Ми використовуємо файли cookie, щоб покращити ваш досвід. Продовжуючи перегляд цього веб-сайту, ви погоджуєтеся на використання файлів cookie. Більше інформації.
Офіційного визначення суворої служби немає. Це можна розуміти як умови експлуатації, коли вартість заміни клапана висока або продуктивність обробки знижена.
Існує глобальна потреба скоротити витрати на технологічне виробництво, щоб підвищити прибутковість усіх секторів, задіяних у поганих умовах обслуговування. Вони варіюються від нафти і газу та нафтохімічних продуктів до ядерної енергії та виробництва електроенергії, переробки корисних копалин і видобутку корисних копалин.
Дизайнери та інженери різними способами намагаються досягти цієї мети. Найбільш відповідним методом є збільшення часу безвідмовної роботи та ефективності шляхом ефективного контролю параметрів процесу (таких як ефективне відключення та оптимізоване керування потоком).
Оптимізація безпеки також відіграє життєво важливу роль, оскільки зменшення кількості замін може призвести до безпечнішого виробничого середовища. Крім того, компанія працює над мінімізацією запасів обладнання, включаючи насоси та клапани, а також необхідної утилізації. Водночас власники закладів очікують величезного зрушення в активах. Як наслідок, збільшення потужності обробки призводить до меншої кількості труб і обладнання (але більших діаметрів) і меншої кількості інструментів для того самого потоку продукції.
Це вказує на те, що крім того, що один компонент системи має бути більшим для більшого діаметра труби, він також повинен витримувати тривалий вплив суворих умов, щоб зменшити потребу в обслуговуванні та заміні під час експлуатації.
Компоненти, включаючи клапани та кульки клапанів, мають бути міцними, щоб відповідати необхідному застосуванню, але також можуть забезпечувати довший термін служби. Однак основною проблемою більшості застосувань є те, що металеві частини досягли межі своєї продуктивності. Це вказує на те, що дизайнери можуть знайти альтернативи неметалевим матеріалам, особливо керамічним матеріалам, для вимогливих додатків обслуговування.
Типові параметри, необхідні для роботи компонентів у важких умовах експлуатації, включають стійкість до термічного удару, стійкість до корозії, стійкість до втоми, твердість, міцність і в'язкість.
Стійкість є ключовим параметром, оскільки менш стійкі компоненти можуть катастрофічно вийти з ладу. В'язкість керамічних матеріалів визначається як стійкість до розповсюдження тріщин. У деяких випадках його можна виміряти за допомогою методу відступу, що призводить до штучно завищених значень. Використання променя з одностороннім розрізом може забезпечити точні вимірювання.
Міцність пов’язана з міцністю, але стосується єдиної точки, в якій матеріал катастрофічно руйнується під час навантаження. Його зазвичай називають «модулем міцності на розрив» і вимірюють шляхом вимірювання міцності на вигин у трьох або чотирьох точках на випробувальному стрижні. Трибальний тест забезпечує значення, яке на 1% вище, ніж чотирибальний тест.
Хоча твердість можна виміряти різними шкалами, включаючи шкалу Роквелла та Віккерса, шкала мікротвердості за Віккерсом дуже підходить для вдосконалених керамічних матеріалів. Твердість прямо пропорційна зносостійкості матеріалу.
У клапані, що працює за циклічним методом, втома є основною проблемою через постійне відкриття та закриття клапана. Втома - це поріг міцності, за яким матеріал часто руйнується нижче своєї нормальної міцності на вигин.
Стійкість до корозії залежить від робочого середовища та середовища, що містить матеріал. У цій галузі багато передових керамічних матеріалів мають переваги перед металами, за винятком «гідротермічної деградації», яка відбувається, коли деякі матеріали на основі діоксиду цирконію піддаються дії високотемпературної пари.
Термічний удар впливає на геометрію деталей, коефіцієнт теплового розширення, теплопровідність, в’язкість і міцність. Це область, яка сприяє високій теплопровідності та міцності, тому металеві частини можуть ефективно функціонувати. Однак удосконалення керамічних матеріалів тепер забезпечує прийнятний рівень стійкості до термічного удару.
