까다로운 서비스 응용 분야를 위한 고급 세라믹 소재

우리는 귀하의 경험을 향상시키기 위해 쿠키를 사용합니다. 이 웹사이트를 계속 탐색하면 귀하는 당사의 쿠키 사용에 동의하게 됩니다. 추가 정보. 진지한 서비스에 대한 공식적인 정의는 없습니다. 밸브 교체 비용이 높거나 처리 능력이 떨어지는 운전 조건으로 이해될 수 있습니다. 열악한 서비스 조건과 관련된 모든 부문의 수익성을 높이기 위해 공정 생산 비용을 줄여야 하는 전 세계적인 요구가 있습니다. 여기에는 석유 및 가스, 석유화학에서부터 원자력 발전, 광물 가공 및 광업에 이르기까지 다양합니다. 디자이너와 엔지니어는 다양한 방법으로 이 목표를 달성하려고 노력하고 있습니다. 가장 적절한 방법은 프로세스 매개변수(예: 효과적인 종료 및 최적화된 흐름 제어)를 효과적으로 제어하여 가동 시간과 효율성을 높이는 것입니다. 교체를 줄이면 더 안전한 생산 환경으로 이어질 수 있으므로 안전 최적화도 중요한 역할을 합니다. 또한, 펌프, 밸브 등 장비 재고와 필요한 폐기량을 최소화하기 위해 노력하고 있습니다. 동시에 시설 소유자는 자산에 큰 변화가 있을 것으로 예상합니다. 결과적으로, 처리 용량이 증가하면 동일한 제품 스트림에 대해 더 적은 수의 파이프와 장비(그러나 직경은 더 커짐)와 장비 수가 줄어듭니다. 이는 더 넓은 파이프 직경을 위해 더 커야 하는 것 외에도 단일 시스템 구성 요소가 서비스 중 유지 관리 및 교체의 필요성을 줄이기 위해 가혹한 환경에 장기간 노출을 견뎌야 함을 보여줍니다. 밸브 및 밸브 볼을 포함한 구성 요소는 원하는 용도에 맞게 견고해야 하지만 더 긴 서비스 수명을 제공할 수도 있습니다. 그러나 대부분의 응용 분야에서 가장 큰 문제는 금속 부품이 성능의 한계에 도달했다는 것입니다. 이는 설계자가 까다로운 서비스 애플리케이션을 위해 비금속 재료, 특히 세라믹 재료에 대한 대안을 찾을 수 있음을 나타냅니다. 가혹한 서비스 조건에서 부품을 작동하는 데 필요한 일반적인 매개변수에는 열 충격 저항, 내식성, 피로 저항, 경도, 강도 및 인성이 포함됩니다. 탄력성이 떨어지는 구성 요소는 치명적인 오류를 일으킬 수 있으므로 탄력성은 핵심 매개 변수입니다. 세라믹 재료의 인성은 균열 전파에 대한 저항성으로 정의됩니다. 어떤 경우에는 압입법을 사용하여 측정하여 인위적으로 높은 값을 얻을 수도 있습니다. 단면 절개빔을 사용하면 정확한 측정이 가능합니다. 강도는 인성과 관련이 있지만 응력이 가해질 때 재료가 치명적으로 파손되는 단일 지점을 나타냅니다. 이는 일반적으로 "파단 계수"라고 하며 테스트 막대에서 3점 또는 4점 굽힘 강도 측정을 수행하여 측정됩니다. 3점 테스트는 4점 테스트보다 1% 더 높은 값을 제공합니다. 경도는 Rockwell 및 Vickers를 포함한 다양한 스케일로 측정할 수 있지만 Vickers 마이크로 경도 스케일은 고급 세라믹 재료에 매우 적합합니다. 경도는 재료의 내마모성에 정비례합니다. 순환방식으로 작동하는 밸브에서는 밸브의 지속적인 개폐로 인한 피로가 큰 문제가 된다. 피로는 강도 임계값이며, 이 임계값을 초과하면 재료가 정상적인 굽힘 강도 이하로 파손되는 경우가 많습니다. 내식성은 작동 환경과 재료가 포함된 매체에 따라 달라집니다. 이 분야에서는 일부 지르코니아 기반 재료가 고온 증기에 노출될 때 발생하는 "열수 분해"를 제외하고 많은 고급 세라믹 재료가 금속에 비해 장점이 있습니다. 부품 형상, 열팽창 계수, 열 전도성, 인성 및 강도는 열충격의 영향을 받습니다. 이는 높은 열전도율과 인성을 가져오는 영역이므로 금속 부품이 효과적으로 기능할 수 있습니다. 그러나 세라믹 소재의 발전으로 이제 허용 가능한 수준의 열 충격 저항이 제공됩니다. 고급 세라믹은 수년 동안 사용되어 왔으며 높은 성능과 가치를 요구하는 신뢰성 엔지니어, 플랜트 엔지니어 및 밸브 설계자에게 인기가 있습니다. 특정 적용 요구 사항에 따라 광범위한 산업에 적합한 다양한 개별 제제가 있습니다. 