Официального определения услуги не существует. Можно считать, что это относится к высокой стоимости замены клапана или к условиям работы, которые снижают производительность обработки.
Глобальная потребность в снижении издержек на производство технологических процессов с целью повышения рентабельности всех секторов, задействованных в суровых условиях эксплуатации. Они варьируются от нефти и газа, нефтехимии до атомной энергетики и производства электроэнергии, переработки полезных ископаемых и добычи полезных ископаемых.
Проектировщики и инженеры пытаются достичь этой цели разными способами. Наиболее подходящим методом является увеличение времени безотказной работы и эффективности за счет эффективного управления параметрами процесса (например, эффективное отключение и оптимизированное управление потоком).
Оптимизация безопасности также играет важную роль, поскольку сокращение числа замен может привести к более безопасной производственной среде. Кроме того, компания работает над сокращением запасов оборудования (включая насосы и клапаны) и необходимой утилизации. В то же время владельцы объектов ожидают огромного оборота от своих активов. Таким образом, увеличение мощности переработки приведет к меньшему количеству (но большего диаметра) труб и оборудования и меньшему количеству инструментов для того же потока продукции.
Это показывает, что, помимо необходимости использования более крупных отдельных компонентов системы для более широких диаметров труб, также необходимо выдерживать длительное воздействие суровых условий, чтобы снизить потребность в техническом обслуживании и замене в процессе эксплуатации.
Компоненты, включая клапаны и шаровые клапаны, должны быть прочными, чтобы соответствовать желаемому применению, но они также могут продлить срок их службы. Однако основная проблема большинства применений заключается в том, что металлические детали достигли пределов своих эксплуатационных характеристик. Это указывает на то, что проектировщики могут найти альтернативы неметаллическим материалам в сложных применениях, особенно керамическим материалам.
Типичные параметры, необходимые для работы компонентов в жестких условиях, включают стойкость к тепловому удару, коррозионную стойкость, усталостную прочность, твердость, прочность и ударную вязкость.
Устойчивость является ключевым параметром, поскольку менее устойчивые компоненты могут выйти из строя катастрофически. Прочность керамических материалов определяется как сопротивление распространению трещин. В некоторых случаях ее можно измерить с помощью метода вдавливания, чтобы получить искусственно завышенное значение. Использование одностороннего надреза может обеспечить точные результаты измерений.
Прочность связана с ударной вязкостью, но относится к одной точке, где материал катастрофически повреждается при приложении напряжения. Обычно ее называют «модулем разрыва», и ее получают путем измерения прочности на изгиб в трех или четырех точках на испытательном стержне. Значение трехточечного испытания на 1% выше значения четырехточечного испытания.
Хотя для измерения твердости можно использовать множество шкал, включая твердомеры Роквелла и Виккерса, шкала микротвердости Виккерса очень подходит для современных керамических материалов. Твердость изменяется пропорционально износостойкости материала.
В клапанах, работающих циклически, усталость является основной проблемой из-за постоянного открытия и закрытия клапана. Усталость является порогом прочности. За пределами этого порога материал имеет тенденцию разрушаться ниже своей нормальной прочности на изгиб.
Коррозионная стойкость зависит от рабочей среды и среды, содержащей материал. Помимо «гидротермальной деградации», многие современные керамические материалы превосходят металлы в этой области, а некоторые материалы на основе циркония будут подвергаться «гидротермальной деградации» после воздействия высокотемпературного пара.
Геометрия, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, ударная вязкость и прочность компонентов зависят от термического удара. Эта область способствует высокой теплопроводности и ударной вязкости, поэтому металлические компоненты могут эффективно функционировать. Однако достижения в области керамических материалов теперь обеспечивают приемлемые уровни стойкости к термическому удару.