Удосконалена кераміка використовується протягом багатьох років і популярна серед інженерів з надійності, інженерів установок і розробників арматури, яким потрібні висока продуктивність і вартість. Відповідно до конкретних вимог щодо застосування, існують різні індивідуальні рецептури, придатні для широкого спектру галузей промисловості. Проте чотири вдосконалені керамічні вироби мають велике значення в галузі важких експлуатаційних клапанів. Вони включають карбід кремнію (SiC), нітрид кремнію (Si3N4), глинозем і цирконій. Матеріали клапана та кульки клапана вибираються відповідно до конкретних вимог застосування.
У клапанах використовуються дві основні форми діоксиду цирконію, обидві з яких мають той самий коефіцієнт теплового розширення та жорсткість, що й сталь. Частково стабілізований оксид магнію цирконію (Mg-PSZ) має найвищу стійкість до термічного удару та міцність, тоді як тетрагональний полікристалічний оксид ітрію оксид цирконію (Y-TZP) твердіший і міцніший, але чутливий до гідротермічної деградації.
Нітрид кремнію (Si3N4) має різні склади. Спечений під тиском газу нітрид кремнію (GPPSN) є найбільш часто використовуваним матеріалом для клапанів і компонентів клапанів. Окрім середньої міцності, він також забезпечує високу твердість і міцність, чудову стійкість до термічного удару та термічну стабільність. Крім того, Si3N4 є прийнятною заміною діоксиду цирконію в середовищах з високою температурою пари, щоб запобігти гідротермічній деградації.
Коли бюджет обмежений, специфікатор може вибрати карбід кремнію або глинозем. Обидва матеріали мають високу твердість, але не твердіші за діоксид цирконію або нітрид кремнію. Це показує, що матеріал дуже підходить для застосування в статичних компонентах, таких як накладки клапанів і сідла клапанів, а не кульки або диски клапанів, які піддаються більшому навантаженню.
Порівняно з металевими матеріалами, які використовуються в жорстких умовах експлуатації клапанів (включаючи ферохром (CrFe), карбід вольфраму, хастеллой і стелліт), вдосконалені керамічні матеріали мають меншу в’язкість і однакову міцність.
Важкі умови обслуговування передбачають використання поворотних клапанів, таких як поворотні клапани, цапфи, плаваючі кульові крани та пружинні клапани. У таких застосуваннях Si3N4 і діоксид цирконію виявляють стійкість до термічного удару, міцність і міцність для адаптації до найвимогливіших умов. Завдяки твердості і корозійностійкості матеріалу термін служби деталей збільшується в кілька разів, ніж у металевих деталей. Інші переваги включають робочі характеристики клапана протягом усього терміну служби, особливо в областях, де він зберігає свою здатність закривати та контролювати.
Це було продемонстровано в застосуванні, де 65-мм (2,6 дюйма) кулька kynar/RTFE і вкладиш піддавали впливу 98% сірчаної кислоти та ільменіту, який перетворювався на пігмент оксиду титану. Корозійна природа середовища означає, що ці компоненти можуть зберігатися до шести тижнів. Однак використання кріплення кульового клапана виробництва Nilcra!» (Малюнок 1), яке є запатентованим частково стабілізованим оксидом магнію діоксидом цирконію (Mg-PSZ), має чудову твердість і стійкість до корозії та може забезпечити три роки безперервної служби без будь-яких видимих ознак. зношення.
У лінійних клапанах, включаючи кутові клапани, дросельні клапани або прохідні клапани, діоксид цирконію та нітрид кремнію підходять для плунжерів клапанів і сідел клапанів завдяки характеристикам «твердого сідла» цих виробів. Так само глинозем можна використовувати для деяких прокладок і сепараторів. Високий ступінь герметичності можна досягти, підібравши шліфувальні кулі на сідлі клапана.
Для облицювання клапана, включаючи серцевину клапана, впускний і вихідний отвір або облицювання корпусу клапана, можна використовувати будь-який із чотирьох основних керамічних матеріалів відповідно до вимог застосування. Висока твердість і корозійна стійкість матеріалу показали перевагу з точки зору продуктивності продукту та терміну служби.
