PlaatsTianjin, China (vasteland)
E-mailE-mail: sales@likevalves.com
TelefoonTelefoon: +86 13920186592

Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen

Wij gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door verder te surfen op deze website gaat u akkoord met ons gebruik van cookies. Meer informatie.
Er is geen officiële definitie van strikte service. Het kan worden opgevat als bedrijfsomstandigheden waarbij de kosten voor klepvervanging hoog zijn of de verwerkingscapaciteit wordt verminderd.
Er is een mondiale noodzaak om de procesproductiekosten te verlagen om de winstgevendheid te vergroten van alle sectoren die betrokken zijn bij slechte serviceomstandigheden. Deze variëren van olie en gas en petrochemische producten tot kernenergie en energieopwekking, verwerking van mineralen en mijnbouw.
Ontwerpers en ingenieurs proberen dit doel op verschillende manieren te bereiken. De meest geschikte methode is het verhogen van de uptime en efficiëntie door procesparameters effectief te controleren (zoals effectieve uitschakeling en geoptimaliseerde stroomregeling).
Optimalisatie van de veiligheid speelt ook een cruciale rol, omdat het verminderen van vervanging kan leiden tot een veiligere productieomgeving. Daarnaast werkt het bedrijf aan het minimaliseren van de inventaris van apparatuur, inclusief pompen en kleppen, en de vereiste afvoer. Tegelijkertijd verwachten eigenaren van faciliteiten een enorme verschuiving in hun activa. Als gevolg hiervan resulteert een grotere verwerkingscapaciteit in minder leidingen en apparatuur (maar grotere diameters) en minder instrumenten voor dezelfde productstroom.
Dit geeft aan dat een enkel systeemonderdeel niet alleen groter moet zijn voor een grotere buisdiameter, maar ook langdurige blootstelling aan zware omstandigheden moet kunnen weerstaan ​​om de noodzaak voor onderhoud en vervanging tijdens gebruik te verminderen.
Componenten, waaronder kleppen en klepkogels, moeten robuust zijn voor de vereiste toepassing, maar kunnen ook een langere levensduur bieden. Een groot probleem bij de meeste toepassingen is echter dat metalen onderdelen de limiet van hun prestatie hebben bereikt. Dit geeft aan dat ontwerpers alternatieven kunnen vinden voor niet-metalen materialen, vooral keramische materialen, voor veeleisende servicetoepassingen.
Typische parameters die nodig zijn om componenten onder zware gebruiksomstandigheden te laten werken, zijn onder meer thermische schokbestendigheid, corrosieweerstand, weerstand tegen vermoeidheid, hardheid, sterkte en taaiheid.
Veerkracht is een belangrijke parameter, omdat componenten die minder veerkrachtig zijn catastrofaal kunnen falen. De taaiheid van keramische materialen wordt gedefinieerd als de weerstand tegen scheurvoortplanting. In sommige gevallen kan het worden gemeten met behulp van de inspringingsmethode, wat resulteert in kunstmatig hoge waarden. Het gebruik van een enkelzijdige incisiestraal kan nauwkeurige metingen opleveren.
Sterkte houdt verband met taaiheid, maar verwijst naar het enige punt waarop een materiaal catastrofaal faalt wanneer er spanning op wordt uitgeoefend. Dit wordt gewoonlijk de “breukmodulus” genoemd en wordt gemeten door een driepunts- of vierpuntsbuigsterktemeting uit te voeren op een teststaaf. De driepuntsproef levert een waarde op die 1% hoger is dan de vierpuntsproef.
Hoewel de hardheid kan worden gemeten met verschillende schalen, waaronder Rockwell en Vickers, is de Vickers microhardheidsschaal zeer geschikt voor geavanceerde keramische materialen. De hardheid is recht evenredig met de slijtvastheid van het materiaal.
Bij een klep die cyclisch werkt, is vermoeidheid een groot probleem als gevolg van het continu openen en sluiten van de klep. Vermoeidheid is de sterktedrempel, waarboven het materiaal vaak zal bezwijken onder zijn normale buigsterkte.
Corrosiebestendigheid is afhankelijk van de werkomgeving en het medium dat het materiaal bevat. Op dit gebied hebben veel geavanceerde keramische materialen voordelen ten opzichte van metalen, met uitzondering van de “hydrothermische degradatie”, die optreedt wanneer sommige materialen op basis van zirkoniumoxide worden blootgesteld aan stoom op hoge temperatuur.
De geometrie van het onderdeel, de thermische uitzettingscoëfficiënt, de thermische geleidbaarheid, de taaiheid en de sterkte worden beïnvloed door thermische schokken. Dit is een gebied dat bevorderlijk is voor een hoge thermische geleidbaarheid en taaiheid, zodat metalen onderdelen effectief kunnen functioneren. De vooruitgang op het gebied van keramische materialen biedt nu echter aanvaardbare niveaus van thermische schokbestendigheid.
