Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler

Deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanıyoruz. Bu web sitesine göz atmaya devam ederek çerez kullanımımızı kabul etmiş olursunuz. Daha fazla bilgi. Ciddi hizmetin resmi bir tanımı yoktur. Valf değiştirme maliyetinin yüksek olduğu veya işleme kapasitesinin azaldığı çalışma koşulları olarak anlaşılabilir. Kötü hizmet koşullarında yer alan tüm sektörlerin karlılığını artırmak için proses üretim maliyetlerini düşürmeye yönelik küresel bir ihtiyaç vardır. Bunlar petrol, gaz ve petrokimyadan nükleer enerji ve enerji üretimine, maden işleme ve madenciliğe kadar uzanmaktadır. Tasarımcılar ve mühendisler bu hedefe farklı şekillerde ulaşmaya çalışıyorlar. En uygun yöntem, proses parametrelerini (etkili kapatma ve optimize edilmiş akış kontrolü gibi) etkin bir şekilde kontrol ederek çalışma süresini ve verimliliği arttırmaktır. Güvenlik optimizasyonu da hayati bir rol oynuyor çünkü değiştirmeyi azaltmak daha güvenli bir üretim ortamına yol açabilir. Ayrıca şirket, pompalar ve valfler dahil olmak üzere ekipman envanterini ve gerekli imha işlemlerini en aza indirmek için çalışıyor. Aynı zamanda tesis sahipleri varlıklarında büyük bir değişim bekliyor. Sonuç olarak, artan işleme kapasitesi, aynı ürün akışı için daha az boru ve ekipman (ancak daha büyük çaplar) ve daha az cihazla sonuçlanır. Bu, daha geniş bir boru çapı için daha büyük olmasının yanı sıra, hizmet içi bakım ve değiştirme ihtiyacını azaltmak için tek bir sistem bileşeninin zorlu ortamlara uzun süre maruz kalmaya dayanması gerektiğini göstermektedir. Valfler ve valf topları dahil bileşenlerin istenen uygulamaya uyum sağlaması için sağlam olması gerekir, ancak aynı zamanda daha uzun bir hizmet ömrü de sağlayabilirler. Ancak çoğu uygulamada karşılaşılan en büyük sorun, metal parçaların performans sınırına ulaşmış olmasıdır. Bu durum tasarımcıların zorlu hizmet uygulamaları için metalik olmayan malzemelere, özellikle de seramik malzemelere alternatifler bulabileceğini gösteriyor. Bileşenleri ağır hizmet koşulları altında çalıştırmak için gereken tipik parametreler arasında termal şok direnci, korozyon direnci, yorulma direnci, sertlik, mukavemet ve tokluk bulunur. Dayanıklılık önemli bir parametredir çünkü daha az dayanıklı olan bileşenler felaketle sonuçlanabilecek şekilde arızalanabilir. Seramik malzemelerin tokluğu, çatlak ilerlemesine karşı direnç olarak tanımlanır. Bazı durumlarda girintileme yöntemi kullanılarak ölçülebilir ve bu da yapay olarak yüksek değerlere neden olur. Tek taraflı kesi ışınının kullanılması doğru ölçümler sağlayabilir. Mukavemet toklukla ilişkilidir, ancak bir malzemenin stres uygulandığında feci şekilde başarısız olduğu tek noktayı ifade eder. Genellikle "kopma modülü" olarak anılır ve bir test çubuğu üzerinde üç noktalı veya dört noktalı bükülme mukavemeti ölçümü yapılarak ölçülür. Üç nokta testi, dört nokta testinden %1 daha yüksek bir değer sağlar. Sertlik Rockwell ve Vickers gibi çeşitli ölçeklerle ölçülebilmesine rağmen Vickers mikrosertlik ölçeği gelişmiş seramik malzemeler için çok uygundur. Sertlik malzemenin aşınma direnciyle doğru orantılıdır. Döngüsel yöntemle çalışan bir vanada, vananın sürekli açılıp kapanması nedeniyle yorulma önemli bir sorundur. Yorulma, malzemenin genellikle normal eğilme dayanımının altına düşeceği dayanım eşiğidir. Korozyon direnci çalışma ortamına ve malzemeyi içeren ortama bağlıdır. Bu alanda, bazı zirkonya bazlı malzemelerin yüksek sıcaklıkta buhara maruz kalmasıyla ortaya çıkan "hidrotermal bozunma" dışında, birçok gelişmiş seramik malzemenin metallere göre avantajları vardır. Parça geometrisi, termal genleşme katsayısı, termal iletkenlik, tokluk ve mukavemet termal şoktan etkilenir. Bu, yüksek termal iletkenliğe ve dayanıklılığa olanak tanıyan bir alandır, böylece metal parçalar etkili bir şekilde çalışabilir. Ancak