Zorlu servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler

Resmi bir hizmet tanımı yoktur. Valf değiştirme maliyetinin yüksek olması veya işleme kapasitesini düşüren çalışma koşulları olarak düşünülebilir. Zorlu hizmet koşullarında yer alan tüm sektörlerin karlılığını artırmak için proses üretim maliyetlerini düşürmeye yönelik küresel ihtiyaç. Bunlar petrol ve gazdan petrokimyaya, nükleer enerji ve elektrik 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 değiştirme sayısının azaltılması daha güvenli bir üretim ortamına yol açabilir. Ayrıca şirket, ekipman (pompalar ve vanalar dahil) envanterini ve gerekli bertarafı azaltmak için çalışıyor. Aynı zamanda tesis sahipleri varlıklarından büyük ciro bekliyorlar. Bu nedenle, artan işleme kapasitesi, aynı ürün akışı için daha az (ancak daha büyük çaplı) boru ve ekipman ve daha az aletle sonuçlanacaktır. Bu, daha geniş boru çapları için daha büyük bireysel sistem bileşenleri kullanma zorunluluğunun yanı sıra, hizmet içi bakım ve değiştirme gereksinimlerini azaltmak için zorlu ortamlara uzun süre maruz kalmanın da gerekli olduğunu göstermektedir. Valfler ve valf topları dahil bileşenlerin istenen uygulamaya uyum sağlaması için sağlam olması gerekir, ancak aynı zamanda kullanım ömrünü de uzatabilirler. Ancak çoğu uygulamadaki temel sorun, metal parçaların performans sınırlarına ulaşmış olmasıdır. Bu durum tasarımcıların zorlu uygulamalarda, özellikle de seramik malzemelerde, metalik olmayan malzemelere alternatif bulabileceğini gösteriyor. Bileşenleri zorlu koşullar altında çalıştırmak için gereken tipik parametreler arasında termal şok direnci, korozyon direnci, yorulma direnci, sertlik, dayanıklılık ve tokluk yer alır. 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 yapay olarak yüksek değer elde etmek için girintileme yöntemi kullanılarak ölçülebilir. Tek taraflı kesi ışınının kullanılması doğru ölçüm sonuçları sağlayabilir. Mukavemet toklukla ilişkilidir, ancak stres uygulandığında malzemenin feci şekilde hasar gördüğü tek noktayı ifade eder. Genellikle "kopma modülü" olarak anılır ve bir test çubuğu üzerinde üç noktalı veya dört noktalı bükülme mukavemetinin ölçülmesiyle elde edilir. Üç nokta testinin değeri dört nokta testinin değerinden %1 daha yüksektir. Sertliği ölçmek için Rockwell sertlik test cihazı ve Vickers sertlik test cihazı dahil pek çok terazi kullanılabilse de Vickers mikrosertlik terazisi gelişmiş seramik malzemeler için oldukça uygundur. Sertlik malzemenin aşınma direnciyle orantılı olarak değişir. Döngüsel olarak çalışan vanalarda, vananın sürekli açılıp kapanması nedeniyle yorulma temel sorundur. Yorgunluk gücün eşiğidir. Bu eşiğin ötesinde malzeme normal bükülme mukavemetinin altında kopma eğilimi gösterir. Korozyon direnci çalışma ortamına ve malzemeyi içeren ortama bağlıdır. "Hidrotermal bozunmaya" ek olarak, birçok gelişmiş seramik malzeme bu alanda metallerden üstündür ve bazı zirkonya bazlı malzemeler, yüksek sıcaklıkta buhara maruz kaldıktan sonra "hidrotermal bozunmaya" uğrayacaktır. Bileşenlerin geometrisi, termal genleşme katsayısı, termal iletkenliği, tokluğu ve mukavemeti termal şoktan etkilenir. Bu alan yüksek termal iletkenliğe ve dayanıklılığa olanak tanır, böylece metal bileşenler 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 yüksek değer isteyen güvenilirlik mühendisleri, tesis mühendisleri ve valf tasarımcıları arasında popülerdir. Özel uygulama gereksinimlerine göre çeşitli endüstrilerdeki farklı formülasyonlara