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Für „Seriöse Wartung“ gibt es keine offizielle Definition. Man kann sich darunter Betriebsbedingungen vorstellen, bei denen der Austausch von Ventilen kostspielig ist oder die Prozessfähigkeit beeinträchtigt.
Es besteht ein weltweiter Bedarf, die Prozessproduktionskosten zu senken, um die Rentabilität in allen Branchen mit rauen Betriebsbedingungen zu verbessern. Diese reichen von Öl und Gas und Petrochemie bis hin zu Kernkraft und Stromerzeugung, Mineralverarbeitung und Bergbau.
Designer und Ingenieure arbeiten auf unterschiedliche Weise daran, dies zu erreichen. Der am besten geeignete Ansatz besteht darin, die Betriebszeit und Effizienz durch eine effektive Steuerung der Prozessparameter wie effektive Abschaltung und optimierte Flusskontrolle zu erhöhen.
Auch die Optimierung der Sicherheit spielt eine entscheidende Rolle, da weniger Austauschvorgänge zu einer sichereren Produktionsumgebung führen können. Darüber hinaus versucht das Unternehmen, den Bestand an Geräten, einschließlich Pumpen und Ventilen, sowie die erforderliche Handhabung zu minimieren. Gleichzeitig erwarten die Anlagenbesitzer Der Umsatz ihrer Vermögenswerte ist enorm. Die erhöhte Verarbeitungskapazität führt zu weniger (aber größerem Durchmesser) Rohren und Geräten für den gleichen Produktfluss und weniger Metern.
Dies deutet darauf hin, dass einzelne Systemkomponenten nicht nur bei größeren Rohrdurchmessern größer sein müssen, sondern auch einer längeren Belastung durch raue Umgebungen standhalten müssen, um den Bedarf an Wartung und Austausch während des Betriebs zu reduzieren.
Komponenten, einschließlich Ventile und Kugeln, müssen robust sein, um der gewünschten Anwendung gerecht zu werden, aber auch eine längere Lebensdauer bieten. Ein großes Problem bei den meisten Anwendungen besteht jedoch darin, dass Metallkomponenten die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit erreicht haben. Dies legt nahe, dass Designer dies tun können Finden Sie Alternativen zu nichtmetallischen Materialien, insbesondere Keramikmaterialien, für anspruchsvolle Serviceanwendungen.
Zu den typischen Parametern, die für den Betrieb von Komponenten unter erschwerten Betriebsbedingungen erforderlich sind, gehören Thermoschockbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Härte, Festigkeit und Zähigkeit.
Die Belastbarkeit ist ein Schlüsselparameter, da weniger belastbare Komponenten katastrophal ausfallen können. Die Zähigkeit eines Keramikmaterials wird als Widerstand gegen Rissausbreitung definiert. In einigen Fällen kann sie mit der Eindruckmethode gemessen werden, was zu einem künstlich hohen Wert führt. Mit einem einzigen -seitiger Kerbbalken sorgt für genaue Messungen.
Die Festigkeit hängt mit der Zähigkeit zusammen, bezieht sich jedoch auf den einzelnen Punkt, an dem ein Material bei Belastung katastrophal versagt. Sie wird allgemein als „Bruchmodul“ bezeichnet und anhand einer Dreipunkt- oder Vierpunkt-Biegefestigkeit gemessen Messung an einem Prüfstab. Der Dreipunkttest liefert um 1 % höhere Werte als der Vierpunkttest.
Während die Härte auf verschiedenen Skalen gemessen werden kann, darunter Rockwell und Vickers, eignet sich die Vickers-Mikrohärteskala gut für fortschrittliche Keramikmaterialien. Die Härte variiert proportional zur Verschleißfestigkeit des Materials.
Bei Ventilen, die zyklisch arbeiten, ist Ermüdung aufgrund des kontinuierlichen Öffnens und Schließens des Ventils ein großes Problem. Ermüdung ist die Festigkeitsschwelle, ab der ein Material dazu neigt, unter seine normale Biegefestigkeit zu versagen.
Die Korrosionsbeständigkeit hängt von der Betriebsumgebung und den Medien ab, in denen das Material enthalten ist. Viele fortschrittliche Keramikmaterialien übertreffen in diesem Bereich Metalle, mit Ausnahme einiger Materialien auf Zirkonoxidbasis, die sich „hydrothermisch zersetzen“, wenn sie Hochtemperaturdampf ausgesetzt werden.
