कठोर सेवा अनुप्रयोगों के लिए उन्नत सिरेमिक सामग्री

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गंभीर सेवा की कोई आधिकारिक परिभाषा नहीं है। इसे उन परिचालन स्थितियों के संदर्भ में सोचा जा सकता है जहां वाल्व प्रतिस्थापन महंगा है या प्रक्रिया क्षमता कम कर देता है।
कठोर सेवा शर्तों वाले सभी उद्योगों में लाभप्रदता में सुधार के लिए प्रक्रिया उत्पादन लागत को कम करने की वैश्विक आवश्यकता है। इनमें तेल और गैस और पेट्रोकेमिकल से लेकर परमाणु और बिजली उत्पादन, खनिज प्रसंस्करण और खनन शामिल हैं।
डिजाइनर और इंजीनियर इसे अलग-अलग तरीकों से हासिल करने के लिए काम कर रहे हैं। सबसे उपयुक्त तरीका प्रभावी शटडाउन और अनुकूलित प्रवाह नियंत्रण जैसे प्रक्रिया मापदंडों के प्रभावी नियंत्रण के माध्यम से अपटाइम और दक्षता को बढ़ाना है।
सुरक्षा अनुकूलन भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि कम प्रतिस्थापन से सुरक्षित उत्पादन वातावरण बन सकता है। इसके अलावा, कंपनी पंप और वाल्व और आवश्यक हैंडलिंग सहित उपकरणों की सूची को कम करने की कोशिश कर रही है। साथ ही, सुविधा मालिकों को उम्मीद है उनकी परिसंपत्तियों पर भारी कारोबार होता है। परिणामस्वरूप, बढ़ी हुई प्रसंस्करण क्षमता के परिणामस्वरूप समान उत्पाद प्रवाह और कम मीटर के लिए कम (लेकिन बड़े व्यास) पाइप और उपकरण होते हैं।
इससे पता चलता है कि व्यापक पाइप व्यास के लिए बड़ा होने के अलावा, व्यक्तिगत सिस्टम घटकों को इन-सर्विस रखरखाव और प्रतिस्थापन की आवश्यकता को कम करने के लिए कठोर वातावरण में लंबे समय तक जोखिम का सामना करने की आवश्यकता होती है।
वाल्व और बॉल सहित घटकों को वांछित अनुप्रयोग के अनुरूप मजबूत होने की आवश्यकता है, लेकिन विस्तारित सेवा जीवन भी प्रदान करना चाहिए। हालांकि, अधिकांश अनुप्रयोगों के साथ एक बड़ी समस्या यह है कि धातु के घटक अपनी प्रदर्शन क्षमताओं की सीमा तक पहुंच गए हैं। इससे पता चलता है कि डिजाइनर हो सकते हैं सेवा अनुप्रयोगों की मांग के लिए गैर-धातु सामग्री, विशेष रूप से सिरेमिक सामग्री के विकल्प खोजें।
गंभीर सेवा शर्तों के तहत घटकों को संचालित करने के लिए आवश्यक विशिष्ट मापदंडों में थर्मल शॉक प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, थकान प्रतिरोध, कठोरता, ताकत और क्रूरता शामिल हैं।
लचीलापन एक प्रमुख पैरामीटर है क्योंकि कम लचीले घटक भयावह रूप से विफल हो सकते हैं। सिरेमिक सामग्री की कठोरता को दरार प्रसार के प्रतिरोध के रूप में परिभाषित किया गया है। कुछ मामलों में इसे इंडेंटेशन विधि का उपयोग करके मापा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कृत्रिम रूप से उच्च मूल्य होता है। एकल का उपयोग करना -साइडेड नॉच बीम सटीक माप प्रदान करता है।
