Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування

Ми використовуємо файли cookie, щоб покращити ваш досвід. Продовжуючи перегляд цього веб-сайту, ви погоджуєтеся на використання файлів cookie. Більше інформації. Офіційного визначення серйозної послуги 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, газу та нафтохімії до атомної енергетики 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 показує, що окрім необхідності бути більшим для більшого діаметру труби, окремий компонент системи 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 бажаному 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, де матеріал катастрофічно руйнується під час навантаження. Його зазвичай називають «модулем розриву» 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 вдосконалених 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. Цирконій, частково стабілізований оксидом магнію (Mg-PSZ), має найвищу стійкість до термічного удару та міцність, тоді як тетрагональний полікристалічний діоксид 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, у високотемпературному паровому середовищі Si3N4 є відповідною заміною діоксиду цирконію, який може запобігти гідротермальній деградації. Коли бюджет обмежений, специфікатор може вибрати карбід кремнію або глинозем. Обидва матеріали мають високу твердість, але не міцніші, ніж 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 корозійної стійкості матеріалу термін служби деталей збільшується в кілька разів в порівнянні з металевими. Інші переваги включають робочі характеристики клапана протягом усього терміну служби, особливо в областях, де він зберігає свою здатність закривати та контролювати. Це продемонстровано в застосуванні, де 65-мм (2,6 дюйма) клапанна кулька kynar/RTFE і вкладиш піддаються впливу 98% сірчаної кислоти та ільменіту, який перетворюється на пігмент оксиду титану. Корозійна природа середовища означає, що термін служби цих компонентів може досягати шести тижнів. Однак використання кріплення кульового клапана Nilcra™ (рис. 1), яке є запатентованим частково стабілізованим оксидом магнію цирконієм (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, завдяки характеристикам "твердого ущільнення" цих виробів діоксид цирконію та нітрид кремнію підходять для пробок клапанів і сідел клапанів. 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 накладки клапана. Спочатку використовувані прокладки та диски були виготовлені зі сплаву CrFe на 28% і прослужили 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 працює в 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. Довгий час 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 кульки клапана (рис. 3), виготовлених із частково стабілізованого діоксиду цирконію з оксидом магнію, становить DN500 та DN250 відповідно. Однак більшість специфікаторів наразі віддають перевагу кераміці для компонентів, менших за ці розміри. Хоча тепер доведено, що керамічні матеріали є відповідним вибором, потрібно дотримуватися деяких простих рекомендацій, щоб максимізувати їх 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 слід 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 важкої програми обслуговування. 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 липня 2021 р. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування». AZoM. 7 липня 2021 р. . Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Переглянуто 7 липня 2021 р.). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Удосконалені керамічні матеріали для вимогливого обслуговування. AZoM, переглянуто 7 липня 2021 р., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. AZoM і керуючий директор Camfil у Великобританії Девід Моултон обговорили рішення компанії для фільтрації повітря та те, як вони можуть допомогти створити безпечніші робочі умови для людей у ​​будівельній галузі. У цьому інтерв’ю керівник продукту AZoM і ELTRA д-р Алан Клостермайер розповів про швидкий і надійний O/N/H аналіз зразків з високою вагою. У цьому інтерв’ю AZoM і Чак Сіміно, старший менеджер із продукції Lake Shore Cryotronics, обговорили переваги їхньої системи вимірювання джерела синхронізації M81. Zeus Bioweb™ — це технологія, за допомогою якої PTFE перетворюється на полімерні волокна надзвичайно малих діаметрів від нанометрів до мікрометрів. Програмне забезпечення STARe для термічного аналізу МЕТТЛЕР ТОЛЕДО забезпечує неймовірну гнучкість і необмежені можливості оцінювання.