Teilegeometrie, Wärmeausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, Zähigkeit und Festigkeit werden alle durch Thermoschock beeinflusst. Dies ist ein Bereich, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Zähigkeit fördert und daher die Funktion der Metallteile effektiv gewährleistet. Allerdings gibt es derzeit Fortschritte bei keramischen Materialien bieten akzeptable Temperaturwechselbeständigkeit.
Hochleistungskeramik wird seit vielen Jahren verwendet und erfreut sich bei Zuverlässigkeitsingenieuren, Anlagenbauern und Ventilkonstrukteuren großer Beliebtheit, die hohe Leistung und Wertigkeit fordern. Abhängig von den spezifischen Anwendungsanforderungen gibt es unterschiedliche individuelle Formulierungen, die für verschiedene Branchen geeignet sind. Es gibt jedoch vier Hochleistungskeramiken Sie sind im Bereich der Ventile für den anspruchsvollen Einsatz von Bedeutung und umfassen Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4), Aluminiumoxid und Zirkonoxid. Ventil- und Ventilkugelmaterialien werden auf der Grundlage spezifischer Anwendungsanforderungen ausgewählt.
Es gibt zwei Hauptformen von Zirkonoxid, die in Ventilen verwendet werden und den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und die gleiche Steifigkeit wie Stahl haben. Teilstabilisiertes Magnesiumoxid-Zirkonoxid (Mg-PSZ) weist die höchste Temperaturwechselbeständigkeit und Zähigkeit auf, während tetragonales polykristallines Yttrium-Zirkonoxid (Y-TZP) die höchste Temperaturwechselbeständigkeit und Zähigkeit aufweist ) ist härter, aber anfällig für hydrothermale Zersetzung.
Siliziumnitrid (Si3N4) ist in verschiedenen Formulierungen erhältlich. Gasdruckgesintertes Siliziumnitrid (GPPSN) ist das am häufigsten verwendete Material für Ventile und Ventilkomponenten und bietet neben durchschnittlicher Zähigkeit eine hohe Härte und Festigkeit, hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit und thermische Stabilität. Darüber hinaus stellt Si3N4 einen geeigneten Ersatz für Zirkonoxid in Dampfumgebungen mit hohen Temperaturen dar und verhindert den hydrothermischen Abbau.
Aufgrund knapper Budgets können Planer zwischen SiC und Aluminiumoxid wählen. Beide Materialien haben eine hohe Härte, sind aber nicht stärker als Zirkonoxid oder Siliziumnitrid. Dies zeigt, dass diese Materialien eher für statische Komponentenanwendungen wie Ventilbuchsen und -sitze geeignet sind Bälle oder Scheiben mit höherer Belastung.
Fortschrittliche Keramikmaterialien weisen eine geringere Zähigkeit und eine ähnliche Festigkeit auf als metallische Materialien, die in anspruchsvollen Ventilanwendungen verwendet werden, einschließlich Chromeisen (CrFe), Wolframkarbid, Hastelloy und Stellit.
Bei anspruchsvollen Einsatzbedingungen kommen Drehventile wie Absperrklappen, Drehzapfen, schwimmende Kugelhähne und Federn zum Einsatz. In solchen Anwendungen sorgen Si3N4 und Zirkonoxid für Thermoschockbeständigkeit, Zähigkeit und Festigkeit, um den härtesten Umgebungen standzuhalten. Aufgrund der Härte und Korrosionsbeständigkeit Aufgrund des Materials ist die Lebensdauer der Komponenten um ein Vielfaches höher als bei Metallkomponenten. Weitere Vorteile sind die Leistungsmerkmale des Ventils über die gesamte Lebensdauer, insbesondere in Bereichen, in denen Schließfähigkeit und Kontrolle erhalten bleiben.
Dies wird in der Anwendung einer 65 mm (2,6 Zoll) großen Ventilkynar/RTFE-Kugel und -Auskleidung veranschaulicht, die 98 %iger Schwefelsäure und Ilmenit ausgesetzt ist, die in Titanoxidpigment umgewandelt werden. Aufgrund der aggressiven Beschaffenheit des Mediums können diese Komponenten dies tun halten bis zu sechs Wochen. Bei Verwendung von Kugelhahngarnituren (Abbildung 1) aus Nilcra!, einem firmeneigenen, mit Magnesia teilweise stabilisierten Zirkonoxid (Mg-PSZ), das eine hervorragende Härte und Korrosionsbeständigkeit bietet, ist jedoch ein ununterbrochener Betrieb von drei Jahren ohne Unterbrechung möglich erkennbarer Verschleiß.