Візьмемо як приклад поворотний клапан DN150, який використовується на австралійському бокситовому заводі. Високий вміст кремнезему в середовищі забезпечує високий рівень зносу гільзи клапана. Прокладки та диски, які спочатку використовувалися, виготовлені зі сплаву CrFe на 28% і можуть прослужити лише вісім-десять тижнів. Проте з клапанами з діоксиду цирконію Nilcra!" (рис. 2) термін служби збільшився до 70 тижнів.
Завдяки своїй в’язкості та міцності кераміка добре підходить для більшості клапанів. Однак саме їх твердість і стійкість до корозії сприяють збільшенню терміну служби клапана. Це, у свою чергу, знижує вартість усього життєвого циклу за рахунок скорочення часу простою для заміни деталей, зменшення оборотного капіталу та запасів, мінімального ручного маніпулювання та підвищення безпеки за рахунок зменшення витоків.
Протягом тривалого часу застосування керамічних матеріалів у клапанах високого тиску було однією з головних проблем, оскільки ці клапани піддаються високим осьовим або крутильним навантаженням. Однак основні гравці в цій галузі зараз розробляють конструкції кульок клапанів, щоб покращити живучість крутного моменту.
Іншим важливим обмеженням є масштаб. Розмір найбільшого сідла клапана та найбільшої кулі клапана (рис. 3), виготовлених із частково стабілізованого магнезію цирконію, становить DN500 і DN250 відповідно. Однак більшість специфікаторів наразі віддають перевагу керамічним компонентам цих розмірів.
Незважаючи на те, що тепер доведено, що керамічний матеріал є відповідним вибором, все ще є кілька простих вказівок, яких слід дотримуватися, щоб максимізувати його ефективність. Керамічні матеріали слід використовувати в першу чергу лише тоді, коли витрати повинні бути мінімальними. Слід уникати гострих кутів і концентрації напруги як всередині, так і зовні.
Будь-яка потенційна невідповідність теплового розширення повинна бути розглянута на етапі проектування. Щоб зменшити навантаження на обручі, кераміку потрібно тримати зовні, а не всередині. Нарешті, необхідно ретельно розглянути необхідність геометричних допусків і обробки поверхні, оскільки це значно збільшить непотрібні витрати.
Дотримуючись цих вказівок і найкращих практик щодо вибору матеріалів і координації з постачальниками з самого початку проекту, можна досягти ідеального рішення для будь-якої складної служби.
Ця інформація отримана з матеріалів, наданих Morgan Advanced Materials, і була переглянута та адаптована.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28 листопада). Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування. AZoM. Отримано з https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 7 грудня 2021 р.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування». AZoM. 7 грудня 2021 р.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Дата перегляду 7 грудня 2021 р.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування. AZoM, переглянуто 7 грудня 2021 року, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
AZoM і професор Гуйхуа Ю з Техаського університету в Остіні обговорили новий тип гідрогелевого листа, який може швидко перетворювати забруднену воду в чисту питну. Цей новий процес може мати серйозний вплив на подолання глобальної нестачі води.
У цьому інтерв’ю AZoM і Юрген Шаве з МЕТТЛЕР ТОЛЕДО розповіли про швидку скануючу чіпову калориметрію та її різні застосування.
AZoM поспілкувався з професором Ореном Шерманом про його дослідження нового типу гідрогелю, який може досягти надзвичайної стисливості під високим тиском.
StructureScan Mini XT — ідеальний інструмент для сканування бетону; він може точно та швидко визначити глибину та положення металевих та неметалевих предметів у бетоні.
Miniflex XpC — це рентгенівський дифрактометр (XRD), призначений для контролю якості на цементних заводах та інших операціях, які вимагають онлайн-контролю процесів (таких як фармацевтика та батареї).
Раманівський блок 1064 складається з таких необхідних компонентів: спектрометр, лазер 1064 нм, зонд для відбору проб та інші додаткові аксесуари.
Час публікації: 08 грудня 2021 р
