Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer

Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse. Genom att fortsätta att surfa på denna webbplats godkänner du vår användning av cookies. Mer information. Det finns ingen officiell definition av seriös tjänst. 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 petrokemikalier till kärnkraft 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 visar 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 vanligen för "brottmodulen" och mäts genom att utföra en trepunkts- eller fyrpunktsmätning 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, i ångmiljöer med hög temperatur, är Si3N4 ett lämpligt substitut för zirkoniumoxid, vilket kan förhindra hydrotermisk nedbrytning. När budgeten är knapp kan specificatorn välja kiselkarbid eller aluminiumoxid. Båda materialen har hög hårdhet, men är inte segare 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 delarnas livslängd flera gånger jämfört med metalldelar. Andra fördelar inkluderar ventilens prestandaegenskaper under dess livstid, särskilt i områden där den bibehåller sin stängningskapacitet och kontroll. Detta demonstreras i en applikation där en 65 mm (2,6 tum) ventil kynar/RTFE kula och liner exponeras för 98 % svavelsyra och ilmenit, som omvandlas till titanoxidpigment. Mediernas frätande natur gör att livslängden för dessa komponenter kan vara så lång som sex veckor. Användningen av kulventiltrim tillverkad av Nilcra™ (Figur 1), som är en egenutvecklad magnesiumoxid partiellt 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 på grund av dessa produkters "hårda tätning"-egenskaper lämpliga för ventilpluggar och ventilsäten. 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 ventilbeklädnaden. Packningarna och skivorna som ursprungligen användes var gjorda av 28 % CrFe-legering och höll bara åtta till tio veckor. Men med ventiler gjorda av Nilcra™ zirkoniumoxid (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) tillverkad av delvis stabiliserad zirkoniumoxid med magnesiumoxid är DN500 respektive DN250. Men de flesta specifikationer föredrar för närvarande keramik för komponenter under dessa storlekar. Även om keramiska material nu har visat sig vara ett lämpligt val, måste några enkla riktlinjer följas för att maximera deras 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 utanför, 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, kan en idealisk lösning uppnås 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 juli 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer". AZoM. 7 juli 2021. . Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. "Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Nådd 7 juli 2021). Morgan Advanced Materials-Teknisk keramik. 2019. Avancerade keramiska material för krävande serviceapplikationer. AZoM, visade 7 juli 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM och Camfils verkställande direktör i Storbritannien David Moulton diskuterade företagets luftfiltreringslösningar och hur de kan bidra till att ge en säkrare arbetsmiljö för människor i byggbranschen. I den här intervjun pratade AZoM och ELTRAs produktchef Dr. Alan Klostermeier om snabb och pålitlig O/N/H-analys av höga provvikter. I den här intervjun diskuterade AZoM och Chuck Cimino, Senior Product Manager på Lake Shore Cryotronics, fördelarna med deras M81 synkkälla för mätningssystem. Zeus Bioweb™ är en teknik som elektrospunnet PTFE till polymerfibrer med extremt små diametrar från nanometer till mikrometer. METTLER TOLEDOs STARe termiska analysprogramvara ger otrolig flexibilitet och obegränsade utvärderingsmöjligheter.