ताकत कठोरता से संबंधित है, लेकिन उस एकल बिंदु को संदर्भित करती है जिस पर तनाव लागू होने पर कोई सामग्री विनाशकारी रूप से विफल हो जाती है। इसे आमतौर पर "टूटना मापांक" के रूप में जाना जाता है और इसे तीन-बिंदु या चार-बिंदु लचीली ताकत लेकर मापा जाता है। एक परीक्षण पट्टी पर माप। तीन-बिंदु परीक्षण चार-बिंदु परीक्षण की तुलना में 1% अधिक मान प्रदान करता है।
जबकि कठोरता को रॉकवेल और विकर्स सहित विभिन्न पैमानों पर मापा जा सकता है, विकर्स माइक्रोहार्डनेस स्केल उन्नत सिरेमिक सामग्रियों के लिए उपयुक्त है। कठोरता सामग्री के पहनने के प्रतिरोध के अनुपात में भिन्न होती है।
चक्रीय तरीके से काम करने वाले वाल्वों में, वाल्व के लगातार खुलने और बंद होने के कारण थकान एक बड़ी समस्या है। थकान ताकत की वह सीमा है जिसके आगे कोई सामग्री अपनी सामान्य लचीली ताकत से नीचे विफल हो जाती है।
संक्षारण प्रतिरोध ऑपरेटिंग वातावरण और सामग्री वाले मीडिया पर निर्भर करता है। कई उन्नत सिरेमिक सामग्री इस क्षेत्र में धातुओं से बेहतर प्रदर्शन करती हैं, कुछ ज़िरकोनिया-आधारित सामग्रियों के अपवाद के साथ जो उच्च तापमान वाली भाप के संपर्क में आने पर "हाइड्रोथर्मल रूप से ख़राब" हो जाती हैं।
भाग की ज्यामिति, तापीय विस्तार का गुणांक, तापीय चालकता, कठोरता और ताकत सभी थर्मल शॉक से प्रभावित होते हैं। यह एक ऐसा क्षेत्र है जो उच्च तापीय चालकता और कठोरता को बढ़ावा देता है, और इसलिए, धातु के हिस्से प्रभावी ढंग से कार्य करते हैं। हालांकि, अब सिरेमिक सामग्री में प्रगति हुई है थर्मल शॉक प्रतिरोध के स्वीकार्य स्तर प्रदान करें।
उन्नत सिरेमिक का उपयोग कई वर्षों से किया जा रहा है और विश्वसनीयता इंजीनियरों, प्लांट इंजीनियरों और वाल्व डिजाइनरों के बीच लोकप्रिय हैं जो उच्च प्रदर्शन और मूल्य की मांग करते हैं। विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर, विभिन्न उद्योगों के लिए उपयुक्त अलग-अलग फॉर्मूलेशन हैं। हालांकि, चार उन्नत सिरेमिक हैं गंभीर सेवा वाल्वों के क्षेत्र में महत्व, और उनमें सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4), एल्यूमिना और ज़िरकोनिया शामिल हैं। वाल्व और वाल्व बॉल सामग्री का चयन विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर किया जाता है।
वाल्वों में ज़िरकोनिया के दो मुख्य रूप उपयोग किए जाते हैं जिनमें स्टील के समान थर्मल विस्तार और कठोरता का गुणांक होता है। मैग्नेशिया आंशिक रूप से स्थिर ज़िरकोनिया (एमजी-पीएसजेड) में सबसे अधिक थर्मल शॉक प्रतिरोध और क्रूरता होती है, जबकि यट्रिया टेट्रागोनल ज़िरकोनिया पॉलीक्रिस्टलाइन (वाई-टीजेडपी) ) कठिन है लेकिन हाइड्रोथर्मल क्षरण की संभावना है।
सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) विभिन्न फॉर्मूलेशन में उपलब्ध है। गैस प्रेशर सिन्जेड सिलिकॉन नाइट्राइड (GPPSN) वाल्व और वाल्व घटकों के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री है, जो औसत कठोरता के अलावा उच्च कठोरता और ताकत, उत्कृष्ट थर्मल शॉक प्रतिरोध और थर्मल स्थिरता प्रदान करती है। इसके अलावा, Si3N4 उच्च तापमान वाले भाप वातावरण में ज़िरकोनिया के लिए एक उपयुक्त विकल्प प्रदान करता है, जो हाइड्रोथर्मल क्षरण को रोकता है।