uygundur. Bununla birlikte, silisyum karbür (SiC), silisyum nitrür (Si3N4), alümina ve zirkonya dahil olmak üzere dört gelişmiş seramik, valflerin sıkı bakımı alanında büyük öneme sahiptir. Valf ve valf bilyesinin malzemeleri özel uygulama gereksinimlerine göre seçilir. Valf, çelikle aynı termal genleşme katsayısına ve sertliğe sahip iki ana zirkonya formunu kullanır. Magnezyum oksit kısmen stabilize edilmiş zirkonya (Mg-PSZ) en yüksek termal şok direncine ve dayanıklılığa sahipken, itriya tetragonal zirkonya polikristalin (Y-TZP) daha serttir 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 mukavemete, mükemmel termal şok direncine ve termal stabiliteye de sahiptir. Ayrıca yüksek sıcaklıktaki buhar ortamlarında Si3N4, hidrotermal bozunmayı önlemek için zirkonyanın yerini alabilir. Daha sıkı bir bütçeyle yoğunlaştırıcı SiC veya alümina arasından seçim yapabilir. Her iki malzeme de yüksek sertliğe sahiptir ancak zirkonya veya silikon nitrürden daha sert değildir. Bu, malzemenin daha yüksek gerilime maruz kalan valf topları veya diskleri yerine valf gömlekleri ve valf yuvaları gibi statik bileşen uygulamaları için çok uygun olduğunu göstermektedir. Zorlu valf uygulamalarında kullanılan metal malzemelerle karşılaştırıldığında (ferrokrom (CrFe), tungsten karbür, Hastelloy ve Stellite dahil), gelişmiş seramik malzemeler daha düşük tokluğa ve benzer dayanıklılığa sahiptir. Zorlu servis uygulamaları, kelebek vanalar, muylular, yüzer küresel vanalar ve yaylar gibi döner vanaların kullanımını içerir. Bu tür uygulamalarda Si3N4 ve zirkonya termal şok direncine, tokluğa ve dayanıklılığa sahiptir ve en zorlu ortamlara uyum sağlayabilir. Malzemenin sertliği ve korozyon direnci nedeniyle bileşenin kullanım ömrü, metal bileşenin ömrünün birkaç katıdır. Diğer avantajlar arasında, özellikle kesme ve kontrol özelliklerinin korunduğu alanlarda, vananın ömrü boyunca performans özellikleri yer alır. Bu durum, %98 sülfürik asit artı ilmenite maruz bırakılan 65 mm'lik (2,6 inç) bir valf kynar/RTFE bilyası ve astarı durumunda gösterilmiştir; ilmenit, titanyum oksit pigmentine dönüştürülür. Ortamın aşındırıcı doğası, bu bileşenlerin ömrünün altı hafta kadar uzun olabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, Nilcra™ (Şekil 1) tarafından üretilen küresel valf triminin (tescilli bir magnezyum oksit kısmen stabilize edilmiş zirkonya (Mg-PSZ)) kullanımı mükemmel sertliğe ve korozyon direncine sahiptir ve üç yıldır sağlanmaktadır. Herhangi bir tespit edilebilir aşınma ve yıpranma olmadan aralıklı servis. Lineer valflerde (açılı valfler, kısma valfleri veya glob valfler dahil), bu ürünlerin "sert yuva" özellikleri nedeniyle zirkonya ve silikon nitrür, hem valf tapaları hem de valf yuvaları için uygundur. Benzer şekilde bazı kaplamalarda ve kafeslerde alümina kullanılabilmektedir. Oturma halkasındaki eşleşen bilya sayesinde yüksek derecede sızdırmazlık elde edilebilir. Sürgülü valf, giriş ve çıkış veya valf gövdesi burcunu içeren valf göbeği için, uygulama gerekliliklerine 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 burçlarında yüksek düzeyde aşınmaya neden olur. Başlangıçta kullanılan astar ve valf diski %28 CrFe alaşımından yapılmıştı ve yalnızca sekiz ila on hafta dayanabildi. Ancak Nilcra™ zirkonyadan yapılmış kapakların kullanıma sunulmasıyla (Şekil 2) servis ömrü 70 haftaya çıkarıldı. Dayanıklılığı ve dayanıklılığı nedeniyle seramikler çoğu valf uygulamasında iyi çalışır. Ancak vananın ömrünü uzatmaya yardımcı olan