Avanserte keramiske materialer for krevende serviceapplikasjoner

Vi bruker informasjonskapsler for å forbedre opplevelsen din. Ved å fortsette å surfe på denne nettsiden godtar du vår bruk av informasjonskapsler. Mer informasjon. Det er ingen offisiell definisjon av seriøs tjeneste. Det kan forstås som driftsforhold hvor ventilutskiftingskostnaden er høy eller prosesseringskapasiteten er redusert. Det er et globalt behov for å redusere prosessproduksjonskostnadene for å øke lønnsomheten til alle sektorer som er involvert i dårlige serviceforhold. Disse spenner fra olje og gass og petrokjemikalier til kjernekraft og kraftproduksjon, mineralforedling og gruvedrift. Designere og ingeniører prøver å nå dette målet på forskjellige måter. Den mest hensiktsmessige metoden er å øke oppetiden og effektiviteten ved å effektivt kontrollere prosessparametere (som effektiv avstengning og optimalisert flytkontroll). Sikkerhetsoptimalisering spiller også en viktig rolle, fordi redusert utskifting kan føre til et sikrere produksjonsmiljø. I tillegg jobber selskapet med å minimere utstyrsbeholdningen, inkludert pumper og ventiler, og nødvendig avhending. Samtidig forventer anleggseiere et stort skifte i sine eiendeler. Som et resultat resulterer økt prosesseringskapasitet i færre rør og utstyr (men større diametre) og færre instrumenter for samme produktstrøm. Dette viser at i tillegg til å være større for en bredere rørdiameter, må en enkelt systemkomponent også tåle langvarig eksponering for tøffe miljøer for å redusere behovet for vedlikehold og utskifting under drift. Komponenter inkludert ventiler og ventilkuler må være robuste for å passe til ønsket bruk, men kan også gi lengre levetid. Et stort problem med de fleste applikasjoner er imidlertid at metalldeler har nådd grensen for ytelsen. Dette indikerer at designere kan finne alternativer til ikke-metalliske materialer, spesielt keramiske materialer, for krevende serviceapplikasjoner. Typiske parametere som kreves for å betjene komponenter under strenge driftsforhold inkluderer termisk støtmotstand, korrosjonsmotstand, utmattelsesbestandighet, hardhet, styrke og seighet. Resiliens er en nøkkelparameter, fordi komponenter som er mindre motstandsdyktige kan svikte katastrofalt. Seigheten til keramiske materialer er definert som motstanden mot sprekkforplantning. I noen tilfeller kan det måles ved hjelp av innrykkmetoden, noe som resulterer i kunstig høye verdier. Bruken av en ensidig innsnittsbjelke kan gi nøyaktige målinger. Styrke er relatert til seighet, men refererer til det enkelt punktet hvor et materiale svikter katastrofalt når stress påføres. Det blir ofte referert til som "bruddmodulen" og måles ved å utføre en tre- eller firepunkts bøyestyrkemåling på en teststav. Trepunktstesten gir en verdi som er 1 % høyere enn firepunktstesten. Selv om hardhet kan måles med en rekke skalaer, inkludert Rockwell og Vickers, er Vickers mikrohardhetsskala veldig egnet for avanserte keramiske materialer. Hardheten er direkte proporsjonal med materialets slitestyrke. I en ventil som opererer i en syklisk metode, er tretthet et stort problem på grunn av kontinuerlig åpning og lukking av ventilen. Tretthet er styrketerskelen, over hvilken materialet ofte vil svikte under normal bøyestyrke. Korrosjonsmotstanden avhenger av driftsmiljøet og mediet som inneholder materialet. På dette feltet har mange avanserte keramiske materialer fordeler fremfor metaller, bortsett fra "hydrotermisk nedbrytning", som oppstår når noen zirkoniumoksidbaserte materialer utsettes for høytemperaturdamp. Delgeometri, termisk ekspansjonskoeffisient, termisk ledningsevne, seighet og styrke påvirkes av termisk sjokk. Dette er et område som bidrar til høy varmeledningsevne og seighet, slik at metalldeler