Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse. Genom att fortsätta surfa på denna webbplats godkänner du vår användning av cookies. Mer information.
Det finns ingen officiell definition av strikt service. Det kan förstås som driftsförhållanden där ventilbyteskostnaden är hög eller bearbetningskapaciteten reduceras.
Det finns ett globalt behov av att minska processproduktionskostnaderna för att öka lönsamheten för alla sektorer som är involverade i dåliga serviceförhållanden. Dessa sträcker sig från olja och gas och petrokemiska produkter till kärnenergi och kraftproduktion, mineralbearbetning och gruvdrift.
Designers och ingenjörer försöker uppnå detta mål på olika sätt. Den mest lämpliga metoden är att öka drifttiden och effektiviteten genom att effektivt kontrollera processparametrar (såsom effektiv avstängning och optimerad flödeskontroll).
Säkerhetsoptimering spelar också en viktig roll, eftersom minskat utbyte kan leda till en säkrare produktionsmiljö. Dessutom arbetar företaget för att minimera utrustningsinventeringen, inklusive pumpar och ventiler, och den nödvändiga kasseringen. Samtidigt förväntar sig anläggningsägare en enorm förändring av sina tillgångar. Som ett resultat resulterar ökad bearbetningskapacitet i färre rör och utrustning (men större diametrar) och färre instrument för samma produktström.
Detta indikerar att förutom att behöva vara större för en bredare rördiameter, behöver en enda systemkomponent också tåla långvarig exponering för tuffa miljöer för att minska behovet av underhåll och utbyte under drift.
Komponenter inklusive ventiler och ventilkulor måste vara robusta för att passa den önskade applikationen, men kan också ge en längre livslängd. Ett stort problem med de flesta applikationer är dock att metalldelar har nått gränsen för sin prestanda. Detta indikerar att designers kan hitta alternativ till icke-metalliska material, särskilt keramiska material, för krävande serviceapplikationer.
Typiska parametrar som krävs för att driva komponenter under svåra driftsförhållanden inkluderar termisk chockbeständighet, korrosionsbeständighet, utmattningsbeständighet, hårdhet, hållfasthet och seghet.
Resiliens är en nyckelparameter, eftersom komponenter som är mindre motståndskraftiga kan misslyckas katastrofalt. Segheten hos keramiska material definieras som motståndet mot sprickutbredning. I vissa fall kan det mätas med indragningsmetoden, vilket resulterar i konstgjorda höga värden. Användningen av en enkelsidig incisionsbalk kan ge exakta mätningar.
Styrka är relaterad till seghet, men hänvisar till den enda punkt där ett material misslyckas katastrofalt när stress appliceras. Det kallas vanligtvis för "brottmodulen" och mäts genom att utföra en trepunkts- eller fyrapunktsmätning av böjhållfasthet på en teststav. Trepunktstestet ger ett värde som är 1 % högre än fyrapunktstestet.
Även om hårdhet kan mätas med en mängd olika skalor inklusive Rockwell och Vickers, är Vickers mikrohårdhetsskala mycket lämplig för avancerade keramiska material. Hårdheten är direkt proportionell mot materialets slitstyrka.
I en ventil som arbetar i en cyklisk metod är utmattning ett stort problem på grund av den kontinuerliga öppningen och stängningen av ventilen. Trötthet är hållfasthetströskeln, bortom vilken materialet ofta faller under sin normala böjhållfasthet.
Korrosionsbeständigheten beror på driftsmiljön och mediet som innehåller materialet. Inom detta område har många avancerade keramiska material fördelar jämfört med metaller, förutom "hydrotermisk nedbrytning", som uppstår när vissa zirkoniumoxidbaserade material utsätts för högtemperaturånga.
Delens geometri, värmeutvidgningskoefficient, värmeledningsförmåga, seghet och styrka påverkas av termisk chock. Detta är ett område som bidrar till hög värmeledningsförmåga och seghet, så att metalldelar kan fungera effektivt. Emellertid ger framsteg inom keramiska material nu acceptabla nivåer av värmechockbeständighet.