Geavanceerde keramiek wordt al vele jaren gebruikt en is populair onder betrouwbaarheidsingenieurs, fabrieksingenieurs en klepontwerpers die hoge prestaties en waarde vereisen. Afhankelijk van de specifieke toepassingsvereisten zijn er verschillende individuele formuleringen die geschikt zijn voor een breed scala aan industrieën. Op het gebied van zware servicekleppen zijn echter vier geavanceerde keramieksoorten van groot belang. Ze omvatten siliciumcarbide (SiC), siliciumnitride (Si3N4), aluminiumoxide en zirkoniumoxide. De materialen van de klep en de klepkogel worden geselecteerd op basis van de specifieke toepassingsvereisten.
Er worden twee hoofdvormen van zirkoniumoxide gebruikt in kleppen, die beide dezelfde thermische uitzettingscoëfficiënt en stijfheid hebben als staal. Magnesiumoxide gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide (Mg-PSZ) heeft de hoogste thermische schokbestendigheid en taaiheid, terwijl yttriumoxide tetragonaal zirkoniumoxide polykristallijn (Y-TZP) harder en sterker is, maar gevoelig is voor hydrothermische degradatie.
Siliciumnitride (Si3N4) heeft verschillende formuleringen. Gasdrukgesinterd siliciumnitride (GPPSN) is het meest gebruikte materiaal voor kleppen en klepcomponenten. Naast de gemiddelde taaiheid biedt het ook een hoge hardheid en sterkte, uitstekende thermische schokbestendigheid en thermische stabiliteit. Bovendien is Si3N4 een geschikt alternatief voor zirkoniumoxide in stoomomgevingen met hoge temperaturen om hydrothermische afbraak te voorkomen.
Als het budget krap is, kan de bestekschrijver kiezen voor siliciumcarbide of aluminiumoxide. Beide materialen hebben een hoge hardheid, maar zijn niet harder dan zirkonia of siliciumnitride. Hieruit blijkt dat het materiaal zeer geschikt is voor toepassingen van statische componenten, zoals klepvoeringen en klepzittingen, in plaats van klepkogels of -schijven die aan hogere spanningen worden blootgesteld.
Vergeleken met de metalen materialen die worden gebruikt in zware servicekleptoepassingen (waaronder ferrochroom (CrFe), wolfraamcarbide, Hastelloy en Stelliet), hebben geavanceerde keramische materialen een lagere taaiheid en een vergelijkbare sterkte.
Bij zware servicetoepassingen wordt gebruik gemaakt van roterende kleppen, zoals vlinderkleppen, tappen, zwevende kogelkranen en veerkleppen. In dergelijke toepassingen vertonen Si3N4 en zirkoniumoxide thermische schokbestendigheid, taaiheid en sterkte om zich aan te passen aan de meest veeleisende omgevingen. Door de hardheid en corrosiebestendigheid van het materiaal wordt de levensduur van de onderdelen meerdere malen verlengd dan die van de metalen onderdelen. Andere voordelen zijn onder meer de prestatiekenmerken van de klep gedurende zijn levensduur, vooral in gebieden waar hij zijn sluitvermogen en controle behoudt.
Dit werd gedemonstreerd in een toepassing waarbij een kynar/RTFE-kogel en voering van 65 mm (2,6 inch) werden blootgesteld aan 98% zwavelzuur en ilmeniet, dat wordt omgezet in titaniumoxidepigment. Door de corrosieve aard van de media kunnen deze componenten tot zes weken meegaan. Het gebruik van kogelkraantrims van Nilcra!" (Figuur 1), een gepatenteerd magnesiumoxide, gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide (Mg-PSZ), heeft echter een uitstekende hardheid en corrosieweerstand en kan drie jaar ononderbroken service bieden zonder enige waarneembare schade. slijtage.
In lineaire kleppen, waaronder hoekkleppen, smoorkleppen of klepafsluiters, zijn zirkoniumoxide en siliciumnitride geschikt voor kleppluggen en klepzittingen, dankzij de ‘harde zitting’-eigenschappen van deze producten. Op dezelfde manier kan aluminiumoxide worden gebruikt voor sommige pakkingen en kooien. Door bijpassende maalkogels op de klepzitting kan een hoge mate van afdichting worden bereikt.
Voor klepvoering, inclusief klepkern, inlaat en uitlaat of kleplichaamvoering, kan elk van de vier belangrijkste keramische materialen worden gebruikt, afhankelijk van de toepassingsvereisten. De hoge hardheid en corrosieweerstand van het materiaal bleken gunstig voor de productprestaties en levensduur.
