Официального определения услуги не существует. Можно считать, что это относится к высокой стоимости замены клапана или к условиям работы, которые снижают производительность обработки.
Глобальная потребность в снижении издержек на производство технологических процессов с целью повышения рентабельности всех секторов, задействованных в суровых условиях эксплуатации. Они варьируются от нефти и газа, нефтехимии до атомной энергетики и производства электроэнергии, переработки полезных ископаемых и добычи полезных ископаемых.
Проектировщики и инженеры пытаются достичь этой цели разными способами. Наиболее подходящим методом является увеличение времени безотказной работы и эффективности за счет эффективного управления параметрами процесса (например, эффективное отключение и оптимизированное управление потоком).
Оптимизация безопасности также играет важную роль, поскольку сокращение числа замен может привести к более безопасной производственной среде. Кроме того, компания работает над сокращением запасов оборудования (включая насосы и клапаны) и необходимой утилизации. В то же время владельцы объектов ожидают огромного оборота от своих активов. Таким образом, увеличение мощности переработки приведет к меньшему количеству (но большего диаметра) труб и оборудования и меньшему количеству инструментов для того же потока продукции.
Это показывает, что помимо того, что различные компоненты системы должны быть больше для труб большего диаметра, они также должны выдерживать длительное воздействие суровых условий, чтобы снизить потребность в техническом обслуживании и замене в процессе эксплуатации.
Компоненты, включая клапаны и шаровые клапаны, должны быть прочными, чтобы соответствовать желаемому применению, но они также могут продлить срок их службы. Однако основная проблема большинства применений заключается в том, что металлические детали достигли пределов своих эксплуатационных характеристик. Это указывает на то, что проектировщики могут найти альтернативы неметаллическим материалам в сложных применениях, особенно керамическим материалам.
Типичные параметры, необходимые для работы компонентов в жестких условиях, включают стойкость к тепловому удару, коррозионную стойкость, усталостную прочность, твердость, прочность и ударную вязкость.
Устойчивость является ключевым параметром, поскольку менее устойчивые компоненты могут выйти из строя катастрофически. Прочность керамических материалов определяется как сопротивление распространению трещин. В некоторых случаях ее можно измерить с помощью метода вдавливания, чтобы получить искусственно завышенное значение. Использование одностороннего надреза может обеспечить точные результаты измерений.
Прочность связана с ударной вязкостью, но относится к одной точке, где материал катастрофически повреждается при приложении напряжения. Обычно ее называют «модулем разрыва», который получают путем проведения трехточечного или четырехточечного измерения прочности на изгиб на испытательном стержне. Значение трехточечного испытания на 1% выше значения четырехточечного испытания.
Хотя для измерения твердости можно использовать множество шкал, включая твердость по Роквеллу и твердость по Виккерсу, шкала микротвердости по Виккерсу очень подходит для современных керамических материалов. Твердость изменяется пропорционально износостойкости материала.
В клапанах, работающих циклически, усталость является основной проблемой из-за постоянного открытия и закрытия клапана. Усталость является порогом прочности. За пределами этого порога материал имеет тенденцию разрушаться ниже своей нормальной прочности на изгиб.
Коррозионная стойкость зависит от рабочей среды и среды, содержащей материал. Помимо «гидротермальной деградации», многие современные керамические материалы превосходят металлы в этой области, а некоторые материалы на основе циркония будут подвергаться «гидротермальной деградации» после воздействия высокотемпературного пара.
Геометрия, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, ударная вязкость и прочность компонентов зависят от термического удара. Эта область способствует высокой теплопроводности и ударной вязкости, поэтому металлические компоненты могут эффективно функционировать. Однако достижения в области керамических материалов теперь обеспечивают приемлемые уровни стойкости к термическому удару.