seramik malzemelerdeki gelişmeler artık kabul edilebilir düzeyde termal şok direnci sağlıyor. Gelişmiş seramikler uzun yıllardan beri kullanılmaktadır ve yüksek performans ve değer isteyen güvenilirlik mühendisleri, tesis mühendisleri ve valf tasarımcıları arasında popülerdir. Özel uygulama gereksinimlerine göre çok çeşitli endüstrilere uygun farklı bireysel formülasyonlar mevcuttur. Ancak ağır hizmet valfleri alanında dört gelişmiş seramik büyük önem taşımaktadır. Bunlar silisyum karbür (SiC), silisyum nitrür (Si3N4), alümina ve zirkonyayı içerir. Valf ve valf bilyesinin malzemeleri özel uygulama gereksinimlerine göre seçilir. Valflerde iki ana zirkonya türü kullanılır; bunların her ikisi de çelikle aynı termal genleşme katsayısına ve sertliğe sahiptir. Magnezyum oksit kısmen stabilize edilmiş zirkonya (Mg-PSZ) en yüksek termal şok direncine ve dayanıklılığa sahipken, itriya tetragonal zirkonya polikristalin (Y-TZP) daha sert ve güçlüdür ancak hidrotermal bozunmaya karşı hassastır. Silisyum nitrürün (Si3N4) farklı formülasyonları vardır. Gaz basıncı sinterlenmiş silikon nitrür (GPPSN), vanalar ve vana bileşenleri için en yaygın kullanılan malzemedir. Ortalama tokluğunun yanı sıra yüksek sertlik ve mukavemet, mükemmel termal şok direnci ve termal stabilite de sağlar. Ayrıca yüksek sıcaklıktaki buhar ortamlarında Si3N4, hidrotermal bozunmayı önleyebilen zirkonya için uygun bir alternatiftir. Bütçe kısıtlı olduğunda, şartnameyi hazırlayan kişi silisyum karbür veya alüminayı seçebilir. Her iki malzeme de yüksek sertliğe sahiptir ancak zirkonya veya silikon nitrürden daha dayanıklı değildir. Bu, malzemenin daha yüksek gerilime maruz kalan valf topları veya diskleri yerine valf balataları ve valf yuvaları gibi statik bileşen uygulamaları için çok uygun olduğunu göstermektedir. Zorlu servis valfi uygulamalarında kullanılan metal malzemelerle (ferrokrom (CrFe), tungsten karbür, Hastelloy ve Stellite dahil) karşılaştırıldığında, gelişmiş seramik malzemeler daha düşük tokluğa ve benzer dayanıma sahiptir. Ağır hizmet uygulamaları, kelebek vanalar, muylular, yüzer küresel vanalar ve yaylı vanalar gibi döner vanaların kullanımını içerir. Bu tür uygulamalarda Si3N4 ve zirkonya, en zorlu ortamlara uyum sağlayacak şekilde termal şok direnci, sağlamlık ve güç sergiler. Malzemenin sertliği ve korozyon direnci nedeniyle parçaların kullanım ömrü metal parçalara göre birkaç kat artar. Diğer faydalar arasında vananın kullanım ömrü boyunca, özellikle de kapatma kapasitesini ve kontrolünü koruduğu alanlardaki performans özellikleri yer alır. Bu, 65 mm'lik (2,6 inç) bir valf kynar/RTFE bilyesi ve astarının, titanyum oksit pigmentine dönüştürülen %98 sülfürik asit ve ilmenite maruz bırakıldığı bir uygulamada gösterilmiştir. Ortamın aşındırıcı doğası, bu bileşenlerin ömrünün altı hafta kadar uzun olabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, tescilli bir magnezyum oksit kısmen stabilize edilmiş zirkonya (Mg-PSZ) olan Nilcra™ (Şekil 1) tarafından yapılan küresel vana triminin kullanımı, mükemmel sertliğe ve korozyon direncine sahiptir ve tespit edilebilir herhangi bir arıza olmadan üç yıl kesintisiz Hizmet sağlayabilir. aşınma ve yıpranma. Açılı vanalar, kısma vanaları veya küresel vanalar da dahil olmak üzere lineer vanalarda, bu ürünlerin "sert sızdırmazlık" özellikleri nedeniyle zirkonya ve silikon nitrür, vana tapaları ve vana yuvaları için uygundur. Benzer şekilde bazı conta ve kafeslerde alümina kullanılabilir. Valf yatağındaki taşlama bilyalarının eşleştirilmesiyle yüksek derecede sızdırmazlık elde edilebilir. Valf göbeği, giriş ve çıkış veya valf gövdesi astarı da dahil olmak üzere valf astarı için, uygulama gereksinimlerine göre dört ana seramik malzemeden herhangi biri kullanılabilir. Malzemenin yüksek sertliği ve korozyon direncinin ürün performansı ve hizmet ömrü açısından faydalı olduğu kanıtlanmıştır. Örnek