Wij gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door verder te bladeren op deze website, gaat u akkoord met ons gebruik van cookies. Meer informatie.
Er is geen officiële definitie van serieuze service. Het kan worden begrepen als bedrijfsomstandigheden waarbij de kosten voor het vervangen van de klep hoog zijn of de verwerkingscapaciteit is verminderd.
Er is een wereldwijde behoefte om de procesproductiekosten te verlagen om de winstgevendheid van alle sectoren die te maken hebben met slechte serviceomstandigheden te vergroten. Deze variëren van olie en gas en petrochemie tot kernenergie en elektriciteitsopwekking, minerale verwerking en mijnbouw.
Ontwerpers en ingenieurs proberen dit doel op verschillende manieren te bereiken. De meest geschikte methode is om de uptime en efficiëntie te verhogen door procesparameters effectief te controleren (zoals effectieve shutdown en geoptimaliseerde flow control).
Veiligheidsoptimalisatie speelt ook een belangrijke rol, omdat het verminderen van vervanging kan leiden tot een veiligere productieomgeving. Daarnaast werkt het bedrijf aan het minimaliseren van de inventaris van apparatuur, inclusief pompen en kleppen, en de vereiste verwijdering. Tegelijkertijd verwachten eigenaren van faciliteiten een enorme verschuiving in hun activa. Als gevolg hiervan resulteert een verhoogde verwerkingscapaciteit in minder leidingen en apparatuur (maar grotere diameters) en minder instrumenten voor dezelfde productstroom.
Hieruit blijkt dat een enkel systeemonderdeel niet alleen groter moet zijn voor een grotere buisdiameter, maar ook bestand moet zijn tegen langdurige blootstelling aan zware omstandigheden om de noodzaak van onderhoud en vervanging tijdens bedrijf te beperken.
Componenten zoals kleppen en klepkogels moeten robuust zijn om te voldoen aan de gewenste toepassing, maar kunnen ook een langere levensduur bieden. Een groot probleem bij de meeste toepassingen is echter dat metalen onderdelen de limiet van hun prestaties hebben bereikt. Dit geeft aan dat ontwerpers alternatieven kunnen vinden voor niet-metalen materialen, met name keramische materialen, voor veeleisende servicetoepassingen.
Typische parameters die nodig zijn om componenten onder zware bedrijfsomstandigheden te laten werken, zijn onder meer thermische schokbestendigheid, corrosiebestendigheid, vermoeiingsbestendigheid, hardheid, sterkte en taaiheid.
Veerkracht is een belangrijke parameter, omdat componenten die minder veerkrachtig zijn catastrofaal kunnen falen. De taaiheid van keramische materialen wordt gedefinieerd als de weerstand tegen scheurvoortplanting. In sommige gevallen kan het worden gemeten met behulp van de inkepingsmethode, wat resulteert in kunstmatig hoge waarden. Het gebruik van een enkelzijdige incisiebalk kan nauwkeurige metingen opleveren.
Sterkte is gerelateerd aan taaiheid, maar verwijst naar het enkele punt waarop een materiaal catastrofaal faalt wanneer er spanning op wordt uitgeoefend. Het wordt vaak de "modulus van breuk" genoemd en wordt gemeten door een drie- of vierpunts buigsterktemeting uit te voeren op een teststaaf. De driepuntstest levert een waarde op die 1% hoger is dan de vierpuntstest.
Hoewel hardheid kan worden gemeten met verschillende schalen, waaronder Rockwell en Vickers, is de Vickers microhardheidsschaal zeer geschikt voor geavanceerde keramische materialen. De hardheid is recht evenredig met de slijtvastheid van het materiaal.
Bij een klep die cyclisch werkt, is vermoeidheid een groot probleem vanwege het continue openen en sluiten van de klep. Vermoeidheid is de sterktedrempel, waarboven het materiaal vaak zal bezwijken onder zijn normale buigsterkte.
De corrosiebestendigheid is afhankelijk van de werkomgeving en het medium dat het materiaal bevat. Op dit gebied hebben veel geavanceerde keramische materialen voordelen ten opzichte van metalen, behalve voor "hydrothermale degradatie", die optreedt wanneer sommige op zirkonia gebaseerde materialen worden blootgesteld aan stoom met hoge temperaturen.
