Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie

Na zlepšenie vášho zážitku používame cookies. Pokračovaním v prehliadaní tejto stránky súhlasíte s naším používaním cookies. Viac informácií.
Seriózny servis nemá žiadnu oficiálnu definíciu. Možno si to predstaviť ako odkaz na prevádzkové podmienky, keď je výmena ventilu nákladná alebo znižuje schopnosť procesu.
Existuje celosvetová potreba znížiť náklady na procesnú výrobu, aby sa zlepšila ziskovosť vo všetkých priemyselných odvetviach, ktoré zahŕňajú drsné servisné podmienky. Tie siahajú od ropy a zemného plynu a petrochémie po jadrovú energiu a výrobu energie, spracovanie nerastov a ťažbu.
Dizajnéri a inžinieri pracujú na tom, aby to dosiahli rôznymi spôsobmi. Najvhodnejším prístupom je zvýšenie doby prevádzkyschopnosti a efektívnosti prostredníctvom efektívnej kontroly parametrov procesu, ako je efektívne odstavenie a optimalizované riadenie prietoku.
Dôležitú úlohu zohráva aj optimalizácia bezpečnosti, pretože menej výmen môže viesť k bezpečnejšiemu výrobnému prostrediu. Okrem toho sa spoločnosť snaží minimalizovať zásoby zariadení vrátane čerpadiel a ventilov a potrebnej manipulácie. Majitelia zariadení zároveň očakávajú obrovský obrat z ich aktív. Výsledkom je, že zvýšená spracovateľská kapacita vedie k menšiemu počtu potrubí a zariadení (ale s väčším priemerom) pre rovnaký tok produktu a menej metrov.
To naznačuje, že okrem toho, že jednotlivé komponenty systému musia byť väčšie pri väčších priemeroch potrubia, musia vydržať dlhodobé vystavenie drsnému prostrediu, aby sa znížila potreba údržby a výmeny počas prevádzky.
Komponenty, vrátane ventilov a guľôčok, musia byť robustné, aby vyhovovali požadovanej aplikácii, ale zároveň poskytovali predĺženú životnosť. Hlavným problémom väčšiny aplikácií je však to, že kovové komponenty dosiahli hranice svojich výkonnostných možností. To naznačuje, že dizajnéri môžu nájsť alternatívy k nekovovým materiálom, najmä keramickým materiálom, pre náročné servisné aplikácie.
Typické parametre potrebné na prevádzku komponentov v náročných prevádzkových podmienkach zahŕňajú odolnosť proti tepelným šokom, odolnosť proti korózii, odolnosť proti únave, tvrdosť, pevnosť a húževnatosť.
Odolnosť je kľúčovým parametrom, pretože menej odolné komponenty môžu katastrofálne zlyhať. Húževnatosť keramického materiálu je definovaná ako odolnosť proti šíreniu trhlín. V niektorých prípadoch ju možno merať pomocou indentačnej metódy, čo vedie k umelo vysokej hodnote. -bočný zárezový lúč poskytuje presné merania.
Pevnosť súvisí s húževnatosťou, ale vzťahuje sa na jediný bod, v ktorom materiál katastrofálne zlyhá, keď pôsobí napätie. Bežne sa označuje ako „modul prietrže“ a meria sa trojbodovou alebo štvorbodovou pevnosťou v ohybe. meranie na testovacej tyči.Trojbodový test poskytuje o 1 % vyššie hodnoty ako štvorbodový test.
Zatiaľ čo tvrdosť možno merať na rôznych mierkach vrátane Rockwella a Vickersa, stupnica mikrotvrdosti podľa Vickersa je vhodná pre pokročilé keramické materiály. Tvrdosť sa mení v závislosti od odolnosti materiálu proti opotrebovaniu.
Vo ventiloch, ktoré fungujú cyklickým spôsobom, je únava hlavným problémom v dôsledku nepretržitého otvárania a zatvárania ventilu. Únava je prah pevnosti, pri prekročení ktorého má materiál tendenciu zlyhať pod svoju normálnu pevnosť v ohybe.
Odolnosť proti korózii závisí od prevádzkového prostredia a média obsahujúceho materiál. Mnohé pokročilé keramické materiály v tejto oblasti prekonávajú kovy, s výnimkou niektorých materiálov na báze oxidu zirkoničitého, ktoré pri vystavení pare s vysokou teplotou „hydrotermálne degradujú“.
Geometria dielu, koeficient tepelnej rozťažnosti, tepelná vodivosť, húževnatosť a pevnosť sú všetky ovplyvnené tepelným šokom. Toto je oblasť, ktorá podporuje vysokú tepelnú vodivosť a húževnatosť, a preto kovové diely fungujú efektívne. Avšak pokroky v keramických materiáloch sú teraz poskytujú prijateľnú úroveň odolnosti voči tepelným šokom.