Передовая керамика используется уже много лет и пользуется популярностью среди инженеров по надежности, инженеров-технологов и проектировщиков клапанов, которым требуются высокая производительность и высокая ценность. В соответствии с конкретными требованиями к применению она подходит для различных составов в различных отраслях промышленности. Однако четыре передовых керамики имеют большое значение в области строгого обслуживания клапанов, включая карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), оксид алюминия и цирконий. Материалы клапана и шара клапана выбираются в соответствии с конкретными требованиями к применению.
В клапане используются две основные формы циркония, которые имеют тот же коэффициент теплового расширения и жесткость, что и сталь. Частично стабилизированный оксидом магния цирконий (Mg-PSZ) имеет самую высокую термостойкость и прочность, в то время как тетрагональный поликристаллический цирконий на основе иттрия (Y-TZP) тверже, но подвержен гидротермальной деградации.
Нитрид кремния (Si3N4) имеет различные формулы. Газопрессованный нитрид кремния (GPPSN) является наиболее часто используемым материалом для клапанов и компонентов клапанов. В дополнение к своей средней прочности, он также обладает высокой твердостью и прочностью, превосходной стойкостью к тепловому удару и термической стабильностью. Кроме того, в высокотемпературных паровых средах Si3N4 может заменить цирконий для предотвращения гидротермальной деградации.
При более строгом бюджете концентратор может выбрать SiC или оксид алюминия. Оба материала обладают высокой твердостью, но не тверже циркония или нитрида кремния. Это показывает, что материал очень подходит для применения в статических компонентах, таких как втулки клапанов и седла клапанов, а не шары клапанов или диски, которые подвергаются более высоким нагрузкам.
По сравнению с металлическими материалами, используемыми в ответственных клапанах (включая феррохром (CrFe), карбид вольфрама, хастеллой и стеллит), современные керамические материалы обладают меньшей ударной вязкостью и аналогичной прочностью.
Требовательные сервисные приложения включают использование поворотных клапанов, таких как дроссельные клапаны, цапфы, плавающие шаровые краны и пружины. В таких приложениях Si3N4 и цирконий обладают термостойкостью, прочностью и ударной вязкостью и могут адаптироваться к самым требовательным средам. Благодаря твердости и коррозионной стойкости материала срок службы компонента в несколько раз превышает срок службы металлического компонента. Другие преимущества включают эксплуатационные характеристики в течение срока службы клапана, особенно в областях, где сохраняются возможности отсечки и управления.
Это было продемонстрировано в случае 65-миллиметрового (2,6 дюйма) шара и вкладыша из кайнара/RTFE клапана, подвергнутого воздействию 98% серной кислоты плюс ильменит, причем ильменит преобразуется в пигмент оксида титана. Коррозионная природа среды означает, что срок службы этих компонентов может составлять до шести недель. Однако использование сферического затвора клапана (запатентованный оксид магния, частично стабилизированный диоксидом циркония (Mg-PSZ)) производства Nilcra™ (рисунок 1) имеет превосходную твердость и коррозионную стойкость и обеспечивается в течение трех лет. Периодическое обслуживание без какого-либо обнаруживаемого износа.
В линейных клапанах (включая угловые клапаны, дроссельные клапаны или шаровые краны) из-за характеристик «жесткого седла» этих изделий цирконий и нитрид кремния подходят как для плунжеров, так и для седел клапанов. Аналогично, оксид алюминия может использоваться в некоторых прокладках и клетках. Благодаря соответствующему шарику на кольце седла может быть достигнута высокая степень уплотнения.
Для сердечника клапана, включая золотниковый клапан, впускной и выпускной клапан или втулку корпуса клапана, может использоваться любой из четырех основных керамических материалов в соответствии с требованиями применения. Высокая твердость и коррозионная стойкость материала оказались полезными с точки зрения производительности продукта и срока службы.