Avancerad keramik har använts i många år och är populär bland tillförlitlighetsingenjörer, anläggningsingenjörer och ventildesigners som kräver hög prestanda och värde. Enligt specifika applikationskrav finns det olika individuella formuleringar som lämpar sig för ett brett spektrum av industrier. Fyra avancerade keramer är dock av stor betydelse inom området för svåra serviceventiler. De inkluderar kiselkarbid (SiC), kiselnitrid (Si3N4), aluminiumoxid och zirkoniumoxid. Materialen i ventilen och ventilkulan väljs enligt de specifika applikationskraven.
Två huvudformer av zirkoniumoxid används i ventiler, som båda har samma värmeutvidgningskoefficient och styvhet som stål. Magnesiumoxid partiellt stabiliserad zirkoniumoxid (Mg-PSZ) har den högsta termisk chockbeständighet och seghet, medan yttriumoxid tetragonal zirkoniumoxid polykristallin (Y-TZP) är hårdare och starkare, men är känslig för hydrotermisk nedbrytning.
Kiselnitrid (Si3N4) har olika formuleringar. Gastrycksintrad kiselnitrid (GPPSN) är det mest använda materialet för ventiler och ventilkomponenter. Förutom sin genomsnittliga seghet ger den också hög hårdhet och styrka, utmärkt motståndskraft mot termisk stöt och termisk stabilitet. Dessutom är Si3N4 ett lämpligt substitut för zirkoniumoxid i ångmiljöer med hög temperatur för att förhindra hydrotermisk nedbrytning.
När budgeten är knapp kan specificatorn välja kiselkarbid eller aluminiumoxid. Båda materialen har hög hårdhet, men är inte hårdare än zirkoniumoxid eller kiselnitrid. Detta visar att materialet är mycket lämpligt för statiska komponenttillämpningar, såsom ventilfoder och ventilsäten, snarare än ventilkulor eller skivor som utsätts för högre belastning.
Jämfört med metallmaterial som används i tuffa serviceventilapplikationer (inklusive ferrokrom (CrFe), volframkarbid, Hastelloy och Stellite), har avancerade keramiska material lägre seghet och liknande styrka.
Svåra serviceapplikationer involverar användning av roterande ventiler, såsom vridspjällsventiler, tappar, flytande kulventiler och fjäderventiler. I sådana applikationer uppvisar Si3N4 och zirkoniumoxid värmechockbeständighet, seghet och styrka för att anpassa sig till de mest krävande miljöerna. På grund av materialets hårdhet och korrosionsbeständighet ökar livslängden för delarna flera gånger än metalldelarnas. Andra fördelar inkluderar ventilens prestandaegenskaper under dess livstid, särskilt i områden där den bibehåller sin stängningskapacitet och kontroll.
Detta demonstrerades i en applikation där en 65 mm (2,6 tum) ventil kynar/RTFE kula och foder exponerades för 98 % svavelsyra och ilmenit, som håller på att omvandlas till titanoxidpigment. Mediernas frätande natur gör att dessa komponenter kan hålla i upp till sex veckor. Användningen av kulventiltrim tillverkad av Nilcra!" (Figur 1), som är en egenutvecklad magnesiumoxid, delvis stabiliserad zirkoniumoxid (Mg-PSZ), har utmärkt hårdhet och korrosionsbeständighet och kan ge tre års oavbruten service utan någon detekterbar Slitage.
I linjära ventiler inklusive vinkelventiler, strypventiler eller klotventiler är zirkoniumoxid och kiselnitrid lämpliga för ventilpluggar och ventilsäten, tack vare dessa produkters "hårda säte"-egenskaper. På liknande sätt kan aluminiumoxid användas för vissa packningar och burar. Genom att matcha slipkulor på ventilsätet kan en hög tätningsgrad uppnås.