Pokročilá keramika sa používa už mnoho rokov a je obľúbená medzi inžiniermi v oblasti spoľahlivosti, závodnými inžiniermi a konštruktérmi ventilov, ktorí požadujú vysoký výkon a hodnotu. V závislosti od špecifických požiadaviek aplikácie existujú rôzne individuálne formulácie vhodné pre rôzne priemyselné odvetvia. Avšak štyri pokročilé keramiky sú majú význam v oblasti ventilov pre náročné servisy a zahŕňajú karbid kremíka (SiC), nitrid kremíka (Si3N4), oxid hlinitý a oxid zirkoničitý. Materiály ventilov a guľôčok ventilov sa vyberajú na základe špecifických požiadaviek aplikácie.
Vo ventiloch sa používajú dve hlavné formy oxidu zirkoničitého, ktoré majú rovnaký koeficient tepelnej rozťažnosti a tuhosti ako oceľ. Najvyššiu odolnosť a húževnatosť voči teplotným šokom má oxid zirkoničitý čiastočne stabilizovaný (Mg-PSZ), zatiaľ čo polykryštalický tetragonálny zirkón yttria (Y-TZP ) je tvrdší, ale náchylný na hydrotermálnu degradáciu.
Nitrid kremíka (Si3N4) je dostupný v rôznych zloženiach. Tlakovo sintrovaný nitrid kremíka (GPSN) je najbežnejšie používaný materiál pre ventily a komponenty ventilov, ktorý okrem priemernej húževnatosti ponúka vysokú tvrdosť a pevnosť, vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom a tepelnú stabilitu. Okrem toho Si3N4 poskytuje vhodnú náhradu za oxid zirkoničitý v prostredí s vysokou teplotou pary, čím zabraňuje hydrotermálnej degradácii.
Kvôli obmedzeným rozpočtom si môžu špecifikátori vybrať z SiC alebo Aluminy. Oba materiály majú vysokú tvrdosť, ale nie sú pevnejšie ako oxid zirkoničitý alebo nitrid kremíka. To ukazuje, že tieto materiály sú vhodné skôr pre aplikácie statických komponentov, ako sú ventilové puzdrá a sedlá. vyššie namáhané loptičky alebo kotúče.
Pokročilé keramické materiály majú nižšiu húževnatosť a podobnú pevnosť ako kovové materiály používané v náročných aplikáciách servisných ventilov, vrátane chrómového železa (CrFe), karbidu volfrámu, Hastelloy a Stellitu.
Náročné aplikácie zahŕňajú použitie rotačných ventilov, ako sú škrtiace ventily, čapy, plávajúce guľové ventily a pružiny. V takýchto aplikáciách Si3N4 a oxid zirkoničitý poskytujú odolnosť voči tepelným šokom, húževnatosť a pevnosť, aby odolali aj tým najdrsnejším prostrediam. Vďaka tvrdosti a odolnosti voči korózii materiálu, životnosť komponentov je niekoľkonásobne vyššia ako u kovových komponentov. Medzi ďalšie výhody patrí výkonová charakteristika ventilu počas jeho životnosti, najmä v oblastiach, kde je zachovaná uzatváracia schopnosť a ovládanie.
Toto je ilustrované aplikáciou 65 mm (2,6 palca) ventilovej guľôčky kynar/RTFE a vložky vystavenej 98 % kyseline sírovej a ilmenitu, ktorý sa premieňa na pigment oxidu titaničitého. Agresívna povaha média znamená, že tieto zložky môžu vydržia až šesť týždňov.Avšak pri použití guľového ventilu (obrázok 1) vyrobeného z Nilcra!", patentovanej magnéziou čiastočne stabilizovanej zirkónie (Mg-PSZ), ktorá poskytuje vynikajúcu tvrdosť a odolnosť proti korózii, poskytuje trojročnú neprerušovanú službu bez akýchkoľvek zistiteľné opotrebovanie.
V lineárnych ventiloch vrátane uhlových, škrtiacich alebo guľových ventilov sú oxid zirkoničitý a nitrid kremíka vhodné pre zátku aj sedlo kvôli povahe týchto produktov „tvrdého sedla“. Podobne sa oxid hlinitý môže použiť v niektorých vložkách a klietkach. Vysoký stupeň tesnenia je možné dosiahnuť prispôsobením brúsnych guľôčok na sedle ventilu.
Pre ventilové puzdrá vrátane ventilovej zátky, vstupu a výstupu alebo puzdier telesa je možné použiť ktorýkoľvek zo štyroch hlavných keramických materiálov v závislosti od požiadaviek aplikácie. Vysoká tvrdosť a odolnosť materiálu proti korózii sa ukázali ako prospešné pre výkon a servis životnosť výrobku.