kan fungere effektivt. Imidlertid gir fremskritt innen keramiske materialer nå akseptable nivåer av termisk sjokkmotstand. Avansert keramikk har blitt brukt i mange år og er populær blant pålitelighetsingeniører, anleggsingeniører og ventildesignere som krever høy ytelse og verdi. I henhold til spesifikke brukskrav finnes det forskjellige individuelle formuleringer som passer for et bredt spekter av bransjer. Fire avanserte keramikk er imidlertid av stor betydning innen alvorlige serviceventiler. De inkluderer silisiumkarbid (SiC), silisiumnitrid (Si3N4), alumina og zirkoniumoksid. Materialene til ventilen og ventilkulen velges i henhold til de spesifikke applikasjonskravene. To hovedformer for zirkoniumoksid brukes i ventiler, som begge har samme termisk utvidelseskoeffisient og stivhet som stål. Magnesiumoksid delvis stabilisert zirkoniumoksid (Mg-PSZ) har høyest termisk støtmotstand og seighet, mens yttria tetragonal zirkoniumoksid polykrystallinsk (Y-TZP) er hardere og sterkere, men er utsatt for hydrotermisk nedbrytning. Silisiumnitrid (Si3N4) har forskjellige formuleringer. Gasstrykksintret silisiumnitrid (GPPSN) er det mest brukte materialet for ventiler og ventilkomponenter. I tillegg til dens gjennomsnittlige seighet, gir den også høy hardhet og styrke, utmerket termisk støtmotstand og termisk stabilitet. I tillegg, i dampmiljøer med høy temperatur, er Si3N4 en egnet erstatning for zirkoniumoksid, som kan forhindre hydrotermisk nedbrytning. Når budsjettet er stramt, kan spesifikasjonen velge silisiumkarbid eller alumina. Begge materialene har høy hardhet, men er ikke seigere enn zirkoniumoksid eller silisiumnitrid. Dette viser at materialet er meget egnet for statiske komponentapplikasjoner, som ventilforinger og ventilseter, fremfor ventilkuler eller skiver som utsettes for høyere belastning. Sammenlignet med metallmaterialene som brukes i tøffe serviceventilapplikasjoner (inkludert ferrokrom (CrFe), wolframkarbid, Hastelloy og Stellite), har avanserte keramiske materialer lavere seighet og lignende styrke. Alvorlige serviceapplikasjoner involverer bruk av roterende ventiler, for eksempel spjeldventiler, tunner, flytende kuleventiler og fjærventiler. I slike applikasjoner viser Si3N4 og zirkoniumoksid termisk støtmotstand, seighet og styrke for å tilpasse seg de mest krevende miljøene. På grunn av hardheten og korrosjonsbestandigheten til materialet, økes levetiden til delene flere ganger sammenlignet med metalldeler. Andre fordeler inkluderer ytelsesegenskapene til ventilen over levetiden, spesielt i områder hvor den opprettholder lukkekapasiteten og kontrollen. Dette demonstreres i en applikasjon der en 65 mm (2,6 tommer) ventil kynar/RTFE-kule og foring blir utsatt for 98 % svovelsyre og ilmenitt, som blir omdannet til titanoksidpigment. Mediets etsende karakter gjør at levetiden til disse komponentene kan være så lang som seks uker. Bruken av kuleventiltrim laget av Nilcra™ (Figur 1), som er en proprietær magnesiumoksid delvis stabilisert zirkoniumoksid (Mg-PSZ), har utmerket hardhet og korrosjonsbestandighet, og kan gi tre års uavbrutt service uten noe som kan oppdages slitasje. I lineære ventiler, inkludert vinkelventiler, strupeventiler eller klodeventiler, er zirkoniumoksyd og silisiumnitrid egnet for ventilplugger og ventilseter, på grunn av de "harde forseglings"-egenskapene til disse produktene. Tilsvarende kan alumina brukes til noen pakninger og bur. Ved å matche slipekuler på ventilsetet kan en høy grad av tetting oppnås. For ventilforing, inkludert ventilkjerne, innløp og utløp eller ventilhusforing, kan hvilket som helst av de fire keramiske hovedmaterialene brukes i henhold til applikasjonskravene. Materialets høye hardhet og korrosjonsbestandighet viste seg å være