Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie

Na zlepšenie vášho zážitku používame cookies. Pokračovaním v prehliadaní tejto webovej stránky súhlasíte s naším používaním cookies. Viac informácií. Neexistuje žiadna oficiálna definícia serióznej služby. Môže sa to chápať ako prevádzkové podmienky, pri ktorých sú náklady na výmenu ventilu vysoké alebo výrobná kapacita je znížená. Existuje globálna potreba znížiť náklady na procesnú výrobu, aby sa zvýšila ziskovosť všetkých sektorov zapojených do zlých servisných podmienok. Tie siahajú od ropy a plynu a petrochémie po jadrovú energiu a výrobu energie, spracovanie nerastov a ťažbu. Dizajnéri a inžinieri sa snažia dosiahnuť tento cieľ rôznymi spôsobmi. Najvhodnejšou metódou je zvýšenie doby prevádzkyschopnosti a efektívnosti efektívnym riadením parametrov procesu (ako je efektívne odstavenie a optimalizované riadenie toku). Dôležitú úlohu zohráva aj optimalizácia bezpečnosti, pretože obmedzenie výmeny môže viesť k bezpečnejšiemu výrobnému prostrediu. Okrem toho spoločnosť pracuje na minimalizácii inventára zariadení vrátane čerpadiel a ventilov a potrebnej likvidácie. Majitelia zariadení zároveň očakávajú obrovský posun vo svojom majetku. Výsledkom je, že zvýšená kapacita spracovania vedie k menšiemu počtu potrubí a zariadení (ale väčších priemerov) a menšiemu počtu prístrojov pre rovnaký tok produktov. To ukazuje, že okrem toho, že jeden komponent systému musí byť väčší pre väčší priemer potrubia, musí vydržať aj dlhodobé vystavenie drsnému prostrediu, aby sa znížila potreba údržby a výmeny počas prevádzky. Komponenty vrátane ventilov a ventilových guľôčok musia byť robustné, aby vyhovovali požadovanej aplikácii, ale môžu tiež poskytnúť dlhšiu životnosť. Hlavným problémom väčšiny aplikácií je však to, že kovové časti dosiahli hranicu svojho výkonu. To naznačuje, že dizajnéri môžu nájsť alternatívy k nekovovým materiálom, najmä keramickým materiálom, pre náročné servisné aplikácie. Typické parametre potrebné na prevádzku komponentov v náročných prevádzkových podmienkach zahŕňajú odolnosť proti tepelným šokom, odolnosť proti korózii, odolnosť proti únave, tvrdosť, pevnosť a húževnatosť. Odolnosť je kľúčovým parametrom, pretože komponenty, ktoré sú menej odolné, môžu katastrofálne zlyhať. Húževnatosť keramických materiálov je definovaná ako odolnosť proti šíreniu trhlín. V niektorých prípadoch sa môže merať pomocou indentačnej metódy, čo vedie k umelo vysokým hodnotám. Použitie lúča s jednostranným rezom môže poskytnúť presné merania. Pevnosť súvisí s húževnatosťou, ale vzťahuje sa na jediný bod, v ktorom materiál katastrofálne zlyhá pri použití napätia. Bežne sa označuje ako "modul pretrhnutia" a meria sa vykonaním trojbodového alebo štvorbodového merania pevnosti v ohybe na skúšobnej tyči. Trojbodový test poskytuje hodnotu, ktorá je o 1 % vyššia ako štvorbodový test. Hoci tvrdosť možno merať rôznymi stupnicami vrátane Rockwell a Vickers, stupnica mikrotvrdosti podľa Vickersa je veľmi vhodná pre pokročilé keramické materiály. Tvrdosť je priamo úmerná odolnosti materiálu proti opotrebovaniu. Vo ventile pracujúcom cyklickým spôsobom je hlavným problémom únava v dôsledku nepretržitého otvárania a zatvárania ventilu. Únava je hranica pevnosti, pri prekročení ktorej materiál často zlyhá pod svoju normálnu pevnosť v ohybe. Odolnosť proti korózii závisí od prevádzkového prostredia a média obsahujúceho materiál. V tejto oblasti majú mnohé pokročilé keramické materiály výhody oproti kovom, s výnimkou „hydrotermálnej degradácie“, ku ktorej dochádza, keď sú niektoré materiály na báze zirkónia vystavené vysokoteplotnej pare. Geometria dielu, koeficient tepelnej rozťažnosti, tepelná vodivosť, húževnatosť a pevnosť sú ovplyvnené tepelným šokom. Toto je oblasť, ktorá vedie k vysokej tepelnej vodivosti a húževnatosti, takže kovové časti môžu efektívne fungovať. Pokroky v keramických materiáloch však teraz