그러나 4가지 고급 세라믹은 가혹한 서비스 밸브 분야에서 매우 중요합니다. 여기에는 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 알루미나 및 지르코니아가 포함됩니다. 밸브 및 밸브 볼의 재질은 특정 적용 요구 사항에 따라 선택됩니다. 밸브에는 두 가지 주요 형태의 지르코니아가 사용되며, 두 가지 모두 강철과 동일한 열팽창 계수 및 강성을 갖습니다. 산화마그네슘 부분적으로 안정화된 지르코니아(Mg-PSZ)는 열충격 저항성과 인성이 가장 높은 반면, Y-TZP(Y-TZP)는 더 단단하고 강하지만 열수 분해에 취약합니다. 질화규소(Si3N4)는 조성이 다릅니다. GPPSN(가스 압력 소결 실리콘 질화물)은 밸브 및 밸브 부품에 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다. 평균적인 인성 외에도 높은 경도와 강도, 탁월한 열충격 저항성 및 열 안정성을 제공합니다. 또한, 고온 증기 환경에서 Si3N4는 열수 분해를 방지할 수 있는 지르코니아 대체품으로 적합합니다. 예산이 부족할 경우 지정자는 탄화규소나 알루미나를 선택할 수 있습니다. 두 재료 모두 경도가 높지만 지르코니아나 질화규소보다 인성이 높지는 않습니다. 이는 이 소재가 더 높은 응력을 받는 밸브 볼이나 디스크보다는 밸브 라이닝 및 밸브 시트와 같은 정적 부품 응용 분야에 매우 적합하다는 것을 보여줍니다. 가혹한 서비스 밸브 응용 분야에 사용되는 금속 재료(크롬철(CrFe), 텅스텐 카바이드, 하스텔로이 및 Stellite 포함)에 비해 고급 세라믹 재료는 인성이 낮고 강도는 비슷합니다. 가혹한 서비스 응용 분야에는 버터플라이 밸브, 트러니언, 플로팅 볼 밸브 및 스프링 밸브와 같은 로터리 밸브의 사용이 포함됩니다. 이러한 응용 분야에서 Si3N4와 지르코니아는 가장 까다로운 환경에 적응할 수 있는 열충격 저항성, 인성 및 강도를 나타냅니다. 재료의 경도와 내식성으로 인해 부품의 수명은 금속 부품에 비해 몇 배나 늘어납니다. 다른 이점으로는 특히 폐쇄 용량과 제어가 유지되는 영역에서 수명 기간 동안 밸브의 성능 특성이 포함됩니다. 이는 65mm(2.6인치) 밸브 kynar/RTFE 볼과 라이너가 98% 황산과 일메나이트에 노출되어 산화 티타늄 안료로 전환되는 응용 분야에서 입증됩니다. 미디어의 부식성 특성으로 인해 이러한 구성 요소의 수명은 최대 6주까지 지속될 수 있습니다. 그러나 독점적인 산화마그네슘 부분 안정화 지르코니아(Mg-PSZ)인 Nilcra™(그림 1)로 만든 볼 밸브 트림을 사용하면 경도와 내식성이 뛰어나며, 감지할 수 없는 현상 없이 3년 동안 중단 없이 서비스를 제공할 수 있습니다. 마멸. 앵글 밸브, 스로틀 밸브 또는 글로브 밸브를 포함한 선형 밸브에서는 이러한 제품의 "하드 씰" 특성으로 인해 지르코니아 및 질화규소가 밸브 플러그 및 밸브 시트에 적합합니다. 마찬가지로 일부 개스킷과 케이지에는 알루미나가 사용될 수 있습니다. 밸브 시트에 연삭 볼을 일치시키면 높은 밀봉 수준을 얻을 수 있습니다. 밸브 코어, 입구 및 출구 또는 밸브 본체 라이닝을 포함한 밸브 라이닝의 경우 응용 요구 사항에 따라 4가지 주요 세라믹 재료 중 하나를 사용할 수 있습니다. 재료의 높은 경도와 내식성은 제품 성능과 서비스 수명 측면에서 유리한 것으로 입증되었습니다. 호주 보크사이트 정유소에서 사용되는 DN150 버터플라이 밸브를 예로 들어 보겠습니다. 매체의 높은 실리카 함량은 밸브 라이닝의 마모 수준을 높입니다. 처음에 사용된 개스킷과 디스크는 28% CrFe 합금으로 제작되었으며 수명은 8~10주에 불과했습니다. 그러나 Nilcra™ 지르코니아(그림 2)로 제작된 밸브를 사용하면 사용 수명이 70주로 늘어났습니다. 인성과 강도로 인해 세라믹은 대부분의 밸브 응용 분야에서 잘 작동합니다. 