Onderdeelgeometrie, thermische uitzettingscoëfficiënt, thermische geleidbaarheid, taaiheid en sterkte worden beïnvloed door thermische schokken. Dit is een gebied dat bevorderlijk is voor hoge thermische geleidbaarheid en taaiheid, zodat metalen onderdelen effectief kunnen functioneren. Vooruitgang in keramische materialen biedt echter nu acceptabele niveaus van thermische schokbestendigheid.
Geavanceerde keramiek wordt al vele jaren gebruikt en is populair onder betrouwbaarheidstechnici, installatietechnici en klepontwerpers die hoge prestaties en waarde vereisen. Afhankelijk van de specifieke toepassingsvereisten zijn er verschillende individuele formuleringen die geschikt zijn voor een breed scala aan industrieën. Vier geavanceerde keramieksoorten zijn echter van groot belang op het gebied van zware servicekleppen. Ze omvatten siliciumcarbide (SiC), siliciumnitride (Si3N4), aluminiumoxide en zirkoniumoxide. De materialen van de klep en klepkogel worden geselecteerd op basis van de specifieke toepassingsvereisten.
Twee hoofdvormen van zirkonia worden gebruikt in kleppen, die beide dezelfde thermische uitzettingscoëfficiënt en stijfheid hebben als staal. Magnesiumoxide gedeeltelijk gestabiliseerd zirkonia (Mg-PSZ) heeft de hoogste thermische schokbestendigheid en taaiheid, terwijl yttria tetragonaal zirkonia polykristallijn (Y-TZP) harder en sterker is, maar gevoelig is voor hydrothermische degradatie.
Siliciumnitride (Si3N4) heeft verschillende samenstellingen. Gasdrukgesinterd siliciumnitride (GPPSN) is het meest gebruikte materiaal voor kleppen en klepcomponenten. Naast de gemiddelde taaiheid biedt het ook een hoge hardheid en sterkte, uitstekende thermische schokbestendigheid en thermische stabiliteit. Bovendien is Si3N4 in stoomomgevingen met hoge temperaturen een geschikte vervanger voor zirkonia, wat hydrothermische degradatie kan voorkomen.
Wanneer het budget krap is, kan de specificator kiezen voor siliciumcarbide of aluminiumoxide. Beide materialen hebben een hoge hardheid, maar zijn niet taaier dan zirkonia of siliciumnitride. Dit toont aan dat het materiaal zeer geschikt is voor statische componenttoepassingen, zoals klepvoeringen en klepzittingen, in plaats van klepkogels of -schijven die onderhevig zijn aan hogere spanning.
Vergeleken met de metalen materialen die worden gebruikt in zware serviceafsluitertoepassingen (waaronder ferrochroom (CrFe), wolfraamcarbide, Hastelloy en Stellite) hebben geavanceerde keramische materialen een lagere taaiheid en een vergelijkbare sterkte.
Zware servicetoepassingen omvatten het gebruik van roterende kleppen, zoals vlinderkleppen, draaipunten, zwevende kogelkleppen en veerkleppen. In dergelijke toepassingen vertonen Si3N4 en zirkonia thermische schokbestendigheid, taaiheid en sterkte om zich aan te passen aan de meest veeleisende omgevingen. Vanwege de hardheid en corrosiebestendigheid van het materiaal, wordt de levensduur van de onderdelen meerdere malen verlengd in vergelijking met metalen onderdelen. Andere voordelen omvatten de prestatiekenmerken van de klep gedurende zijn levensduur, met name in gebieden waar het zijn sluitvermogen en controle behoudt.
Dit wordt aangetoond in een toepassing waarbij een 65 mm (2,6 inch) kynar/RTFE-kogel en -voering van een klep worden blootgesteld aan 98% zwavelzuur en ilmeniet, dat wordt omgezet in titaniumoxidepigment. De corrosieve aard van de media betekent dat de levensduur van deze componenten wel zes weken kan zijn. Het gebruik van kogelkleptrim van Nilcra™ (afbeelding 1), een gepatenteerd gedeeltelijk gestabiliseerd magnesiumoxidezirkonia (Mg-PSZ), heeft echter een uitstekende hardheid en corrosiebestendigheid en kan drie jaar ononderbroken service bieden zonder enige waarneembare slijtage.
In lineaire kleppen, waaronder hoekkleppen, gaskleppen of bolkleppen, zijn zirkonia en siliciumnitride vanwege de "hard seal"-eigenschappen van deze producten geschikt voor kleppluggen en klepzittingen. Op dezelfde manier kan aluminiumoxide worden gebruikt voor sommige pakkingen en kooien. Door slijpkogels op de klepzitting te matchen, kan een hoge mate van afdichting worden bereikt.