poskytujú prijateľnú úroveň odolnosti voči tepelným šokom. Pokročilá keramika sa používa už mnoho rokov a je obľúbená medzi technikmi spoľahlivosti, závodnými inžiniermi a konštruktérmi ventilov, ktorí vyžadujú vysoký výkon a hodnotu. Podľa špecifických požiadaviek na aplikáciu existujú rôzne individuálne formulácie vhodné pre širokú škálu priemyselných odvetví. Avšak štyri pokročilé keramiky majú veľký význam v oblasti ventilov pre náročné servisné práce. Zahŕňajú karbid kremíka (SiC), nitrid kremíka (Si3N4), oxid hlinitý a oxid zirkoničitý. Materiály ventilu a ventilovej gule sa vyberajú podľa špecifických požiadaviek aplikácie. Vo ventiloch sa používajú dve hlavné formy oxidu zirkoničitého, pričom obe majú rovnaký koeficient tepelnej rozťažnosti a tuhosti ako oceľ. Oxidom horečnatým čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (Mg-PSZ) má najvyššiu odolnosť voči tepelným šokom a húževnatosť, zatiaľ čo ytriový tetragonálny polykryštalický zirkón (Y-TZP) je tvrdší a pevnejší, ale je náchylný na hydrotermálnu degradáciu. Nitrid kremíka (Si3N4) má rôzne zloženie. Sintrovaný nitrid kremíka pod tlakom plynu (GPPSN) je najbežnejšie používaný materiál pre ventily a komponenty ventilov. Okrem svojej priemernej húževnatosti poskytuje aj vysokú tvrdosť a pevnosť, vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom a tepelnú stabilitu. Navyše v prostredí s vysokou teplotou pary je Si3N4 vhodnou náhradou za oxid zirkoničitý, ktorý môže zabrániť hydrotermálnej degradácii. Keď je rozpočet obmedzený, špecifikátor si môže vybrať karbid kremíka alebo oxid hlinitý. Oba materiály majú vysokú tvrdosť, ale nie sú húževnatejšie ako oxid zirkoničitý alebo nitrid kremíka. To ukazuje, že materiál je veľmi vhodný pre aplikácie statických komponentov, ako sú ventilové obloženia a ventilové sedlá, skôr než ventilové gule alebo kotúče, ktoré sú vystavené vyššiemu namáhaniu. V porovnaní s kovovými materiálmi používanými v náročných aplikáciách servisných ventilov (vrátane ferochrómu (CrFe), karbidu volfrámu, Hastelloy a stelitu) majú pokročilé keramické materiály nižšiu húževnatosť a podobnú pevnosť. Ťažké servisné aplikácie zahŕňajú použitie rotačných ventilov, ako sú škrtiace ventily, čapy, plávajúce guľové ventily a pružinové ventily. V takýchto aplikáciách vykazujú Si3N4 a oxid zirkoničitý odolnosť voči tepelným šokom, húževnatosť a pevnosť, aby sa prispôsobili tým najnáročnejším prostrediam. Vďaka tvrdosti a odolnosti materiálu voči korózii sa životnosť dielov v porovnaní s kovovými dielmi niekoľkonásobne zvyšuje. Medzi ďalšie výhody patrí výkonová charakteristika ventilu počas jeho životnosti, najmä v oblastiach, kde si zachováva svoju uzatváraciu schopnosť a kontrolu. Toto je demonštrované v aplikácii, kde 65 mm (2,6 palca) ventil kynar/RTFE guľôčka a vložka sú vystavené 98 % kyseline sírovej a ilmenitu, ktorý sa premieňa na pigment oxidu titánu. Korozívny charakter médií znamená, že životnosť týchto komponentov môže byť až šesť týždňov. Avšak použitie obloženia guľového ventilu vyrobeného spoločnosťou Nilcra™ (obrázok 1), čo je patentovaný oxid horečnatý čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (Mg-PSZ), má vynikajúcu tvrdosť a odolnosť proti korózii a môže poskytnúť tri roky neprerušovaného servisu bez akéhokoľvek detekovateľného opotrebovanie. V lineárnych ventiloch, vrátane uhlových ventilov, škrtiacich ventilov alebo guľových ventilov, sú vďaka vlastnostiam "tvrdého tesnenia" týchto produktov vhodné pre ventilové zátky a sedlá ventilov oxid zirkoničitý a nitrid kremíka. Podobne možno oxid hlinitý použiť na niektoré tesnenia a klietky. Prispôsobením brúsnych gúľ na sedle ventilu je možné dosiahnuť vysoký stupeň tesnenia. Na obloženie ventilu, vrátane jadra ventilu, vstupu a výstupu alebo obloženia telesa ventilu, možno použiť ktorýkoľvek zo štyroch hlavných keramických materiálov podľa požiadaviek aplikácie. Vysoká tvrdosť a odolnosť