Vật liệu gốm tiên tiến dành cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe

Chúng tôi sử dụng cookie để nâng cao trải nghiệm của bạn. Bằng cách tiếp tục duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc chúng tôi sử dụng cookie. Thêm thông tin. Không có định nghĩa chính thức về dịch vụ nghiêm túc. Nó có thể được hiểu là điều kiện vận hành mà chi phí thay thế van cao hoặc khả năng xử lý bị giảm. Nhu cầu toàn cầu là giảm chi phí sản xuất quy trình để tăng lợi nhuận của tất cả các lĩnh vực liên quan đến điều kiện dịch vụ kém. Những phạm vi này từ dầu khí và hóa dầu đến sản xuất điện và năng lượng hạt nhân, chế biến và khai thác khoáng sản. Các nhà thiết kế và kỹ sư đang cố gắng đạt được mục tiêu này bằng nhiều cách khác nhau. Phương pháp thích hợp nhất là tăng thời gian hoạt động và hiệu quả bằng cách kiểm soát hiệu quả các thông số quy trình (chẳng hạn như tắt máy hiệu quả và kiểm soát dòng chảy được tối ưu hóa). Tối ưu hóa an toàn cũng đóng một vai trò quan trọng vì việc giảm thay thế có thể dẫn đến môi trường sản xuất an toàn hơn. Ngoài ra, công ty đang nỗ lực giảm thiểu việc tồn kho thiết bị, bao gồm máy bơm và van cũng như việc thải bỏ theo yêu cầu. Đồng thời, chủ sở hữu cơ sở mong đợi một sự thay đổi lớn trong tài sản của họ. Kết quả là, công suất xử lý tăng dẫn đến ít đường ống và thiết bị hơn (nhưng đường kính lớn hơn) và ít dụng cụ hơn cho cùng một dòng sản phẩm. Điều này cho thấy ngoài việc phải lớn hơn để có đường kính ống rộng hơn, một thành phần hệ thống duy nhất cũng cần phải chịu được sự tiếp xúc kéo dài với môi trường khắc nghiệt để giảm nhu cầu bảo trì và thay thế trong quá trình sử dụng. Các bộ phận bao gồm van và bóng van cần phải chắc chắn để phù hợp với ứng dụng mong muốn nhưng cũng có thể mang lại tuổi thọ dài hơn. Tuy nhiên, một vấn đề lớn với hầu hết các ứng dụng là các bộ phận kim loại đã đạt đến giới hạn hiệu suất của chúng. Điều này cho thấy rằng các nhà thiết kế có thể tìm ra các giải pháp thay thế cho vật liệu phi kim loại, đặc biệt là vật liệu gốm, cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe. Các thông số điển hình cần thiết để vận hành các bộ phận trong điều kiện sử dụng khắc nghiệt bao gồm khả năng chống sốc nhiệt, chống ăn mòn, chống mỏi, độ cứng, độ bền và độ bền. Khả năng phục hồi là một thông số quan trọng, bởi vì các thành phần kém đàn hồi hơn có thể bị hỏng hóc nghiêm trọng. Độ dẻo dai của vật liệu gốm được định nghĩa là khả năng chống lan truyền vết nứt. Trong một số trường hợp, nó có thể được đo bằng phương pháp thụt đầu dòng, dẫn đến giá trị cao giả tạo. Việc sử dụng chùm tia rạch một bên có thể cung cấp các phép đo chính xác. Độ bền có liên quan đến độ dẻo dai, nhưng đề cập đến điểm duy nhất mà vật liệu bị hỏng nghiêm trọng khi tác dụng lực. Nó thường được gọi là "mô đun đứt" và được đo bằng cách thực hiện phép đo cường độ uốn ba điểm hoặc bốn điểm trên que thử. Bài kiểm tra ba điểm cung cấp giá trị cao hơn 1% so với bài kiểm tra bốn điểm. Mặc dù độ cứng có thể được đo bằng nhiều loại thang đo khác nhau bao gồm Rockwell và Vickers, nhưng thang đo độ cứng vi mô Vickers rất phù hợp với các vật liệu gốm sứ cao cấp. Độ cứng tỷ lệ thuận với khả năng chống mài mòn của vật liệu. Trong van hoạt động theo phương pháp tuần hoàn, hiện tượng mỏi là vấn đề lớn do van đóng mở liên tục. Độ mỏi là ngưỡng cường độ, vượt quá ngưỡng đó vật liệu thường sẽ bị hỏng dưới cường độ uốn thông thường. Khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào môi trường hoạt động và môi trường chứa vật liệu. Trong lĩnh vực này, nhiều vật liệu gốm tiên tiến có ưu điểm hơn kim loại, ngoại trừ hiện tượng "phân hủy thủy nhiệt", xảy ra khi một số vật liệu làm từ zirconia tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Hình dạng bộ phận, hệ số giãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt, độ bền và độ bền bị ảnh hưởng bởi sốc nhiệt. Đây là khu vực có khả năng dẫn nhiệt và độ bền cao nên các bộ phận kim loại có thể hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, những tiến bộ trong vật liệu gốm hiện nay đã cung cấp mức độ chống sốc nhiệt chấp nhận được. Gốm sứ tiên tiến đã được sử dụng trong nhiều năm và được các kỹ sư về độ tin cậy, kỹ sư nhà máy và nhà thiết kế van ưa chuộng, những người yêu cầu hiệu suất và giá trị cao. Theo yêu cầu ứng dụng cụ thể, có nhiều công thức riêng biệt khác nhau phù hợp với nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, bốn loại gốm tiên tiến có ý nghĩa rất lớn trong lĩnh vực van dịch vụ khắc nghiệt. Chúng bao gồm cacbua silic (SiC), silicon nitrit (Si3N4), alumina và zirconia. Vật liệu của van và bóng van được lựa chọn theo yêu cầu ứng dụng cụ thể. Hai dạng zirconia chính được sử dụng trong van, cả hai đều có cùng hệ số giãn nở nhiệt và độ cứng như thép. Magiê oxit ổn định một phần zirconia (Mg-PSZ) có khả năng chống sốc nhiệt và độ bền cao nhất, trong khi zirconia đa tinh thể tứ giác yttria (Y-TZP) cứng hơn và mạnh hơn, nhưng dễ bị phân hủy thủy nhiệt. Silicon nitride (Si3N4) có nhiều công thức khác nhau. Silicon nitride thiêu kết áp suất khí (GPPSN) là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho van và các bộ phận của van. Ngoài độ dẻo dai trung bình, nó còn mang lại độ cứng và độ bền cao, khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời và ổn định nhiệt. Ngoài ra, trong môi trường hơi nước ở nhiệt độ cao, Si3N4 là chất thay thế thích hợp cho zirconia, có thể ngăn chặn sự phân hủy thủy nhiệt. Khi ngân sách eo hẹp, nhà đầu tư có thể chọn cacbua silic hoặc alumina. Cả hai vật liệu đều có độ cứng cao nhưng không cứng hơn zirconia hoặc silicon nitride. Điều này cho thấy vật liệu này rất phù hợp cho các ứng dụng thành phần tĩnh, chẳng hạn như lớp lót van và mặt tựa van, thay vì bi van hoặc đĩa van chịu ứng suất cao hơn. So với các vật liệu kim loại được sử dụng trong các ứng dụng van dịch vụ khắc nghiệt (bao gồm sắt thép (CrFe), cacbua vonfram, Hastelloy và Stellite), vật liệu gốm tiên tiến có độ bền thấp hơn và độ bền tương tự. Các ứng dụng dịch vụ nghiêm trọng liên quan đến việc sử dụng các van quay, chẳng hạn như van bướm, van trục, van bi nổi và van lò xo. Trong các ứng dụng như vậy, Si3N4 và zirconia thể hiện khả năng chống sốc nhiệt, độ bền và độ bền để thích ứng với những môi trường đòi hỏi khắt khe nhất. Do độ cứng và khả năng chống ăn mòn của vật liệu, tuổi thọ của các bộ phận được tăng lên nhiều lần so với các bộ phận kim loại. Các lợi ích khác bao gồm các đặc tính hoạt động của van trong suốt vòng đời của nó, đặc biệt là ở những khu vực mà nó duy trì được khả năng đóng và khả năng kiểm soát. Điều này được thể hiện trong một ứng dụng trong đó bóng và lớp lót van kynar/RTFE 65 mm (2,6 in) tiếp xúc với 98% axit sulfuric và ilmenit, những chất này đang được chuyển đổi thành sắc tố oxit titan. Bản chất ăn mòn của vật liệu in có nghĩa là tuổi thọ của các bộ phận này có thể kéo dài tới sáu tuần. Tuy nhiên, việc sử dụng viền van bi được sản xuất bởi Nilcra™ (Hình 1), là loại zirconia ổn định một phần oxit magie (Mg-PSZ) độc quyền, có độ cứng và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đồng thời có thể cung cấp ba năm Dịch vụ không bị gián đoạn mà không bị phát hiện. hao mòn. Trong các van tuyến tính, bao gồm van góc, van tiết lưu hoặc van cầu, do đặc tính "bịt cứng" của các sản phẩm này, zirconia và silicon nitride thích hợp làm nút van và đế van. Tương tự, alumina có thể được sử dụng cho một số miếng đệm và lồng. Bằng cách kết hợp các viên bi mài trên đế van, có thể đạt được mức độ bịt kín cao. Đối với lớp lót van, bao gồm lõi van, đầu vào và đầu ra hoặc lớp lót thân van, có thể sử dụng bất kỳ một trong bốn vật liệu gốm chính nào theo yêu cầu ứng dụng. Độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn của vật liệu tỏ ra có lợi về hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Lấy van bướm DN150 được sử dụng