התפשטות תרמית, מוליכות תרמית, קשיחות וחוזק מושפעים מהלם תרמי. זהו אזור המסייע למוליכות תרמית גבוהה ולקשיחות, כך שחלקי מתכת יכולים לתפקד ביעילות. עם זאת, התקדמות בחומרים קרמיים מספקת כעת רמות מקובלות של עמידות בפני זעזועים תרמיים.
קרמיקה מתקדמת הייתה בשימוש במשך שנים רבות והיא פופולרית בקרב מהנדסי אמינות, מהנדסי מפעלים ומעצבי שסתומים הדורשים ביצועים וערך גבוהים. על פי דרישות יישום ספציפיות, ישנם ניסוחים בודדים שונים המתאימים למגוון רחב של תעשיות. עם זאת, לארבע קרמיקות מתקדמות יש משמעות רבה בתחום שסתומי השירות החמורים. הם כוללים סיליקון קרביד (SiC), סיליקון ניטריד (Si3N4), אלומינה וזירקוניה. החומרים של השסתום וכדור השסתום נבחרים בהתאם לדרישות היישום הספציפיות.
שתי צורות עיקריות של זירקוניה משמשות בשסתומים, שלשתיהן מקדם התפשטות וקשיחות תרמית זהה לפלדה. זירקוניה מיוצבת חלקית של מגנזיום אוקסיד (Mg-PSZ) היא בעלת ההתנגדות והקשיחות הגבוהה ביותר בפני זעזועים תרמיים, בעוד ש-yttrium oxide tetragonal zirconia polycrystalline (Y-TZP) קשה וחזק יותר, אך רגיש לפירוק הידרותרמי.
לסיליקון ניטריד (Si3N4) יש ניסוחים שונים. סיליקון ניטריד מסונן בלחץ גז (GPPSN) הוא החומר הנפוץ ביותר עבור שסתומים ורכיבי שסתומים. בנוסף לקשיחות הממוצעת שלו, הוא מספק גם קשיות וחוזק גבוהים, עמידות מצוינת בפני זעזועים תרמיים ויציבות תרמית. בנוסף, Si3N4 הוא תחליף מתאים לזירקוניה בסביבות קיטור בטמפרטורה גבוהה כדי למנוע פירוק הידרותרמי.
כאשר התקציב מצומצם, המפרט יכול לבחור סיליקון קרביד או אלומינה. לשני החומרים קשיות גבוהה, אך אינם קשים יותר מזירקוניה או סיליקון ניטריד. זה מראה שהחומר מתאים מאוד ליישומי רכיבים סטטיים, כמו בטנות שסתומים ומושבי שסתומים, ולא לכדורי שסתומים או דיסקים הכפופים ללחץ גבוה יותר.
בהשוואה לחומרי המתכת המשמשים ביישומי שסתומי שירות קשים (כולל פרוכרום (CrFe), טונגסטן קרביד, Hastelloy ו-Stellite), לחומרים קרמיים מתקדמים יש קשיחות נמוכה יותר וחוזק דומה.
יישומי שירות חמורים כוללים שימוש בשסתומים סיבוביים, כגון שסתומי פרפר, שסתומים, שסתומי כדור צפים ושסתומי קפיצים. ביישומים כאלה, Si3N4 וזירקוניה מציגים עמידות בפני זעזועים תרמיים, קשיחות וחוזק כדי להסתגל לסביבות התובעניות ביותר. בשל הקשיות ועמידות החומר בפני קורוזיה, חיי השירות של החלקים גדלים פי כמה מזה של חלקי המתכת. יתרונות נוספים כוללים את מאפייני הביצועים של השסתום לאורך חייו, במיוחד באזורים שבהם הוא שומר על יכולת הסגירה והשליטה שלו.
זה הוכח ביישום שבו כדור 65 מ"מ (2.6 אינץ') שסתום kynar/RTFE ותוחם נחשפו לחומצה גופרתית 98% ואילמניט, אשר הופך לפיגמנט תחמוצת טיטניום. האופי המאכל של המדיה אומר שרכיבים אלה יכולים להחזיק מעמד עד שישה שבועות. עם זאת, השימוש בחיפוי שסתום כדורי מתוצרת Nilcra!" (איור 1), שהוא זירקוניה מיוצב חלקי של מגנזיום תחמוצת (Mg-PSZ), בעל קשיות מצוינת ועמידות בפני קורוזיה והוא יכול לספק שלוש שנים של שירות ללא הפרעה ללא כל אפשרות לזיהוי בְּלַאי.
בשסתומים ליניאריים לרבות שסתומי זווית, שסתומי מצערת או שסתומי גלובוס, זירקוניה וסיליקון ניטריד מתאימים לסתמי שסתומים ומושבי שסתומים, הודות למאפייני ה"מושב הקשיח" של מוצרים אלו. באופן דומה, ניתן להשתמש באלומינה עבור כמה אטמים וכלובים. על ידי התאמת כדורי השחזה על מושב השסתום, ניתן להשיג דרגת איטום גבוהה.