Neem als voorbeeld de DN150 vlinderklep die in de Australische bauxietraffinaderij wordt gebruikt. Het hoge silicagehalte in het medium zorgt voor een hoge mate van slijtage van de klepvoering. De aanvankelijk gebruikte pakkingen en schijven zijn gemaakt van een 28% CrFe-legering en kunnen slechts acht tot tien weken meegaan. Bij kleppen van Nilcra!"-zirkonia (Figuur 2) is de levensduur echter verlengd tot 70 weken.
Vanwege zijn taaiheid en sterkte werkt keramiek goed in de meeste kleptoepassingen. Het zijn echter hun hardheid en corrosiebestendigheid die de levensduur van de klep helpen verlengen. Dit verlaagt op zijn beurt de kosten van de gehele levenscyclus door de uitvaltijd voor vervangende onderdelen te verminderen, het werkkapitaal en de voorraad te verminderen, handmatige handelingen te minimaliseren en de veiligheid te verbeteren door lekkage te verminderen.
De toepassing van keramische materialen in hogedrukkleppen is al lange tijd een van de belangrijkste aandachtspunten, omdat deze kleppen onderhevig zijn aan hoge axiale of torsiebelastingen. Grote spelers op dit gebied ontwikkelen nu echter klepkogelontwerpen om de overlevingskansen van het aandrijfkoppel te verbeteren.
De andere belangrijke beperking is de schaalgrootte. De grootte van de grootste klepzitting en de grootste klepkogel (Figuur 3), geproduceerd door gedeeltelijk gestabiliseerd magnesiazirkoniumoxide, is respectievelijk DN500 en DN250. De meeste bestekschrijvers geven momenteel echter de voorkeur aan keramische componenten van deze afmetingen.
Hoewel inmiddels is bewezen dat het keramische materiaal een geschikte keuze is, zijn er nog steeds enkele eenvoudige richtlijnen die moeten worden gevolgd om de prestaties ervan te maximaliseren. Keramische materialen mogen alleen als eerste worden gebruikt als de kosten tot een minimum moeten worden beperkt. Scherpe hoeken en spanningsconcentratie moeten zowel binnen als buiten worden vermeden.
Tijdens de ontwerpfase moet rekening worden gehouden met eventuele mismatches bij thermische uitzetting. Om de ringspanning te verminderen, moet het keramiek aan de buitenkant worden bewaard en niet aan de binnenkant. Ten slotte moet de noodzaak van geometrische toleranties en oppervlakteafwerking zorgvuldig worden overwogen, aangezien deze de onnodige kosten aanzienlijk zullen verhogen.
Door deze richtlijnen en best practices voor het selecteren van materialen te volgen en vanaf het begin van het project met leveranciers te coördineren, is het mogelijk om de ideale oplossing te bereiken voor elke zware servicetoepassing.
Deze informatie is ontleend aan materialen van Morgan Advanced Materials en is beoordeeld en aangepast.
Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. (2019, 28 november). Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen. AZoM. Opgehaald van https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID=12305 op 7 december 2021.
Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. “Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen”. AZoM. 7 december 2021. .
Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. “Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArtikelID=12305. (Betreden op 7 december 2021).
Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. 2019. Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen. AZoM, bekeken op 7 december 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID=12305.
AZoM en professor Guihua Yu van de Universiteit van Texas in Austin bespraken een nieuw type hydrogelplaat die verontreinigd water snel kan omzetten in zuiver drinkwater. Dit nieuwe proces kan een grote impact hebben op het verlichten van de mondiale watertekorten.
In dit interview spraken AZoM en Jurgen Schawe van METTLER TOLEDO over fast scanning chip-calorimetrie en de verschillende toepassingen ervan.
AZoM sprak met professor Oren Scherman over zijn onderzoek naar een nieuw type hydrogel dat extreme samendrukbaarheid onder hoge druk kan bereiken.
StructureScan Mini XT is het perfecte hulpmiddel voor het scannen van beton; het kan nauwkeurig en snel de diepte en positie van metalen en niet-metalen voorwerpen in beton identificeren.
Miniflex XpC is een röntgendiffractometer (XRD) ontworpen voor kwaliteitscontrole in cementfabrieken en andere activiteiten waarvoor online procescontrole vereist is (zoals farmaceutische producten en batterijen).
Raman Building Block 1064 bestaat uit de volgende noodzakelijke componenten: spectrometer, 1064 nm laser, bemonsteringssonde en andere optionele accessoires.


Posttijd: 08-dec-2021

Stuur uw bericht naar ons:

Schrijf hier uw bericht en stuur het naar ons
WhatsApp Onlinechat!