gunstig med tanke på produktytelse og levetid. Ta DN150-spjeldventilen som brukes i det australske bauksittraffineriet som et eksempel. Det høye silikainnholdet i mediet gir høy slitasje på ventilforingen. Pakningene og skivene som opprinnelig ble brukt var laget av 28 % CrFe-legering og varte bare åtte til ti uker. Men med ventiler laget av Nilcra™ zirkonium (Figur 2), har levetiden økt til 70 uker. På grunn av sin seighet og styrke, fungerer keramikk godt i de fleste ventilapplikasjoner. Det er imidlertid deres hardhet og korrosjonsmotstand som bidrar til å øke levetiden til ventilen. Dette reduserer igjen kostnadene for hele livssyklusen ved å redusere nedetid for reservedeler, redusere arbeidskapital og varelager, minimal manuell håndtering og forbedre sikkerheten ved å redusere lekkasje. I lang tid har påføring av keramiske materialer i høytrykksventiler vært et av hovedproblemene, fordi disse ventilene er utsatt for høye aksial- eller torsjonsbelastninger. Imidlertid utvikler store aktører på dette feltet nå ventilkuledesign for å forbedre overlevelsesevnen til drivmomentet. Den andre store begrensningen er skala. Størrelsen på det største ventilsetet og største ventilkulen (Figur 3) produsert av delvis stabilisert zirkoniumoksid med magnesiumoksid er henholdsvis DN500 og DN250. Imidlertid foretrekker de fleste spesifikasjoner for tiden keramikk for komponenter under disse størrelsene. Selv om keramiske materialer nå har vist seg å være et passende valg, må noen enkle retningslinjer følges for å maksimere ytelsen. Keramiske materialer bør kun brukes først når kostnadene må holdes på et minimum. Skarpe hjørner og stresskonsentrasjon bør unngås både inne og ute. Enhver potensiell termisk ekspansjonsfeil må vurderes under designfasen. For å redusere bøylespenningen må keramikken holdes utenfor, ikke inne. Til slutt bør behovet for geometriske toleranser og overflatebehandling vurderes nøye, da disse vil øke unødvendige kostnader betydelig. Ved å følge disse retningslinjene og beste praksis for valg av materialer og koordinering med leverandører fra begynnelsen av prosjektet, kan en ideell løsning oppnås for hver tøffe tjenesteapplikasjon. Denne informasjonen er hentet fra materialer levert av Morgan Advanced Materials og har blitt gjennomgått og tilpasset. Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. (2019, 28. november). Avanserte keramiske materialer for krevende serviceapplikasjoner. AZoM. Hentet fra https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 7. juli 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Avanserte keramiske materialer for krevende serviceapplikasjoner". AZoM. 7. juli 2021. . Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. "Avanserte keramiske materialer for krevende serviceapplikasjoner". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Åpnet 7. juli 2021). Morgan avanserte materialer-teknisk keramikk. 2019. Avanserte keramiske materialer for krevende serviceapplikasjoner. AZoM, sett 7. juli 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM og Camfils administrerende direktør i Storbritannia David Moulton diskuterte selskapets luftfiltreringsløsninger og hvordan de kan bidra til å gi et tryggere arbeidsmiljø for folk i byggebransjen. I dette intervjuet snakket AZoM og ELTRA produktsjef Dr. Alan Klostermeier om rask og pålitelig O/N/H analyse av høy prøvevekt. I dette intervjuet diskuterte AZoM og Chuck Cimino, Senior Product Manager ved Lake Shore Cryotronics, fordelene med deres M81 sync source-målingssystem. Zeus Bioweb™ er en teknologi som elektrospunnet PTFE til polymerfibre med ekstremt små diametre fra nanometer til mikrometer. METTLER TOLEDOs STARe termiske analyseprogramvare gir utrolig fleksibilitet og ubegrensede evalueringsmuligheter.