materiálu proti korózii sa ukázali ako prospešné z hľadiska výkonu produktu a životnosti. Zoberme si ako príklad škrtiaci ventil DN150 používaný v austrálskej rafinérii bauxitu. Vysoký obsah oxidu kremičitého v médiu zaisťuje vysokú úroveň opotrebovania ventilového obloženia. Pôvodne používané tesnenia a kotúče boli vyrobené z 28 % zliatiny CrFe a vydržali len osem až desať týždňov. Avšak s ventilmi vyrobenými z oxidu zirkoničitého Nilcra™ (obrázok 2) sa životnosť zvýšila na 70 týždňov. Vďaka svojej húževnatosti a pevnosti funguje keramika dobre vo väčšine aplikácií ventilov. Je to však ich tvrdosť a odolnosť proti korózii, ktoré pomáhajú zvyšovať životnosť ventilu. To následne znižuje náklady na celý životný cyklus znížením prestojov na náhradné diely, znížením pracovného kapitálu a zásob, minimálnou ručnou manipuláciou a zlepšením bezpečnosti znížením netesností. Aplikácia keramických materiálov vo vysokotlakových ventiloch bola dlhodobo jedným z hlavných problémov, pretože tieto ventily sú vystavené vysokému axiálnemu alebo torznému zaťaženiu. Veľkí hráči v tejto oblasti však teraz vyvíjajú dizajn guľôčok ventilov, aby zlepšili životnosť hnacieho momentu. Ďalším veľkým obmedzením je rozsah. Veľkosť najväčšieho ventilového sedla a najväčšej ventilovej gule (obrázok 3) vyrobených z čiastočne stabilizovaného oxidu zirkoničitého s oxidom horečnatým je DN500 a DN250. Väčšina špecifikátorov však v súčasnosti uprednostňuje keramiku pre komponenty pod týmito veľkosťami. Hoci sa v súčasnosti osvedčilo, že keramické materiály sú vhodnou voľbou, na maximalizáciu ich výkonu je potrebné dodržiavať niekoľko jednoduchých pokynov. Keramické materiály by sa mali používať ako prvé len vtedy, keď je potrebné znížiť náklady na minimum. Vo vnútri aj vonku by ste sa mali vyhnúť ostrým rohom a koncentrácii stresu. Akýkoľvek potenciálny nesúlad s tepelnou rozťažnosťou sa musí zvážiť vo fáze návrhu. Aby sa znížilo namáhanie obruče, keramika musí byť umiestnená vonku, nie vo vnútri. Nakoniec treba dôkladne zvážiť potrebu geometrických tolerancií a povrchovej úpravy, pretože tieto výrazne zvýšia zbytočné náklady. Dodržiavaním týchto pokynov a osvedčených postupov pre výber materiálov a koordináciu s dodávateľmi od začiatku projektu možno dosiahnuť ideálne riešenie pre každú náročnú aplikáciu. Tieto informácie sú odvodené z materiálov poskytnutých spoločnosťou Morgan Advanced Materials a boli skontrolované a upravené. Morgan Advanced Materials-Technická keramika. (28. novembra 2019). Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie. AZOM. Prevzaté z https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 dňa 7. júla 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie". AZOM. 7. júla 2021. Morgan Advanced Materials-Technická keramika. "Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie". AZOM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Prístup 7. júla 2021). Morgan Advanced Materials-Technická keramika. 2019. Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie. AZoM, zobrazené 7. júla 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM a generálny riaditeľ Camfil pre Spojené kráľovstvo David Moulton diskutovali o riešeniach filtrácie vzduchu spoločnosti a o tom, ako môžu pomôcť zabezpečiť bezpečnejšie pracovné prostredie pre ľudí v stavebnom priemysle. V tomto rozhovore hovorili AZoM a produktový manažér ELTRA Dr. Alan Klostermeier o rýchlej a spoľahlivej O/N/H analýze vzoriek s vysokou hmotnosťou. V tomto rozhovore AZoM a Chuck Cimino, senior produktový manažér v Lake Shore Cryotronics, diskutovali o výhodách ich systému merania synchronizačného zdroja M81. Zeus Bioweb™ je technológia, ktorá elektrostatickým zvlákňovaním PTFE vytvára polymérové ​​vlákna s extrémne malými priemermi v rozsahu od nanometrov po mikrometre. Softvér METTLER TOLEDO STARe na tepelnú analýzu poskytuje neuveriteľnú flexibilitu a neobmedzené možnosti vyhodnocovania.