Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz

Cookie-kat használunk az élmény fokozása érdekében. A weboldal böngészésének folytatásával beleegyezik a cookie-k használatába. Több információ.
A komoly szolgáltatásnak nincs hivatalos meghatározása. Olyan üzemi körülményekként értelmezhető, ahol a szelepcsere költsége magas, vagy a feldolgozási kapacitás csökken.
Globális igény mutatkozik a folyamatgyártás költségeinek csökkentésére annak érdekében, hogy a rossz szolgáltatási körülmények között érintett ágazatok jövedelmezősége növekedjen. Ezek az olajtól, gáztól és petrolkémiai anyagoktól az atomenergia- és energiatermelésig, az ásványfeldolgozásig és a bányászatig terjednek.
A tervezők és a mérnökök különböző módokon próbálják elérni ezt a célt. A legmegfelelőbb módszer az üzemidő és a hatékonyság növelése a folyamatparaméterek hatékony szabályozásával (például hatékony leállítás és optimalizált áramlásszabályozás).
A biztonsági optimalizálás is létfontosságú szerepet játszik, mert a csere csökkentése biztonságosabb termelési környezethez vezethet. Ezen túlmenően a vállalat azon dolgozik, hogy minimalizálja a berendezések készletét, beleértve a szivattyúkat és szelepeket, valamint a szükséges ártalmatlanítást. A létesítménytulajdonosok ugyanakkor hatalmas elmozdulásra számítanak eszközeikben. Ennek eredményeként a megnövekedett feldolgozási kapacitás kevesebb csövet és berendezést (de nagyobb átmérőt) és kevesebb műszert eredményez ugyanahhoz a termékfolyamhoz.
Ez azt jelzi, hogy amellett, hogy nagyobb csőátmérőhöz nagyobbaknak kell lenniük, az egyes rendszerelemeknek ki kell állniuk a zord környezetnek való hosszan tartó kitettséget is, hogy csökkentsék az üzem közbeni karbantartás és csere szükségességét.
Az alkatrészeknek, beleértve a szelepeket és a szelepgolyókat, robusztusnak kell lenniük, hogy megfeleljenek a kívánt alkalmazásnak, de hosszabb élettartamot is biztosíthatnak. A legtöbb alkalmazásnál azonban az a fő probléma, hogy a fém alkatrészek elérik teljesítményük határát. Ez azt jelzi, hogy a tervezők találhatnak alternatívákat a nem fémes anyagok, különösen a kerámia anyagok helyett az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz.
Az alkatrészek súlyos üzemi körülmények között történő működéséhez szükséges jellemző paraméterek közé tartozik a hősokkállóság, a korrózióállóság, a fáradtságállóság, a keménység, a szilárdság és a szívósság.
A rugalmasság kulcsfontosságú paraméter, mivel a kevésbé ellenálló alkatrészek katasztrofálisan meghibásodhatnak. A kerámia anyagok szívósságát a repedések terjedésével szembeni ellenállásként határozzák meg. Egyes esetekben behúzásos módszerrel mérhető, ami mesterségesen magas értékeket eredményez. Az egyoldali bemetsző gerenda használata pontos mérést biztosít.
A szilárdság a szívóssághoz kapcsolódik, de arra az egyetlen pontra utal, ahol az anyag katasztrofálisan meghibásodik, amikor feszültséget alkalmaznak. Általában „szakadási modulusnak” nevezik, és hárompontos vagy négypontos hajlítószilárdságméréssel mérik egy tesztrúdon. A hárompontos teszt 1%-kal magasabb értéket ad, mint a négypontos teszt.
Bár a keménység különféle skálákkal mérhető, beleértve a Rockwell és a Vickers skálákat, a Vickers mikrokeménységi skála nagyon alkalmas fejlett kerámia anyagokhoz. A keménység egyenesen arányos az anyag kopásállóságával.
A ciklikus módszerrel működő szelepben a szelep folyamatos nyitása és zárása miatti fáradás okozza a fő problémát. A kifáradás az a szilárdsági küszöb, amelyen túl az anyag gyakran a normál hajlítószilárdsága alá csökken.
A korrózióállóság a működési környezettől és az anyagot tartalmazó közegtől függ. Ezen a területen sok fejlett kerámiaanyagnak van előnye a fémekkel szemben, kivéve a „hidrotermikus lebomlást”, amely akkor következik be, amikor egyes cirkónium-oxid alapú anyagokat magas hőmérsékletű gőzhatásnak tesznek ki.
A hősokk befolyásolja az alkatrész geometriáját, a hőtágulási együtthatót, a hővezető képességet, a szívósságot és a szilárdságot. Ez egy olyan terület, ahol nagy a hővezető képesség és a szívósság, így a fém alkatrészek hatékonyan működhetnek. A kerámiaanyagok fejlődése azonban már elfogadható szintű hősokkállóságot biztosít.
