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 bestaat geen officiële definitie van serieuze dienstverlening. 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 petrochemie 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. Hieruit blijkt 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 zoals kleppen en klepkogels moeten robuust zijn voor de gewenste 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. De corrosieweerstand 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, behalve de "hydrothermische degradatie", die optreedt wanneer sommige materialen op zirkoniumoxidebasis 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. Gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide (Mg-PSZ) van magnesiumoxide heeft de hoogste thermische schokbestendigheid en taaiheid, terwijl polykristallijn yttriumtetragonaal zirkoniumoxide (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 in stoomomgevingen met hoge temperaturen een geschikt alternatief voor zirkoniumoxide, dat hydrothermische afbraak kan voorkomen. Als het budget krap is, kan de bestekschrijver kiezen voor siliciumcarbide of aluminiumoxide. Beide materialen hebben een hoge hardheid, maar zijn niet taaier 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 in vergelijking met 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 wordt gedemonstreerd in een toepassing waarbij een kynar/RTFE-kogel en voering met een klep van 65 mm (2,6 inch) worden blootgesteld aan 98% zwavelzuur en ilmeniet, dat wordt omgezet in titaniumoxidepigment. Door de corrosieve aard van de media kan de levensduur van deze componenten wel zes weken bedragen. Het gebruik van kogelkleptrims van Nilcra™ (Afbeelding 1), een eigen magnesiumoxide, gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide (Mg-PSZ), heeft echter een uitstekende hardheid en corrosieweerstand en kan drie jaar ononderbroken dienst doen zonder enige waarneembare schade. slijtage. In lineaire kleppen, inclusief hoekkleppen, smoorkleppen of klepafsluiters, zijn zirkoniumoxide en siliciumnitride vanwege de "harde afdichting"-eigenschappen van deze producten geschikt voor kleppluggen en klepzittingen. 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 slijtage van de klepvoering. De aanvankelijk gebruikte pakkingen en schijven waren gemaakt van 28% CrFe-legering en gingen slechts acht tot tien weken mee. Met kleppen gemaakt 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 lange tijd een van de grootste problemen geweest, 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 maat van de grootste klepzitting en grootste klepkogel (Figuur 3), vervaardigd uit gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide met magnesiumoxide, is respectievelijk DN500 en DN250. De meeste bestekschrijvers geven momenteel echter de voorkeur aan keramiek voor componenten onder deze afmetingen. Hoewel inmiddels is bewezen dat keramische materialen een geschikte keuze zijn, moeten enkele eenvoudige richtlijnen worden gevolgd om hun prestaties 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 buiten worden bewaard, niet binnen. 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, kan een ideale oplossing worden bereikt 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 juli 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen". AZoM. 7 juli 2021. . Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. "Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArtikelID=12305. (Betreden op 7 juli 2021). Morgan Geavanceerde Materialen-Technische Keramiek. 2019. Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen. AZoM, geraadpleegd op 7 juli 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID=12305. AZoM en David Moulton, algemeen directeur van Camfil in het Verenigd Koninkrijk, bespraken de luchtfiltratieoplossingen van het bedrijf en hoe deze kunnen bijdragen aan een veiligere werkomgeving voor mensen in de bouwsector. In dit interview spraken AZoM en ELTRA-productmanager Dr. Alan Klostermeier over een snelle en betrouwbare O/N/H-analyse van hoge monstergewichten. In dit interview bespraken AZoM en Chuck Cimino, Senior Product Manager bij Lake Shore Cryotronics, de voordelen van hun M81-synchronisatiebronmeetsysteem. Zeus Bioweb™ is een technologie die PTFE elektrospint tot polymeervezels met extreem kleine diameters variërend van nanometers tot micrometers. De thermische analysesoftware STARe van METTLER TOLEDO biedt ongelooflijke flexibiliteit en onbeperkte evaluatiemogelijkheden.