In linearen Ventilen, einschließlich Eck-, Drossel- oder Durchgangsventilen, eignen sich Zirkonoxid und Siliziumnitrid aufgrund der „harten Sitz“-Eigenschaft dieser Produkte sowohl für den Kegel als auch für den Sitz. Ebenso kann Aluminiumoxid in einigen Auskleidungen und Käfigen verwendet werden. In hohem Maße Durch passende Mahlkugeln am Ventilsitz kann eine hohe Dichtigkeit erreicht werden.
Für Ventilbuchsen, einschließlich Ventilkegel, Einlass und Auslass, oder Gehäusebuchsen, kann je nach Anwendungsanforderungen jedes der vier wichtigsten Keramikmaterialien verwendet werden. Die hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit des Materials erweisen sich als vorteilhaft für Leistung und Service Lebensdauer des Produkts.
Nehmen Sie zum Beispiel eine DN150-Absperrklappe, die in einer australischen Bauxitraffinerie verwendet wird. Der hohe Silikatgehalt des Mediums kann zu einem hohen Verschleiß der Ventilbuchsen führen. Die ursprünglichen Auskleidungen und Scheiben bestanden aus einer 28 %igen CrFe-Legierung und wurden nur für verwendet 8 bis 10 Wochen. Bei Ventilen aus Nilcra®-Zirkonia (Abbildung 2) erhöhte sich die Lebensdauer jedoch auf 70 Wochen.
Aufgrund ihrer Zähigkeit und Festigkeit eignet sich Keramik gut für die meisten Ventilanwendungen. Es sind jedoch ihre Härte und Korrosionsbeständigkeit, die zur Langlebigkeit des Ventils beitragen. Dies wiederum senkt die gesamten Lebenszykluskosten, indem Ausfallzeiten für Ersatzteile reduziert und das Betriebskapital gesenkt werden und Lagerbestand, wodurch die manuelle Handhabung reduziert und die Sicherheit durch weniger Lecks verbessert wird.
Die Verwendung von Keramikmaterialien in Hochdruckventilen war lange Zeit eines der Hauptanliegen, da diese Ventile hohen axialen oder Torsionsbelastungen ausgesetzt sind. Große Akteure auf diesem Gebiet entwickeln jetzt jedoch Ventilkugelkonstruktionen, um die Überlebensfähigkeit des Antriebsdrehmoments zu verbessern.
Eine weitere große Einschränkung ist die Größe. Der größte Sitz und die größte Kugel (Abbildung 3), die aus teilweise stabilisiertem Magnesia-Zirkonoxid hergestellt werden, sind DN500 bzw. DN250. Allerdings bevorzugen die meisten Planer derzeit Keramik für Komponenten dieser Größen.
Obwohl sich Keramikmaterialien mittlerweile als geeignete Wahl erwiesen haben, müssen einige einfache Richtlinien befolgt werden, um ihre Leistung zu maximieren. Keramikmaterialien sollten zunächst nur dann verwendet werden, wenn es notwendig ist, die Kosten zu minimieren. Scharfe Ecken und Spannungskonzentrationen sollten sowohl intern als auch im Innenbereich vermieden werden äußerlich.
Mögliche Unstimmigkeiten bei der Wärmeausdehnung müssen während der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Um die Ringspannung zu reduzieren, ist es notwendig, die Keramik auf der Außenseite und nicht auf der Innenseite zu belassen. Schließlich sollte die Notwendigkeit geometrischer Toleranzen und der Oberflächenveredelung sorgfältig berücksichtigt werden, da diese kann erhebliche und unnötige Kosten verursachen.
Durch die Befolgung dieser Richtlinien und Best Practices für die Materialauswahl und die Koordination mit Lieferanten von Beginn eines Projekts an kann für jede ernsthafte Serviceanwendung eine ideale Lösung erreicht werden.
Diese Informationen stammen aus Materialien, Rezensionen und Anpassungen, die von Morgan Advanced Materials bereitgestellt wurden.
Morgan Advanced Materials – Technische Keramik. (28. November 2019). Fortschrittliche Keramikmaterialien für anspruchsvolle Serviceanwendungen. AZOM. Abgerufen am 14. Januar 2022 von https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Morgan Advanced Materials – Technische Keramik. „Hochentwickelte Keramikmaterialien für anspruchsvolle Anwendungen“. AZOM. 14. Januar 2022.
Morgan Advanced Materials – Technische Keramik. „Hochentwickelte Keramikmaterialien für Anwendungen im harten Einsatz“. AZOM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Zugriff am 14. Januar 2022).
Morgan Advanced Materials – Technische Keramik.2019. Advanced Ceramic Materials for Harsh Service Applications.AZoM, abgerufen am 14. Januar 2022, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. Januar 2022