A fejlett kerámiákat évek óta használják, és népszerűek a megbízhatósági mérnökök, üzemmérnökök és szeleptervezők körében, akik nagy teljesítményt és értéket igényelnek. A speciális alkalmazási követelményeknek megfelelően az iparágak széles skálájához különböző egyedi készítmények állnak rendelkezésre. Négy fejlett kerámia azonban nagy jelentőséggel bír a súlyos szervizszelepek területén. Ezek közé tartozik a szilícium-karbid (SiC), a szilícium-nitrid (Si3N4), az alumínium-oxid és a cirkónium-oxid. A szelep és a szelepgolyó anyagait az egyedi alkalmazási követelményeknek megfelelően választják ki.
A cirkónium-oxid két fő formáját használják a szelepekben, mindkettő ugyanolyan hőtágulási együtthatóval és merevséggel rendelkezik, mint az acélé. A magnézium-oxiddal részlegesen stabilizált cirkónia (Mg-PSZ) rendelkezik a legnagyobb hősokkállósággal és szívóssággal, míg az ittrium-tetragonális cirkónium-oxid polikristályos (Y-TZP) keményebb és erősebb, de érzékeny a hidrotermikus lebomlásra.
A szilícium-nitrid (Si3N4) különböző összetételű. A gáznyomású szinterezett szilícium-nitrid (GPPSN) a szelepek és szelepalkatrészek leggyakrabban használt anyaga. Átlagos szívóssága mellett nagy keménységet és szilárdságot, kiváló hősokkállóságot és hőstabilitást is biztosít. Ezenkívül magas hőmérsékletű gőzkörnyezetben a Si3N4 megfelelő helyettesítője a cirkónium-oxidnak, amely megakadályozhatja a hidrotermikus lebomlást.
Ha szűkös a költségvetés, a tervező választhat szilícium-karbidot vagy alumínium-oxidot. Mindkét anyag nagy keménységű, de nem szívósabb, mint a cirkónium-oxid vagy a szilícium-nitrid. Ez azt mutatja, hogy az anyag nagyon alkalmas statikus alkatrész-alkalmazásokhoz, például szelepbetétekhez és szelepülékekhez, nem pedig szelepgolyókhoz vagy tárcsákhoz, amelyek nagyobb igénybevételnek vannak kitéve.
A durva szervizszelep-alkalmazásokban használt fémanyagokhoz képest (beleértve a ferrokrómot (CrFe), a volfrámkarbidot, a Hastelloy-t és a Stellite-t), a fejlett kerámia anyagok szívóssága és szilárdsága kisebb.
A súlyos szervizelési alkalmazásokhoz forgószelepek, például pillangószelepek, csonkok, úszógolyós szelepek és rugós szelepek tartoznak. Az ilyen alkalmazásokban a Si3N4 és a cirkónium-oxid hősokkállóságot, szívósságot és szilárdságot mutat, hogy alkalmazkodjon a legigényesebb környezetekhez. Az anyag keménysége és korrózióállósága miatt az alkatrészek élettartama többszörösére nő, mint a fém alkatrészeké. További előnyök közé tartozik a szelep teljesítményjellemzői élettartama során, különösen azokon a területeken, ahol megtartja záróképességét és szabályozását.
Ezt egy olyan alkalmazás demonstrálja, ahol egy 65 mm-es (2,6 hüvelykes) szelepes kynar/RTFE golyót és bélést 98%-os kénsavnak és ilmenitnek tesznek ki, amely titán-oxid pigmentté alakul. A közeg korrozív jellege azt jelenti, hogy ezeknek az alkatrészeknek az élettartama akár hat hét is lehet. Azonban a Nilcra™ golyósszelep-betét használata (1. ábra), amely egy szabadalmaztatott, magnézium-oxiddal részben stabilizált cirkónium-oxid (Mg-PSZ), kiváló keménységgel és korrózióállósággal rendelkezik, és három év megszakítás nélküli működést biztosít, anélkül, hogy észlelhető lenne. elhasználódás.
Lineáris szelepekben, beleértve a sarokszelepeket, fojtószelepeket vagy gömbszelepeket, ezeknek a termékeknek a „kemény tömítésű” tulajdonságai miatt a cirkónium-oxid és a szilícium-nitrid alkalmas szelepdugókhoz és szelepülékekhez. Hasonlóképpen, az alumínium-oxid használható egyes tömítésekhez és ketrecekhez. A szelepüléken lévő csiszológolyók egymáshoz illesztésével nagyfokú tömítés érhető el.
Szelepbetéthez, beleértve a szelepmagot, a bemeneti és kimeneti nyílást vagy a szelepház bélést, a négy fő kerámiaanyag bármelyike ​​használható az alkalmazási követelményeknek megfelelően. Az anyag nagy keménysége és korrózióállósága előnyösnek bizonyult a termék teljesítménye és élettartama szempontjából.