Voor klepvoering, inclusief klepkern, inlaat en uitlaat of kleplichaamvoering, kan elk van de vier belangrijkste keramische materialen worden gebruikt volgens de toepassingsvereisten. De hoge hardheid en corrosiebestendigheid van het materiaal bleken gunstig te zijn in termen van productprestaties en levensduur.
Neem bijvoorbeeld de DN150 vlinderklep die in de Australische bauxietraffinaderij wordt gebruikt. Het hoge silicagehalte in het medium zorgt voor een hoge mate van slijtage van de klepvoering. De pakkingen en schijven die oorspronkelijk werden gebruikt, waren gemaakt van 28% CrFe-legering en gingen slechts acht tot tien weken mee. Met kleppen van Nilcra™ zirkonia (afbeelding 2) is de levensduur echter toegenomen tot 70 weken.
Vanwege de taaiheid en sterkte werken keramieken goed in de meeste kleptoepassingen. Het zijn echter hun hardheid en corrosiebestendigheid die de levensduur van de klep helpen verlengen. Dit verlaagt op zijn beurt de kosten van de gehele levenscyclus door de downtime voor vervangende onderdelen te verminderen, het werkkapitaal en de voorraad te verminderen, handmatige handelingen te minimaliseren en de veiligheid te verbeteren door lekkage te verminderen.
De toepassing van keramische materialen in hogedrukkleppen is al lange tijd een van de grootste problemen, omdat deze kleppen onderhevig zijn aan hoge axiale of torsiebelastingen. Grote spelers op dit gebied ontwikkelen echter nu klepkogelontwerpen om de overlevingskans van het aandrijfkoppel te verbeteren.
De andere grote beperking is de schaal. De grootte van de grootste klepzitting en de grootste klepbal (Figuur 3) geproduceerd uit gedeeltelijk gestabiliseerd zirkonia met magnesiumoxide is respectievelijk DN500 en DN250. De meeste specificators geven echter momenteel de voorkeur aan keramiek voor componenten onder deze maten.
Hoewel keramische materialen nu bewezen een geschikte keuze zijn, moeten er enkele eenvoudige richtlijnen worden gevolgd om hun prestaties te maximaliseren. Keramische materialen moeten alleen als eerste worden gebruikt als de kosten tot een minimum moeten worden beperkt. Scherpe hoeken en spanningsconcentratie moeten zowel binnen als buiten worden vermeden.
Elke potentiële thermische uitzettingsmismatch moet in de ontwerpfase worden overwogen. Om ringspanning te verminderen, moet het keramiek buiten worden gehouden, niet binnen. Tot slot moet de noodzaak van geometrische toleranties en oppervlakteafwerking zorgvuldig worden overwogen, omdat deze onnodige kosten aanzienlijk zullen verhogen.
Door deze richtlijnen en best practices te volgen bij het selecteren van materialen en door vanaf het begin van het project te coördineren met leveranciers, kan voor elke zware toepassing een ideale oplossing worden bereikt.
Deze informatie is afkomstig van materiaal van Morgan Advanced Materials en is beoordeeld en aangepast.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28 november). Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen. AZoM. Opgehaald van https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 op 7 juli 2021.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. “Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen”. AZoM. 7 juli 2021. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. “Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Geraadpleegd op 7 juli 2021).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Geavanceerde keramische materialen voor veeleisende servicetoepassingen. AZoM, bekeken op 7 juli 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
AZoM en David Moulton, algemeen directeur van Camfil UK, bespraken de luchtfiltratieoplossingen van het bedrijf en hoe deze kunnen bijdragen aan een veiligere werkomgeving voor mensen in de bouwsector.
In dit interview sprak AZoM- en ELTRA-productmanager Dr. Alan Klostermeier over snelle en betrouwbare O/N/H-analyse van hoge monstergewichten.
In dit interview bespreken AZoM en Chuck Cimino, Senior Product Manager bij Lake Shore Cryotronics, de voordelen van hun M81 sync source-meetsysteem.
Zeus Bioweb™ is een technologie waarbij PTFE via elektrosponnen wordt omgezet in polymeervezels met extreem kleine diameters, variërend van nanometers tot micrometers.
De STARe-software voor thermische analyse van METTLER TOLEDO biedt ongelooflijke flexibiliteit en onbeperkte evaluatiemogelijkheden.
Plaatsingstijd: 08-07-2021