För ventilfoder, inklusive ventilkärna, inlopp och utlopp eller ventilhusfoder, kan vilket som helst av de fyra huvudsakliga keramiska materialen användas enligt applikationskraven. Materialets höga hårdhet och korrosionsbeständighet visade sig vara fördelaktigt när det gäller produktprestanda och livslängd.
Ta fjärilsventilen DN150 som används i det australiensiska bauxitraffinaderiet som ett exempel. Den höga kiseldioxidhalten i mediet ger ett högt slitage på ventilfodret. Packningarna och skivorna som ursprungligen användes är gjorda av 28 % CrFe-legering och kan bara hålla i åtta till tio veckor. Men med ventiler gjorda av Nilcra!"-zirkonia (Figur 2) har livslängden ökat till 70 veckor.
På grund av sin seghet och styrka fungerar keramik bra i de flesta ventilapplikationer. Det är dock deras hårdhet och korrosionsbeständighet som bidrar till att öka ventilens livslängd. Detta minskar i sin tur kostnaderna för hela livscykeln genom att minska stilleståndstiden för reservdelar, minska rörelsekapital och lager, minimal manuell hantering och förbättra säkerheten genom att minska läckage.
Under lång tid har appliceringen av keramiska material i högtrycksventiler varit ett av huvudproblemen, eftersom dessa ventiler utsätts för höga axiella eller torsionella belastningar. Men stora aktörer inom detta område utvecklar nu design av ventilkulor för att förbättra överlevnaden för drivmomentet.
Den andra stora begränsningen är skalan. Storleken på det största ventilsätet och största ventilkulan (Figur 3) som produceras av delvis stabiliserad magnesiumzirkoniumoxid är DN500 respektive DN250. Men de flesta specifikationer föredrar för närvarande keramiska komponenter av dessa storlekar.
Även om det keramiska materialet nu har visat sig vara ett lämpligt val, finns det fortfarande några enkla riktlinjer att följa för att maximera dess prestanda. Keramiska material bör endast användas först när kostnaderna måste hållas till ett minimum. Skarpa hörn och stresskoncentration bör undvikas både inne och ute.
Eventuella potentiella termiska expansionsfel måste beaktas under konstruktionsfasen. För att minska bågspänningen måste keramiken hållas på utsidan, inte inuti. Slutligen bör behovet av geometriska toleranser och ytbehandling noga övervägas, eftersom dessa kommer att avsevärt öka onödiga kostnader.
Genom att följa dessa riktlinjer och bästa praxis för att välja material och samordna med leverantörer från början av projektet, är det möjligt att uppnå den idealiska lösningen för varje hård serviceapplikation.
Denna information härrör från material som tillhandahålls av Morgan Advanced Materials och har granskats och anpassats.
Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. (2019, 28 november). Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer. AZoM. Hämtad från https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 den 7 december 2021.
Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. "Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer". AZoM. 7 december 2021.
Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. "Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Nådd den 7 december 2021).
Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. 2019. Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer. AZoM, visade den 7 december 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
AZoM och professor Guihua Yu vid University of Texas i Austin diskuterade en ny typ av hydrogelark som snabbt kan omvandla förorenat vatten till rent dricksvatten. Denna nya process kan ha en stor inverkan på att lindra den globala vattenbristen.
I den här intervjun pratade AZoM och Jurgen Schawe från METTLER TOLEDO om chipkalorimetri med snabb skanning och dess olika tillämpningar.
AZoM pratade med professor Oren Scherman om hans forskning om en ny typ av hydrogel som kan uppnå extrem kompressibilitet under högt tryck.
StructureScan Mini XT är det perfekta verktyget för betongskanning; den kan exakt och snabbt identifiera djupet och positionen för metalliska och icke-metalliska föremål i betong.
Miniflex XpC är en röntgendiffraktometer (XRD) designad för kvalitetskontroll i cementfabriker och andra verksamheter som kräver online processkontroll (som läkemedel och batterier).
Raman Building Block 1064 består av följande nödvändiga komponenter: spektrometer, 1064 nm laser, provtagningssond och andra valfria tillbehör.
Posttid: 2021-08-08