şey sertliği ve korozyon direncidir. Buna karşılık bu, yedek parçalar için aksama süresini azaltarak, işletme sermayesi ve envanteri azaltarak, minimum manuel işlem yaparak ve sızıntıyı azaltarak güvenliği artırarak tüm yaşam döngüsünün maliyetini azaltır. Uzun süredir, yüksek basınç valflerinde seramik malzemelerin uygulanması ana kaygılardan biri olmuştur çünkü bu valfler yüksek eksenel veya burulma yüklerine maruz kalmaktadır. Ancak bu alandaki büyük oyuncular, çalıştırma torkunun sürdürülebilirliğini artıran valf bilyesi tasarımları geliştiriyor. Diğer önemli sınırlama ise boyuttur. Magnezyayla kısmen stabilize edilmiş zirkonya tarafından üretilen en büyük valf yuvası ve en büyük valf bilyesinin (Şekil 3) boyutları sırasıyla DN500 ve DN250'dir. Ancak mevcut şartname hazırlayıcıların çoğu, boyutları bu boyutları aşmayan parçalar yapmak için seramik kullanmayı tercih ediyor. Her ne kadar seramik malzemelerin uygun bir seçim olduğu artık kanıtlanmış olsa da, performanslarını en üst düzeye çıkarmak için takip edilmesi gereken bazı basit kurallar vardır. Ancak maliyetlerin düşürülmesi gerekiyorsa ilk önce seramik malzemeler 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 içeriden ziyade dışarıda tutulması gerekir. Son olarak geometrik toleranslar ve yüzey bitirme ihtiyacı dikkatle değerlendirilmelidir çünkü bu toleranslar gereksiz maliyetleri önemli ölçüde artırabilir. Projenin başlangıcından itibaren malzeme seçiminde ve tedarikçilerle koordinasyonda 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 edilmiş, incelenmiş ve uyarlanmıştır. Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. (28 Kasım 2019). Ciddi servis uygulamalarına uygun gelişmiş seramik malzemeler. AZOM. 26 Mayıs 2021'de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 adresinden alındı. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Ciddi servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler". AZOM. 26 Mayıs 2021. Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. "Ciddi servis uygulamaları için gelişmiş seramik malzemeler". AZOM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (26 Mayıs 2021'de erişildi). Morgan Gelişmiş Malzemeler-Teknik Seramikler. 2019. Ciddi servis uygulamalarına uygun gelişmiş seramik malzemeler. AZoM, 26 Mayıs 2021'de görüntülendi, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM, Washington Eyalet Üniversitesi'nden Doçentler Arda Gozen, George ve Joan Berry ile görüştü. Arda, insan dokularının özelliklerini taklit ederek tasarlanmış dokulardan iskeleler oluşturmaya adanmış çok sayıda kurumdan oluşan bir ekibin parçası. Bu röportajda AZoM, Thermo Fisher Scientific'ten Dr. Tim Nunney ve Dr. Adam Bushell ile Nexsa G2 yüzey analiz sistemi hakkında konuştu. Bu röportajda AZoM ve Nanaliz'in uygulamalı kimya başkanı Dr. Juan Araneda, NMR'nin artan kullanımı ve faydasından ve lityum birikintilerinin analizine nasıl yardımcı olabileceğinden bahsetti. Leco'nun GDS850 kızdırma deşarj spektrometresi çeşitli metalurjik malzemeleri analiz etmek için kullanılabilir. Aynı zamanda malzemenin niceliksel derinlik profilini de sağlar. 120-800 nm aralığına sahiptir ve çok yönlüdür. Hardinge® T serisi tornalama merkezleri ve SUPER-PRECISION® T serisi tornalama merkezleri, ultra hassas ve sert tornalama uygulamalarında tanınmış pazar liderleridir. Deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanıyoruz. Bu web sitesine göz atmaya devam ederek çerez kullanımımızı kabul etmiş olursunuz. Daha fazla bilgi.