तंग बजट के कारण, विनिर्देशक SiC या एल्युमिना में से चुन सकते हैं। दोनों सामग्रियों में उच्च कठोरता होती है, लेकिन ज़िरकोनिया या सिलिकॉन नाइट्राइड से अधिक मजबूत नहीं होती हैं। इससे पता चलता है कि ये सामग्रियां स्थिर घटक अनुप्रयोगों जैसे वाल्व बुशिंग और सीटों के लिए उपयुक्त हैं, बजाय उच्च तनाव वाली गेंदें या डिस्क।
उन्नत सिरेमिक सामग्रियों में क्रोमियम आयरन (सीआरएफई), टंगस्टन कार्बाइड, हास्टेलॉय और स्टेलाइट सहित गंभीर सेवा वाल्व अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली धातु सामग्रियों की तुलना में कम कठोरता और समान ताकत होती है।
कठोर सेवा अनुप्रयोगों में बटरफ्लाई वाल्व, ट्रूनियन, फ्लोटिंग बॉल वाल्व और स्प्रिंग्स जैसे रोटरी वाल्व का उपयोग शामिल है। ऐसे अनुप्रयोगों में, Si3N4 और ज़िरकोनिया सबसे कठोर वातावरण का सामना करने के लिए थर्मल शॉक प्रतिरोध, क्रूरता और ताकत प्रदान करते हैं। कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध के कारण सामग्री के अनुसार, घटकों का सेवा जीवन धातु के घटकों की तुलना में कई गुना अधिक है। अन्य लाभों में इसके उपयोगी जीवन पर वाल्व की प्रदर्शन विशेषताएं शामिल हैं, खासकर उन क्षेत्रों में जहां समापन क्षमता और नियंत्रण बनाए रखा जाता है।
इसे 65 मिमी (2.6 इंच) वाल्व किन्नर/आरटीईई बॉल और लाइनर के अनुप्रयोग में दर्शाया गया है जो 98% सल्फ्यूरिक एसिड और इल्मेनाइट के संपर्क में है, जिसे टाइटेनियम ऑक्साइड वर्णक में परिवर्तित किया जा रहा है। माध्यम की आक्रामक प्रकृति का मतलब है कि ये घटक कर सकते हैं छह सप्ताह तक चलता है। हालाँकि, निलक्रा!" से निर्मित बॉल वाल्व ट्रिम (चित्रा 1) का उपयोग करते हुए, एक मालिकाना मैग्नेशिया आंशिक रूप से स्थिर ज़िरकोनिया (एमजी-पीएसजेड) जो उत्कृष्ट कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है, बिना किसी बाधा के तीन साल की निर्बाध सेवा प्रदान करता है। पता लगाने योग्य घिसाव।
एंगल, थ्रॉटल या ग्लोब वाल्व सहित रैखिक वाल्वों में, ज़िरकोनिया और सिलिकॉन नाइट्राइड इन उत्पादों की "हार्ड सीट" प्रकृति के कारण प्लग और सीट दोनों के लिए उपयुक्त हैं। इसी तरह, एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उपयोग कुछ लाइनर और पिंजरों में किया जा सकता है। एक उच्च डिग्री वाल्व सीट पर पीसने वाली गेंदों का मिलान करके सीलिंग प्राप्त की जा सकती है।
वाल्व बुशिंग के लिए, जिसमें वाल्व प्लग, इनलेट और आउटलेट, या बॉडी बुशिंग शामिल हैं, चार मुख्य सिरेमिक सामग्रियों में से किसी का उपयोग अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर किया जा सकता है। सामग्री की उच्च कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शन और सेवा के लिए फायदेमंद साबित होता है उत्पाद का जीवन.
उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलियाई बॉक्साइट रिफाइनरी में उपयोग किए जाने वाले DN150 बटरफ्लाई वाल्व को लें। मीडिया की उच्च सिलिका सामग्री वाल्व बुशिंग पर उच्च स्तर के घिसाव का कारण बन सकती है। मूल लाइनर और डिस्क 28% CrFe मिश्र धातु से बने थे और केवल के लिए उपयोग किए गए थे 8 से 10 सप्ताह। हालाँकि, निलक्रा!" ज़िरकोनिया (चित्र 2) से बने वाल्वों के साथ, सेवा जीवन बढ़कर 70 सप्ताह हो गया।
अपनी कठोरता और ताकत के कारण, सिरेमिक अधिकांश वाल्व अनुप्रयोगों में अच्छा काम करता है। हालाँकि, यह उनकी कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध है जो वाल्व की लंबी उम्र में योगदान देता है। यह बदले में प्रतिस्थापन भागों के लिए डाउनटाइम को कम करके, कार्यशील पूंजी को कम करके समग्र जीवनचक्र लागत को कम करता है। और इन्वेंट्री, मैन्युअल हैंडलिंग को कम करना, और कम लीक के माध्यम से सुरक्षा में सुधार करना।
उच्च दबाव वाले वाल्वों में सिरेमिक सामग्री का उपयोग लंबे समय से प्रमुख चिंताओं में से एक रहा है क्योंकि ये वाल्व उच्च अक्षीय या मरोड़ वाले भार के अधीन हैं। हालांकि, क्षेत्र के प्रमुख खिलाड़ी अब ड्राइव टॉर्क उत्तरजीविता में सुधार के लिए वाल्व बॉल डिजाइन विकसित कर रहे हैं।
एक और प्रमुख सीमा आकार है। मैग्नेशिया आंशिक रूप से स्थिर ज़िरकोनिया से निर्मित सबसे बड़ी सीट और सबसे बड़ी गेंद (चित्रा 3) क्रमशः डीएन500 और डीएन250 हैं। हालांकि, अधिकांश विनिर्देशक वर्तमान में इन आकारों के घटकों के लिए सिरेमिक पसंद करते हैं।
यद्यपि सिरेमिक सामग्री अब एक उपयुक्त विकल्प साबित हुई है, लेकिन उनके प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए कुछ सरल दिशानिर्देशों का पालन किया जाना चाहिए। सिरेमिक सामग्री का उपयोग केवल तभी पहले किया जाना चाहिए जब लागत को कम करना आवश्यक हो। तेज कोनों और तनाव सांद्रता से आंतरिक और आंतरिक दोनों तरह से बचा जाना चाहिए। बाह्य रूप से.
डिज़ाइन चरण के दौरान किसी भी संभावित थर्मल विस्तार बेमेल पर विचार किया जाना चाहिए। घेरा तनाव को कम करने के लिए, सिरेमिक को बाहर रखना आवश्यक है, अंदर नहीं। अंत में, ज्यामितीय सहनशीलता और सतह परिष्करण की आवश्यकता पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए, क्योंकि ये महत्वपूर्ण और अनावश्यक लागत जोड़ सकता है।
किसी परियोजना की शुरुआत से ही सामग्रियों के चयन और आपूर्तिकर्ताओं के साथ समन्वय के लिए इन दिशानिर्देशों और सर्वोत्तम प्रथाओं का पालन करके, प्रत्येक गंभीर सेवा अनुप्रयोग के लिए एक आदर्श समाधान प्राप्त किया जा सकता है।
यह जानकारी मॉर्गन एडवांस्ड मटेरियल्स द्वारा प्रदान की गई सामग्री, समीक्षाओं और अनुकूलन से ली गई है।
मॉर्गन एडवांस्ड मैटेरियल्स - तकनीकी सिरेमिक। (नवंबर 28, 2019)। सेवा अनुप्रयोगों की मांग के लिए उन्नत सिरेमिक सामग्री। AZOM। 14 जनवरी, 2022 को https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 से लिया गया।
मॉर्गन एडवांस्ड मैटेरियल्स - तकनीकी सिरेमिक।
मॉर्गन एडवांस्ड मैटेरियल्स - तकनीकी सिरेमिक। "हार्ड सर्विस एप्लिकेशन के लिए उन्नत सिरेमिक सामग्री"।
मॉर्गन एडवांस्ड मैटेरियल्स - तकनीकी सिरेमिक.2019। हर्ष सेवा अनुप्रयोगों के लिए उन्नत सिरेमिक सामग्री।AZoM, 14 जनवरी 2022 को एक्सेस किया गया, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305।
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