Vegyük például az ausztrál bauxitfinomítóban használt DN150 pillangószelepet. A közegben lévő magas szilícium-dioxid-tartalom magas szintű kopást biztosít a szelepbetéten. Az eredetileg használt tömítések és tárcsák 28%-os CrFe ötvözetből készültek, és csak nyolc-tíz hétig bírták. A Nilcra™ cirkóniából készült szelepek esetében (2. ábra) azonban az élettartam 70 hétre nőtt.
Szívósságának és szilárdságának köszönhetően a kerámia a legtöbb szelepalkalmazásban jól működik. Azonban a keménységük és a korrózióállóságuk növeli a szelep élettartamát. Ez pedig csökkenti a teljes életciklus költségeit azáltal, hogy csökkenti a cserealkatrészek leállási idejét, csökkenti a forgótőkét és a készletet, minimális a kézi kezelés, és javítja a biztonságot a szivárgás csökkentésével.
Hosszú ideje a kerámia anyagok nagynyomású szelepekben való alkalmazása volt az egyik fő probléma, mivel ezek a szelepek nagy axiális vagy csavaró terhelésnek vannak kitéve. Azonban ezen a területen a főbb szereplők most olyan szelepgolyó-konstrukciókat fejlesztenek, amelyek javítják a hajtónyomaték túlélését.
A másik fő korlát a méretarány. A részlegesen stabilizált cirkóniából magnézium-oxiddal előállított legnagyobb szelepülék és legnagyobb szelepgolyó (3. ábra) mérete DN500, illetve DN250. A legtöbb gyártó azonban jelenleg a kerámiát részesíti előnyben az ennél kisebb méretű alkatrészeknél.
Bár a kerámia anyagok ma már bizonyítottan megfelelő választásnak bizonyultak, teljesítményük maximalizálása érdekében be kell tartani néhány egyszerű irányelvet. Kerámia anyagokat csak akkor szabad először használni, ha a költségeket minimálisra kell csökkenteni. Kerülni kell az éles sarkokat és a stresszkoncentrációt belül és kívül egyaránt.
Minden lehetséges hőtágulási eltérést figyelembe kell venni a tervezési szakaszban. A karikafeszültség csökkentése érdekében a kerámiát kívül kell tartani, nem belül. Végül a geometriai tűrések és a felületkezelés szükségességét alaposan meg kell fontolni, mivel ezek jelentősen megnövelik a szükségtelen költségeket.
Ezen irányelvek és bevált gyakorlatok követésével az anyagok kiválasztására és a beszállítókkal való egyeztetésre a projekt kezdetétől fogva ideális megoldás érhető el minden durva szolgáltatási alkalmazásra.
Ezek az információk a Morgan Advanced Materials által biztosított anyagokból származnak, és áttekintették és adaptálták.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, november 28.). Fejlett kerámia anyagok az igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM. Letöltve: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 2021. október 17-én.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Korszerű kerámia anyagok az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz”. AZoM. 2021. október 17. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Korszerű kerámia anyagok az igényes szolgáltatási alkalmazásokhoz”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Hozzáférés: 2021. október 17.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Fejlett kerámia anyagok igényes szerviz alkalmazásokhoz. AZoM, megtekintve 2021. október 17-én, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Ebben az interjúban az AZoM Jun Chen professzorral beszélgetett legújabb kutatásairól, amelyek az emberi biológiai elektronikai eszközök kifejlesztéséhez vezettek.
Az AZoM és Nigel Browning, a Liverpooli Egyetem professzora megvitatta az elektronmikroszkópia fejlesztésének fontosságát, és azt, hogy miként segítheti a tiszta energia folyamatos keresését, az átalakítást, az anyagok tárolását és továbbítását az alkalmazásokhoz.
Az AZoM Zhou Quan professzorral, a finn Aalto Egyetem Villamosmérnöki Karának Villamosmérnöki és Automatizálási Tanszékének robotikai csoportjának vezetőjével beszélgetett. Kutatásuk során Zhou Quan professzor és kutatócsoportja a természetben előforduló fenotípus-csoportot elemezte.
Az új PTR-TOF 10k az eredeti IONICON TRU-E/N PTR technológiát ötvözi a legmagasabb minőségű felbontás érdekében.
A TA Instrument új Discovery TMA 450 RH hőelemző készüléke precíz és pontos páratartalom elemzést is tud végezni.
A FlowCam LO (flow imaging with light obscuration) segítségével fényelvonási adatokat szerezhet be, hogy megfeleljen az USP biofarmakon iparra vonatkozó szabályozási irányelveinek, és valódi képekkel igazolja adatait, mindezt egyetlen műszerrel.