Возьмем в качестве примера дисковый затвор DN150, используемый на австралийском заводе по переработке бокситов. Высокое содержание кремния в среде приводит к высокому износу втулок клапана. Первоначально используемые втулка и диск клапана были изготовлены из сплава CrFe 28% и прослужили всего восемь-десять недель. Однако благодаря внедрению клапанов из циркония Nilcra™ (рисунок 2) срок службы увеличился до 70 недель.
Благодаря своей прочности и вязкости керамика хорошо подходит для большинства клапанных применений. Однако именно ее твердость и коррозионная стойкость помогают продлить срок службы клапана. В свою очередь, это снижает стоимость всего жизненного цикла за счет сокращения простоев для замены деталей, сокращения оборотного капитала и запасов, минимального ручного обращения и повышения безопасности за счет снижения утечек.
Долгое время применение керамических материалов в клапанах высокого давления было одной из главных проблем, поскольку эти клапаны подвергаются высоким осевым или крутящим нагрузкам. Однако основные игроки в этой области разрабатывают конструкции шаровых клапанов, которые улучшают выживаемость момента срабатывания.
Другим важным ограничением является размер. Размер самого большого седла клапана и самого большого шарика клапана (рисунок 3), изготовленных из частично стабилизированного магнезией циркония, составляет DN500 и DN250 соответственно. Однако большинство современных спецификаторов предпочитают использовать керамику для изготовления деталей, размеры которых не превышают эти размеры.
Хотя керамические материалы теперь доказали свою пригодность, все еще есть несколько простых рекомендаций, которые необходимо соблюдать, чтобы максимизировать их производительность. Керамические материалы следует использовать в первую очередь только в случае необходимости снижения затрат. Как внутри, так и снаружи следует избегать острых углов и концентрации напряжений.
Любое потенциальное несоответствие теплового расширения должно быть учтено на этапе проектирования. Чтобы уменьшить кольцевое напряжение, необходимо держать керамику снаружи, а не внутри. Наконец, следует тщательно рассмотреть необходимость геометрических допусков и отделки поверхности, поскольку эти допуски могут значительно увеличить ненужные затраты.
Следуя этим рекомендациям и передовому опыту при выборе материалов и координируя работу с поставщиками с самого начала проекта, можно найти идеальное решение для каждой сложной сферы услуг.
Данная информация была получена, проверена и адаптирована из материалов, предоставленных Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 ноября 2019 г.). Современные керамические материалы, подходящие для серьезных сфер применения. AZoM. Получено с https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26 мая 2021 г.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для серьезных сфер применения». AZoM. 26 мая 2021 г.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для серьезных сфер применения». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Дата обращения 26 мая 2021 г.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Современные керамические материалы, подходящие для серьезных сфер применения. AZoM, просмотрено 26 мая 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305.
AZoM побеседовал с доцентами Ардой Гозен, Джорджем и Джоан Берри из Университета штата Вашингтон. Арда является частью команды из нескольких учреждений, занимающихся созданием каркасов из искусственных тканей путем имитации характеристик человеческих тканей.
В этом интервью AZoM побеседовал с доктором Тимом Нанни и доктором Адамом Бушеллом из Thermo Fisher Scientific о системе анализа поверхности Nexsa G2.
В этом интервью AZoM и доктор Хуан Аранеда, руководитель отдела прикладной химии Nanalysis, рассказали о растущем использовании и полезности ЯМР, а также о том, как помочь в анализе отложений лития.
Спектрометр тлеющего разряда Leco GDS850 может использоваться для анализа различных металлургических материалов. Он также обеспечивает количественное профилирование глубины материала. Он имеет диапазон 120-800 нм и является универсальным.
Токарные центры серии Hardinge® T и токарные центры серии SUPER-PRECISION® T являются признанными лидерами рынка в области сверхточной и твердосплавной токарной обработки.
Мы используем файлы cookie для улучшения вашего опыта. Продолжая просмотр этого веб-сайта, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie. Дополнительная информация.
Время публикации: 26 мая 2021 г.