Передовая керамика используется уже много лет и пользуется популярностью среди инженеров по надежности, инженеров-технологов и проектировщиков клапанов, которым требуются высокая производительность и высокая ценность. В соответствии с конкретными требованиями к применению она подходит для различных составов в различных отраслях промышленности. Однако четыре передовых керамики имеют большое значение в области требовательных к техническому обслуживанию клапанов, включая карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), оксид алюминия и цирконий. Материалы клапана и шара клапана выбираются в соответствии с конкретными требованиями к применению.
В клапане используются две основные формы циркония, которые имеют тот же коэффициент теплового расширения и жесткость, что и сталь. Частично стабилизированный оксидом магния цирконий (Mg-PSZ) имеет самую высокую термостойкость и прочность, в то время как тетрагональный поликристаллический цирконий на основе иттрия (Y-TZP) тверже, но подвержен гидротермальной деградации.
Нитрид кремния (Si3N4) имеет различные формулы. Газопрессованный нитрид кремния (GPPSN) является наиболее распространенным материалом, используемым для клапанов и компонентов клапанов. В дополнение к своей средней прочности, он также обладает высокой твердостью и прочностью, превосходной стойкостью к тепловому удару и термической стабильностью. Кроме того, в высокотемпературных паровых средах Si3N4 может заменить цирконий для предотвращения гидротермальной деградации.
При более строгом бюджете концентратор может выбрать SiC или оксид алюминия. Оба материала обладают высокой твердостью, но не тверже циркония или нитрида кремния. Это показывает, что материал очень подходит для применения в статических компонентах, таких как втулки клапанов и седла клапанов, а не шары или диски, которые подвергаются более высоким нагрузкам.
По сравнению с металлическими материалами, используемыми в ответственных клапанах (включая феррохром (CrFe), карбид вольфрама, хастеллой и стеллит), современные керамические материалы обладают меньшей ударной вязкостью и аналогичной прочностью.
Требовательные сервисные приложения включают использование поворотных клапанов, таких как дроссельные клапаны, цапфы, плавающие шаровые краны и пружины. В таких приложениях Si3N4 и цирконий обладают термостойкостью, прочностью и ударной вязкостью и могут адаптироваться к самым требовательным средам. Благодаря твердости и коррозионной стойкости материала срок службы компонента в несколько раз превышает срок службы металлического компонента. Другие преимущества включают эксплуатационные характеристики в течение срока службы клапана, особенно в областях, где сохраняются возможности отсечки и управления.
Это было продемонстрировано в случае 65-миллиметрового (2,6 дюйма) шара и вкладыша из кайнара/RTFE клапана, подвергнутого воздействию 98% серной кислоты плюс ильменит, причем ильменит преобразуется в пигмент оксида титана. Коррозионная природа среды означает, что срок службы этих компонентов может составлять до шести недель. Однако использование сферического затвора клапана (запатентованный оксид магния, частично стабилизированный диоксидом циркония (Mg-PSZ)) производства Nilcra™ (рисунок 1) имеет превосходную твердость и коррозионную стойкость и обеспечивается в течение трех лет. Периодическое обслуживание без какого-либо обнаруживаемого износа.
В линейных клапанах (включая угловые клапаны, дроссельные клапаны или шаровые клапаны) цирконий и нитрид кремния подходят как для плунжеров, так и для седел клапанов из-за характеристик «жесткого уплотнения» этих продуктов. Аналогично, оксид алюминия может использоваться в некоторых прокладках и клетках. Благодаря соответствующему шарику на кольце седла может быть достигнута высокая степень уплотнения.
Для сердечника клапана, включая золотниковый клапан, впускной и выпускной клапан или втулку корпуса клапана, может использоваться любой из четырех основных керамических материалов в соответствии с требованиями применения. Высокая твердость и коррозионная стойкость материала оказались полезными с точки зрения производительности продукта и срока службы.
Возьмем в качестве примера дисковый затвор DN150, используемый на австралийском заводе по переработке бокситов. Высокое содержание кремния в среде приводит к высокому износу втулок клапана. Первоначально используемые втулка и диск клапана были изготовлены из сплава CrFe 28% и прослужили всего восемь-десять недель. Однако благодаря внедрению клапанов из циркония Nilcra™ (рисунок 2) срок службы увеличился до 70 недель.