olarak Avustralya boksit rafinerisinde kullanılan DN150 kelebek vanayı ele alalım. Ortamdaki yüksek silika içeriği, valf astarında yüksek düzeyde aşınma sağlar. Başlangıçta kullanılan contalar ve diskler %28 CrFe alaşımından yapılmıştı ve yalnızca sekiz ila on hafta dayanıyordu. Ancak Nilcra™ zirkonyadan yapılan kapaklarla (Şekil 2) servis ömrü 70 haftaya çıkmıştır. Dayanıklılığı ve dayanıklılığı nedeniyle seramikler çoğu valf uygulamasında iyi çalışır. Ancak vananın kullanım ömrünün artmasına yardımcı olan şey sertliği ve korozyon direncidir. Bu da yedek parçaların aksama süresini kısaltarak, işletme sermayesini ve envanteri azaltarak, manuel kullanımı minimuma indirerek ve sızıntıyı azaltarak güvenliği artırarak tüm yaşam döngüsünün maliyetini azaltır. Uzun süredir, yüksek basınç valflerinde seramik malzemelerin uygulanması ana sorunlardan biri olmuştur çünkü bu valfler yüksek eksenel veya burulma yüklerine maruz kalmaktadır. Ancak bu alandaki büyük oyuncular artık sürüş torkunun sürdürülebilirliğini artırmak için valf bilyesi tasarımları geliştiriyor. Diğer önemli sınırlama ise ölçektir. Magnezyum oksit ile kısmen stabilize edilmiş zirkonyadan üretilen en büyük valf yuvası ve en büyük valf bilyesinin (Şekil 3) boyutu sırasıyla DN500 ve DN250'dir. Bununla birlikte, çoğu şartname hazırlayıcı şu anda bu boyutların altındaki bileşenler için seramikleri tercih etmektedir. Seramik malzemelerin artık uygun bir seçim olduğu kanıtlanmış olsa da, performanslarını en üst düzeye çıkarmak için bazı basit yönergelerin takip edilmesi gerekiyor. Seramik malzemeler yalnızca maliyetlerin minimumda tutulması gerektiğinde ilk önce kullanılmalıdır. Hem içeride hem de dışarıda keskin köşelerden ve stres yoğunlaşmasından kaçınılmalıdır. Herhangi bir potansiyel termal genleşme uyumsuzluğu tasarım aşamasında dikkate alınmalıdır. Çember stresini azaltmak için seramiğin içeride değil dışarıda tutulması gerekir. Son olarak, gereksiz maliyetleri önemli ölçüde artıracağından geometrik toleranslar ve yüzey bitirme ihtiyacı dikkatle değerlendirilmelidir. Projenin başlangıcından itibaren malzeme seçimi ve tedarikçilerle koordinasyon için bu yönergeleri ve en iyi uygulamaları takip ederek, her zorlu hizmet uygulaması için ideal bir çözüm elde edilebilir. Bu bilgiler Morgan Advanced Materials tarafından sağlanan materyallerden elde edilmiştir ve incelenip uyarlanmıştır. Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. (2019, 28 Kasım). Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler. AZOM. 7 Temmuz 2021'de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 adresinden alındı. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler". AZOM. 7 Temmuz 2021. . Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. "Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler". AZOM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (7 Temmuz 2021'de erişildi). Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. 2019. Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler. AZoM, 7 Temmuz 2021'de görüntülendi, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM ve Camfil'in Birleşik Krallık genel müdürü David Moulton, şirketin hava filtreleme çözümlerini ve bunların inşaat sektöründeki insanlar için daha güvenli bir çalışma ortamı sağlamaya nasıl yardımcı olabileceklerini tartıştı. Bu röportajda AZoM ve ELTRA ürün müdürü Dr. Alan Klostermeier, yüksek numune ağırlıklarının hızlı ve güvenilir O/N/H analizinden bahsetti. Bu röportajda AZoM ve Lake Shore Cryotronics Kıdemli Ürün Müdürü Chuck Cimino, M81 senkronizasyon kaynağı ölçüm sisteminin faydalarını tartıştılar. Zeus Bioweb™, PTFE'yi nanometreden mikrometreye kadar son derece küçük çaplara sahip polimer fiberlere elektrospunyonla dönüştüren bir teknolojidir. METTLER TOLEDO'nun STARe termal analiz yazılımı inanılmaz esneklik ve sınırsız değerlendirme olanakları sağlar.