עבור ריפוד שסתומים, כולל ליבת שסתום, כניסה ויציאה או ריפוד גוף שסתומים, ניתן להשתמש בכל אחד מארבעת החומרים הקרמיים העיקריים בהתאם לדרישות היישום. הקשיות הגבוהה ועמידותם בפני קורוזיה של החומר הוכחה כמועילות מבחינת ביצועי המוצר וחיי השירות.
קח את שסתום הפרפר DN150 המשמש בבית הזיקוק של בוקסיט האוסטרלי כדוגמה. תכולת הסיליקה הגבוהה במדיום מספקת רמה גבוהה של בלאי על ציפוי השסתום. האטמים והדיסקים בשימוש תחילה עשויים מסגסוגת 28% CrFe ויכולים להחזיק מעמד רק שמונה עד עשרה שבועות. עם זאת, עם שסתומים עשויים Nilcra!" זירקוניה (איור 2), חיי השירות גדלו ל-70 שבועות.
בשל הקשיחות והחוזק שלה, קרמיקה עובדת היטב ברוב יישומי השסתומים. עם זאת, קשיותם ועמידותם בפני קורוזיה הם שעוזרים להגדיל את חיי השירות של השסתום. זה בתורו מפחית את העלות של כל מחזור החיים על ידי הפחתת זמן ההשבתה עבור חלקי חילוף, הפחתת הון חוזר ומלאי, טיפול ידני מינימלי ושיפור הבטיחות על ידי הפחתת דליפה.
במשך זמן רב, היישום של חומרים קרמיים בשסתומים בלחץ גבוה היה אחד החששות העיקריים, מכיוון ששסתומים אלו נתונים לעומסים ציריים או פיתולים גבוהים. עם זאת, שחקנים גדולים בתחום זה מפתחים כעת עיצובים של כדורי שסתומים כדי לשפר את השרידות של מומנט הנעה.
המגבלה העיקרית האחרת היא קנה המידה. הגודל של מושב השסתום הגדול ביותר וכדור השסתום הגדול ביותר (איור 3) המיוצר על ידי מגנזיה זירקוניה מיוצבת חלקית הוא DN500 ו-DN250, בהתאמה. עם זאת, רוב המפרטים מעדיפים כיום רכיבים קרמיים בגדלים אלה.
למרות שהחומר הקרמי הוכח כעת כבחירה מתאימה, עדיין יש כמה קווים מנחים פשוטים שיש לפעול לפיהם כדי למקסם את הביצועים שלו. יש להשתמש תחילה בחומרים קרמיים רק כאשר יש להפחית את העלויות. יש להימנע מפינות חדות וריכוז מתח הן בפנים והן בחוץ.
יש לשקול כל אי התאמה של התפשטות תרמית פוטנציאלית במהלך שלב התכנון. על מנת להפחית את מתח החישוק, יש לשמור על הקרמיקה מבחוץ, לא מבפנים. לבסוף, יש לשקול היטב את הצורך בסובלנות גיאומטרית וגימור פני השטח, שכן אלו יגדילו משמעותית עלויות מיותרות.
על ידי ביצוע הנחיות ושיטות עבודה מומלצות אלו לבחירת חומרים ותיאום עם ספקים מתחילת הפרויקט, ניתן להגיע לפתרון האידיאלי לכל יישום שירות קשוח.
מידע זה נגזר מחומרים שסופקו על ידי Morgan Advanced Materials והוא נבדק והותאם.
מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. (2019, 28 בנובמבר). חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים. AZoM. אוחזר מ-https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 ב-7 בדצמבר 2021.
מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. "חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים". AZoM. 7 בדצמבר 2021. .
מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. "חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (נגישה ב-7 בדצמבר 2021).
מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. 2019. חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים. AZoM, נצפה ב-7 בדצמבר 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
AZoM ופרופסור Guihua Yu מאוניברסיטת טקסס באוסטין דנו בסוג חדש של יריעת הידרוג'ל שיכולה להמיר במהירות מים מזוהמים למי שתייה טהורים. לתהליך חדשני זה עשויה להיות השפעה גדולה על הפחתת המחסור העולמי במים.
בראיון זה, AZoM ו-Jurgen Schawe מ- METTLER TOLEDO דיברו על קלורימטריית שבב סריקה מהירה והיישומים השונים שלה.
AZoM שוחח עם פרופסור אורן שרמן על המחקר שלו על סוג חדש של הידרוג'ל שיכול להשיג דחיסה קיצונית בלחץ גבוה.
StructureScan Mini XT הוא הכלי המושלם לסריקת בטון; הוא יכול לזהות במדויק ובמהירות את העומק והמיקום של עצמים מתכתיים ולא מתכתיים בבטון.
Miniflex XpC הוא דיפרקטומטר רנטגן (XRD) המיועד לבקרת איכות במפעלי מלט ופעולות אחרות הדורשות בקרת תהליכים מקוונת (כגון תרופות וסוללות).
Raman Building Block 1064 מורכב מהרכיבים הדרושים הבאים: ספקטרומטר, לייזר 1064 ננומטר, בדיקת דגימה ואביזרים אופציונליים אחרים.