Благодаря своей прочности и вязкости керамика хорошо подходит для большинства клапанных применений. Однако именно ее твердость и коррозионная стойкость помогают продлить срок службы клапана. В свою очередь, это повышает безопасность за счет сокращения времени простоя для замены деталей, сокращения оборотного капитала и запасов, минимального ручного обращения и уменьшения утечек, тем самым снижая общие затраты на жизненный цикл.
Долгое время применение керамических материалов в клапанах высокого давления было одной из главных проблем, поскольку эти клапаны подвергаются высоким осевым или крутящим нагрузкам. Однако основные игроки в этой области разрабатывают конструкции шаровых клапанов, которые улучшают выживаемость момента срабатывания.
Другим важным ограничением является размер. Размер самого большого седла клапана и самого большого шарика клапана (рисунок 3), изготовленных из частично стабилизированного магнезией циркония, составляет DN500 и DN250 соответственно. Однако большинство современных спецификаторов предпочитают использовать керамику для изготовления деталей, размеры которых не превышают эти размеры.
Хотя теперь доказано, что керамические материалы могут быть использованы в качестве подходящего выбора, все еще есть несколько простых рекомендаций, которым нужно следовать, чтобы максимизировать его производительность. Керамические материалы следует использовать в первую очередь только в том случае, если необходимо сократить расходы. Как внутри, так и снаружи следует избегать острых углов и концентрации напряжений.
Любое потенциальное несоответствие теплового расширения должно быть учтено на этапе проектирования. Чтобы уменьшить кольцевое напряжение, необходимо держать керамику снаружи, а не внутри. Наконец, следует тщательно рассмотреть необходимость геометрических допусков и отделки поверхности, поскольку эти допуски могут значительно увеличить ненужные затраты.
Следуя этим рекомендациям и передовому опыту при выборе материалов и координируя работу с поставщиками с самого начала проекта, можно найти идеальное решение для каждой сложной сферы услуг.
Данная информация была получена, проверена и адаптирована из материалов, предоставленных Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 ноября 2019 г.). Современные керамические материалы, подходящие для серьезных сфер применения. AZoM. Получено с https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 9 марта 2021 г.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для серьезных сфер применения». AZoM. 9 марта 2021 г.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для серьезных сфер применения». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Дата обращения 9 марта 2021 г.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Современные керамические материалы, подходящие для серьезных сфер применения. AZoM, время просмотра 9 марта 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305.
Элоди Верцоли — менеджер по продуктам решений UHV в OSAY PHYSICS (дочерней компании TOH). Она дала интервью об основных функциях NanoSpace и о том, почему он стал важной частью портфеля продуктов TOH.
В этом интервью Рохит Рамнат, старший инженер по продукции в компаниях AZoM и Master Bond, обсудил тему обработки поверхности и почему рекомендуется наилучшая адгезия.
В этом интервью операционный менеджер AZoM и TRB Фрэнсис Артур рассказал о транспортных решениях TRB и ее композитных продуктах.
X500-25BC-600 — это компактный настольный тестер сжатия для приставки. Он оснащен 4 сбалансированными тензодатчиками для повышения точности и устойчивости к неравномерной нагрузке. Компьютерное управление и мощные сервоприводы позволяют достичь впечатляющей точности.
Плазменное моющее средство Evactron U50 предназначено для предприятий, которые предпочитают использовать проводной интерфейс сенсорной панели для программирования параметров очистки.
Многофункциональный калибратор Thermo Scientific™ MIC-6 является идеальным дополнением к ведущему в отрасли калибратору TVA2020, который повышает точность и экономит время за счет оптимизации мониторинга соответствия LDAR.
Мы используем файлы cookie для улучшения вашего опыта. Продолжая просмотр этого веб-сайта, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie. Дополнительная информация.
Время публикации: 10 марта 2021 г.