Zoberme si napríklad škrtiaci ventil DN150 používaný v austrálskej rafinérii bauxitu. Vysoký obsah oxidu kremičitého v médiu môže spôsobiť vysoké opotrebovanie ventilových puzdier. Pôvodné vložky a kotúče boli vyrobené z 28 % zliatiny CrFe a používali sa iba na 8 až 10 týždňov. Avšak s ventilmi vyrobenými z Nilcra!“ Zirkónia (obrázok 2) sa životnosť zvýšila na 70 týždňov.
Vďaka svojej húževnatosti a pevnosti funguje keramika dobre vo väčšine aplikácií ventilov. Je to však ich tvrdosť a odolnosť proti korózii, ktoré prispievajú k dlhej životnosti ventilu. To zase znižuje celkové náklady na životný cyklus znížením prestojov na náhradné diely a znížením prevádzkového kapitálu. a inventár, zníženie ručnej manipulácie a zlepšenie bezpečnosti prostredníctvom menšieho počtu únikov.
Použitie keramických materiálov vo vysokotlakových ventiloch je už dlho jedným z hlavných problémov, pretože tieto ventily sú vystavené vysokému axiálnemu alebo torznému zaťaženiu. Veľkí hráči v tejto oblasti však teraz vyvíjajú dizajn guľôčok ventilov na zlepšenie odolnosti krútiaceho momentu pohonu.
Ďalším veľkým obmedzením je veľkosť. Najväčšie sedlo a najväčšia guľa (obrázok 3) vyrobené z magnéziou čiastočne stabilizovaného zirkónia sú DN500 a DN250. Väčšina špecifikátorov však v súčasnosti uprednostňuje keramiku pre komponenty týchto veľkostí.
Hoci sa keramické materiály teraz ukázali ako vhodná voľba, je potrebné dodržiavať niekoľko jednoduchých pokynov, aby sa maximalizoval ich výkon. Keramické materiály by sa mali používať ako prvé, keď je to potrebné na minimalizáciu nákladov. Ostrým rohom a koncentrácii napätia by ste sa mali vyhnúť tak vo vnútri, ako aj externe.
Akýkoľvek potenciálny nesúlad s tepelnou rozťažnosťou je potrebné zvážiť vo fáze návrhu. Aby sa znížilo namáhanie obruče, je potrebné ponechať keramiku na vonkajšej strane, nie zvnútra. Nakoniec je potrebné starostlivo zvážiť potrebu geometrických tolerancií a povrchovej úpravy, pretože tieto môže zvýšiť značné a zbytočné náklady.
Dodržiavaním týchto pokynov a osvedčených postupov pre výber materiálov a koordináciu s dodávateľmi od začiatku projektu možno dosiahnuť ideálne riešenie pre každú serióznu aplikáciu služieb.
Tieto informácie sú odvodené z materiálov, recenzií a úprav poskytnutých spoločnosťou Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics. (28. novembra 2019). Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie. AZOM. Získané 14. januára 2022 z https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics.“Pokročilé keramické materiály pre náročné servisné aplikácie“.AZOM.14. januára 2022..
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics.”Advanced Ceramic Materials for Harsh Service Applications”.AZOM.https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.(Prístup 14. januára 2022).
Morgan Advanced Materials – Technical Ceramics.2019. Advanced Ceramic Materials for Harsh Service Applications.AZoM, prístup 14. januára 2022, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
V tomto rozhovore AZoM hovorí s Mohamedom Rahamanom, emeritným profesorom vedy a techniky z Missouri University of Materials Science and Engineering, o biokeramike a jej potenciálnom využití v biomedicínskom inžinierstve.
AZoM hovoril s Dr. Iolandou Duarte a Juliane Moura o ich výskume, ktorý zohľadňuje prítomnosť extrémofilnej flóry na fotovoltaických paneloch.
AZoM hovoril s profesorom Andreom Fratalocchim z KAUST o jeho výskume, ktorý sa zameriava na dovtedy nepoznané aspekty uhlia.
Nesprávne nanášanie maziva môže viesť k početným poruchám ložísk. Keďže 40 % životnosti ložiska nepostačuje na zabezpečenie jeho technickej hodnoty, podmazanie a premazanie sú kľúčové oblasti, ktoré treba monitorovať. LUBExpert vám umožňuje používať správne mazivo na správnom mieste na mieste správny čas.
Toto je štandardná valcovaná medená fólia JX Nippon Mining & Metals s ideálnou flexibilitou a odolnosťou voči vibráciám.
Anton Paar XRDynamic (XRD) 500 je automatizovaný viacúčelový práškový röntgenový difraktometer. Je to efektívne a všestranné XRD zariadenie.