trong nhà máy lọc bauxite của Úc làm ví dụ. Hàm lượng silica cao trong môi trường mang lại mức độ mài mòn cao cho lớp lót van. Các miếng đệm và đĩa được sử dụng ban đầu được làm bằng hợp kim CrFe 28% và chỉ tồn tại được từ 8 đến 10 tuần. Tuy nhiên, với van làm từ Nilcra™ zirconia (Hình 2), tuổi thọ sử dụng đã tăng lên 70 tuần. Do độ dẻo dai và độ bền cao, gốm sứ hoạt động tốt trong hầu hết các ứng dụng van. Tuy nhiên, chính độ cứng và khả năng chống ăn mòn của chúng đã giúp tăng tuổi thọ của van. Ngược lại, điều này giúp giảm chi phí của toàn bộ vòng đời bằng cách giảm thời gian ngừng hoạt động của các bộ phận thay thế, giảm vốn lưu động và hàng tồn kho, xử lý thủ công ở mức tối thiểu và cải thiện độ an toàn bằng cách giảm rò rỉ. Từ lâu, việc ứng dụng vật liệu gốm vào van áp suất cao là một trong những vấn đề chính, bởi vì các van này phải chịu tải trọng trục hoặc xoắn cao. Tuy nhiên, những công ty lớn trong lĩnh vực này hiện đang phát triển các thiết kế bi van để cải thiện khả năng duy trì mô-men xoắn truyền động. Hạn chế lớn khác là quy mô. Kích thước của đế van lớn nhất và bi van lớn nhất (Hình 3) được sản xuất từ ​​zirconia được ổn định một phần với magie oxit lần lượt là DN500 và DN250. Tuy nhiên, hầu hết các nhà sản xuất hiện nay đều ưa chuộng gốm sứ hơn cho các bộ phận có kích thước dưới đây. Mặc dù vật liệu gốm hiện nay đã được chứng minh là sự lựa chọn phù hợp nhưng vẫn cần tuân thủ một số nguyên tắc đơn giản để tối đa hóa hiệu quả của chúng. Vật liệu gốm sứ chỉ nên được sử dụng đầu tiên khi chi phí cần được giữ ở mức tối thiểu. Nên tránh các góc nhọn và sự tập trung ứng suất cả bên trong và bên ngoài. Bất kỳ sự không phù hợp về giãn nở nhiệt tiềm ẩn nào cũng phải được xem xét trong giai đoạn thiết kế. Để giảm căng thẳng cho vòng, gốm phải được giữ ở bên ngoài chứ không phải bên trong. Cuối cùng, cần phải xem xét cẩn thận nhu cầu về dung sai hình học và độ hoàn thiện bề mặt, vì những điều này sẽ làm tăng đáng kể chi phí không cần thiết. Bằng cách tuân theo các hướng dẫn này và các biện pháp thực hành tốt nhất để lựa chọn vật liệu và phối hợp với các nhà cung cấp ngay từ đầu dự án, bạn có thể đạt được giải pháp lý tưởng cho mọi ứng dụng dịch vụ khắc nghiệt. Thông tin này được lấy từ các tài liệu do Morgan Advanced Materials cung cấp và đã được xem xét và điều chỉnh. Vật liệu-Gốm kỹ thuật tiên tiến Morgan. (2019, ngày 28 tháng 11). Vật liệu gốm tiên tiến dành cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe. AZoM. Được lấy từ https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 vào ngày 7 tháng 7 năm 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Vật liệu gốm tiên tiến dành cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe". AZoM. Ngày 7 tháng 7 năm 2021. . Vật liệu-Gốm kỹ thuật tiên tiến Morgan. "Vật liệu gốm tiên tiến dành cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Truy cập ngày 7 tháng 7 năm 2021). Vật liệu-Gốm kỹ thuật tiên tiến Morgan. 2019. Vật liệu gốm tiên tiến dành cho các ứng dụng dịch vụ đòi hỏi khắt khe. AZoM, xem ngày 7 tháng 7 năm 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. David Moulton, giám đốc điều hành của AZoM và Camfil tại Vương quốc Anh đã thảo luận về các giải pháp lọc không khí của công ty và cách chúng có thể giúp mang lại môi trường làm việc an toàn hơn cho những người trong ngành xây dựng. Trong cuộc phỏng vấn này, Tiến sĩ Alan Klostermeier, giám đốc sản phẩm của AZoM và ELTRA đã nói về phân tích O/N/H nhanh chóng và đáng tin cậy đối với trọng lượng mẫu cao. Trong cuộc phỏng vấn này, AZoM và Chuck Cimino, Giám đốc sản phẩm cấp cao tại Lake Shore Cryotronics, đã thảo luận về lợi ích của hệ thống đo nguồn đồng bộ M81 của họ. Zeus Bioweb™ là công nghệ quay điện PTFE thành sợi polymer có đường kính cực nhỏ từ nanomet đến micromet. Phần mềm phân tích nhiệt STARe của METTLER TOLEDO mang đến sự linh hoạt đáng kinh ngạc và khả năng đánh giá không giới hạn.