그러나 밸브의 수명을 늘리는 데 도움이 되는 것은 경도와 내식성입니다. 이는 결국 교체 부품의 가동 중지 시간을 줄이고, 운전 자본 및 재고를 줄이고, 수동 처리를 최소화하고, 누출을 줄여 안전성을 향상시켜 전체 수명 주기 비용을 절감합니다. 오랫동안 고압 밸브에 세라믹 재료를 적용하는 것이 주요 문제 중 하나였습니다. 왜냐하면 이러한 밸브는 높은 축방향 또는 비틀림 하중을 받기 때문입니다. 그러나 이 분야의 주요 업체들은 현재 구동 토크의 생존성을 향상시키기 위해 밸브 볼 설계를 개발하고 있습니다. 또 다른 주요 제한 사항은 규모입니다. 산화마그네슘을 함유한 부분 안정화 지르코니아로 생산된 가장 큰 밸브 시트와 가장 큰 밸브 볼(그림 3)의 크기는 각각 DN500과 DN250입니다. 그러나 대부분의 지정자는 현재 이러한 크기보다 작은 구성 요소에 대해 세라믹을 선호합니다. 이제 세라믹 재료가 적합한 선택임이 입증되었지만 성능을 극대화하려면 몇 가지 간단한 지침을 따라야 합니다. 세라믹 재료는 비용을 최소한으로 유지해야 하는 경우에만 먼저 사용해야 합니다. 날카로운 모서리와 응력 집중은 내부와 외부 모두 피해야 합니다. 잠재적인 열팽창 불일치는 설계 단계에서 고려해야 합니다. 후프 응력을 줄이기 위해 세라믹은 내부가 아닌 외부에 보관되어야 합니다. 마지막으로, 기하학적 공차 및 표면 마감의 필요성을 신중하게 고려해야 합니다. 이로 인해 불필요한 비용이 크게 증가하기 때문입니다. 프로젝트 시작부터 재료 선택 및 공급업체와의 조정을 위한 이러한 지침과 모범 사례를 따르면 모든 가혹한 서비스 애플리케이션에 이상적인 솔루션을 얻을 수 있습니다. 이 정보는 Morgan Advanced Materials에서 제공한 자료에서 파생되었으며 검토 및 조정되었습니다. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019년 11월 28일). 까다로운 서비스 용도를 위한 고급 세라믹 소재. 아조엠. 2021년 7월 7일 https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305에서 검색함. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "까다로운 서비스 응용 분야를 위한 고급 세라믹 재료". 아조엠. 2021년 7월 7일. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "까다로운 서비스 응용 분야를 위한 고급 세라믹 재료". 아조엠. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (2021년 7월 7일 액세스) Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. 까다로운 서비스 응용 분야를 위한 고급 세라믹 소재. AZoM, 2021년 7월 7일 보기, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM과 Camfil의 영국 상무이사인 David Moulton은 회사의 공기 여과 솔루션과 이 솔루션이 건설 산업 종사자들에게 보다 안전한 작업 환경을 제공하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대해 논의했습니다. 이번 인터뷰에서 AZoM과 ELTRA 제품 관리자인 Alan Klostermeier 박사는 높은 샘플 중량에 대한 빠르고 안정적인 O/N/H 분석에 대해 이야기했습니다. 이 인터뷰에서 AZoM과 Lake Shore Cryotronics의 수석 제품 관리자인 Chuck Cimino는 M81 동기 소스 측정 시스템의 이점에 대해 논의했습니다. Zeus Bioweb™은 PTFE를 나노미터에서 마이크로미터까지 매우 작은 직경의 고분자 섬유에 전기방사하는 기술입니다. METTLER TOLEDO의 STARe 열 분석 소프트웨어는 놀라운 유연성과 무한한 평가 가능성을 제공합니다.