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 רציני. 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 ופטרוכימיה לכוח גרעיני וייצור חשמל, עיבוד מינרלים וכריה. 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 מראה שמלבד 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 הרצוי, 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 בעת הפעלת 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. מגנזיום אוקסיד מיוצב חלקי לזירקוניה (Mg-PSZ) הוא בעל ההתנגדות הגבוהה ביותר לזעזועים תרמיים וקשיחות, בעוד yttria tetragonal zirconia polycrystalline (Y-TZP) קשה וחזק יותר, אך הוא 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, בסביבות קיטור בטמפרטורה גבוהה, Si3N4 מהווה תחליף מתאים לזירקוניה, שיכול 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 ועמידותם בפני קורוזיה של החומר, חיי השירות של החלקים גדלים פי כמה בהשוואה לחלקי מתכת. יתרונות נוספים כוללים את מאפייני הביצועים של השסתום לאורך חייו, במיוחד באזורים שבהם הוא שומר על יכולת הסגירה והשליטה שלו. הדבר מודגם ביישום שבו כדור ושסתום kynar/RTFE של שסתום בגודל 65 מ"מ (2.6 אינץ') נחשפים ל-98% חומצה גופרתית ואילמניט, אשר הופך לפיגמנט תחמוצת טיטניום. האופי המאכל של המדיה פירושו שחייהם של רכיבים אלה יכולים להגיע עד שישה שבועות. עם זאת, השימוש בחיפוי שסתום כדורי מתוצרת Nilcra™ (איור 1), שהוא זירקוניה מיוצב חלקי מגנזיום אוקסיד (Mg-PSZ), בעל קשיות מצוינת ועמידות בפני קורוזיה, והוא יכול לספק שלוש שנים של שירות ללא הפרעה ללא כל זיהוי. בְּלַאי. בשסתומים ליניאריים, לרבות שסתומי זווית, שסתומי מצערת או שסתומים גלובוסים, בשל מאפייני ה"אטימה הקשה" של מוצרים אלו, זירקוניה וסיליקון ניטריד מתאימים לפקקי שסתומים ומושבי שסתומים. 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 רירית השסתום. האטמים והדיסקים שנעשה בהם שימוש תחילה היו עשויים מסגסוגת CrFe של 28% ונמשכו שמונה עד עשרה שבועות בלבד. עם זאת, עם שסתומים העשויים מ-Nilcra™ zirconia (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, יישום חומרים קרמיים בשסתומים בלחץ גבוה הוא אחת הבעיות העיקריות, מכיוון ששסתומים אלו נתונים לעומסים צירים 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 מזירקוניה מיוצבת חלקית עם תחמוצת מגנזיום הוא DN500 ו-DN250, בהתאמה. עם זאת, רוב המפרטים מעדיפים כיום קרמיקה עבור רכיבים מתחת לגדלים אלה. למרות שחומרים קרמיים הוכחו כעת כבחירה מתאימה, יש לפעול לפי כמה הנחיות פשוטות כדי למקסם את הביצועים שלהם. 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 בחוץ, לא בפנים. לבסוף, יש לשקול היטב את הצורך בסובלנות גיאומטרית וגימור פני השטח, שכן אלו יגדילו משמעותית עלויות מיותרות. על ידי ביצוע הנחיות ושיטות עבודה מומלצות אלה לבחירת חומרים ותיאום עם ספקים מתחילת הפרויקט, ניתן להשיג פתרון אידיאלי 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 ביולי 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים". AZoM. 7 ביולי 2021. . מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. "חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (נגישה ב-7 ביולי 2021). מורגן חומרים מתקדמים-קרמיקה טכנית. 2019. חומרים קרמיים מתקדמים ליישומי שירות תובעניים. AZoM, נצפה ב-7 ביולי 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM ומנהל קמפיל בבריטניה דיוויד מולטון דנו בפתרונות סינון האוויר של החברה וכיצד הם יכולים לעזור לספק סביבת עבודה בטוחה יותר לאנשים בתעשיית הבנייה. בראיון זה, מנהל המוצר של AZoM ו-ELTRA, ד"ר אלן קלוסטרמייר, דיברו על ניתוח O/N/H מהיר ואמין של משקלי מדגם גבוהים. בראיון זה, AZoM וצ'אק Cimino, מנהל מוצר בכיר ב-Lake Shore Cryotronics, דנו ביתרונות של מערכת מדידת מקור הסינכרון M81 שלהם. Zeus Bioweb™ היא טכנולוגיה שסובבת PTFE אלקטרו לסיבי פולימר עם קטרים ​​קטנים במיוחד, הנעים מננומטר למיקרומטר. תוכנת הניתוח התרמי STARe של METTLER TOLEDO מספקת גמישות מדהימה ואפשרויות הערכה בלתי מוגבלות.