Używamy plików cookie, aby ulepszyć Twoje doświadczenia. Kontynuując przeglądanie tej witryny, zgadzasz się na używanie przez nas plików cookie. Więcej informacji.
Nie ma oficjalnej definicji poważnej usługi. Można ją rozumieć jako warunki pracy, w których koszt wymiany zaworu jest wysoki lub zdolność przetwarzania jest ograniczona.
Istnieje globalna potrzeba obniżenia kosztów produkcji procesowej w celu zwiększenia rentowności wszystkich sektorów zaangażowanych w złe warunki świadczenia usług. Obejmują one sektory od ropy naftowej i gazu oraz petrochemii po energetykę jądrową i wytwarzanie energii, przetwórstwo minerałów i górnictwo.
Projektanci i inżynierowie próbują osiągnąć ten cel na różne sposoby. Najbardziej odpowiednią metodą jest zwiększenie czasu sprawności i wydajności poprzez skuteczne kontrolowanie parametrów procesu (takich jak skuteczne wyłączanie i zoptymalizowana kontrola przepływu).
Optymalizacja bezpieczeństwa odgrywa również istotną rolę, ponieważ zmniejszenie wymiany może prowadzić do bezpieczniejszego środowiska produkcyjnego. Ponadto firma pracuje nad zminimalizowaniem zapasów sprzętu, w tym pomp i zaworów, oraz wymaganej utylizacji. Jednocześnie właściciele zakładów spodziewają się ogromnej zmiany w swoich aktywach. W rezultacie zwiększona zdolność przetwarzania skutkuje mniejszą liczbą rur i sprzętu (ale większymi średnicami) oraz mniejszą liczbą instrumentów dla tego samego strumienia produktu.
Pokazuje to, że oprócz tego, że pojedynczy komponent systemu musi być większy w celu dostosowania do większej średnicy rury, musi on również wytrzymywać długotrwałe działanie trudnych warunków, aby ograniczyć potrzebę konserwacji i wymiany w trakcie eksploatacji.
Komponenty, w tym zawory i kule zaworowe, muszą być wytrzymałe, aby spełnić wymagania pożądanego zastosowania, ale mogą również zapewnić dłuższą żywotność. Jednak głównym problemem w większości zastosowań jest to, że części metalowe osiągnęły granicę swojej wydajności. Oznacza to, że projektanci mogą znaleźć alternatywy dla materiałów niemetalowych, zwłaszcza materiałów ceramicznych, w przypadku wymagających zastosowań serwisowych.
Typowe parametry wymagane do eksploatacji podzespołów w trudnych warunkach eksploatacyjnych obejmują odporność na szok termiczny, odporność na korozję, odporność na zmęczenie, twardość, wytrzymałość i odporność na obciążenia dynamiczne.
Odporność jest kluczowym parametrem, ponieważ komponenty, które są mniej odporne, mogą ulec katastrofalnej awarii. Wytrzymałość materiałów ceramicznych jest definiowana jako odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć. W niektórych przypadkach można ją zmierzyć za pomocą metody wciskania, co skutkuje sztucznie wysokimi wartościami. Zastosowanie jednostronnej belki nacinającej może zapewnić dokładne pomiary.
Wytrzymałość jest związana z wytrzymałością, ale odnosi się do pojedynczego punktu, w którym materiał ulega katastrofalnemu uszkodzeniu po przyłożeniu naprężenia. Jest powszechnie określany jako „moduł zerwania” i jest mierzony poprzez wykonanie pomiaru wytrzymałości na zginanie w trzech lub czterech punktach na pręcie testowym. Test w trzech punktach zapewnia wartość o 1% wyższą niż test w czterech punktach.
Chociaż twardość można mierzyć różnymi skalami, w tym Rockwella i Vickersa, skala mikrotwardości Vickersa jest bardzo odpowiednia dla zaawansowanych materiałów ceramicznych. Twardość jest wprost proporcjonalna do odporności materiału na zużycie.
W zaworze pracującym metodą cykliczną zmęczenie jest poważnym problemem ze względu na ciągłe otwieranie i zamykanie zaworu. Zmęczenie jest progiem wytrzymałości, powyżej którego materiał często ulegnie uszkodzeniu poniżej swojej normalnej wytrzymałości na zginanie.
Odporność na korozję zależy od środowiska pracy i medium zawierającego materiał. W tej dziedzinie wiele zaawansowanych materiałów ceramicznych ma przewagę nad metalami, z wyjątkiem „degradacji hydrotermalnej”, która występuje, gdy niektóre materiały na bazie cyrkonii są wystawione na działanie pary o wysokiej temperaturze.
Geometria części, współczynnik rozszerzalności cieplnej, przewodnictwo cieplne, wytrzymałość i wytrzymałość są dotknięte szokiem termicznym. Jest to obszar sprzyjający wysokiej przewodności cieplnej i wytrzymałości, dzięki czemu części metalowe mogą działać skutecznie. Jednak postęp w materiałach ceramicznych zapewnia obecnie akceptowalne poziomy odporności na szok termiczny.
Zaawansowana ceramika jest stosowana od wielu lat i cieszy się popularnością wśród inżynierów ds. niezawodności, inżynierów zakładów i projektantów zaworów, którzy wymagają wysokiej wydajności i wartości. Zgodnie ze specyficznymi wymaganiami aplikacji istnieją różne indywidualne formulacje odpowiednie dla szerokiej gamy branż. Jednak cztery zaawansowane ceramiki mają duże znaczenie w dziedzinie zaworów do ciężkich zastosowań. Należą do nich węglik krzemu (SiC), azotek krzemu (Si3N4), tlenek glinu i tlenek cyrkonu. Materiały zaworu i kuli zaworu są wybierane zgodnie ze specyficznymi wymaganiami aplikacji.
W zaworach stosuje się dwie główne formy cyrkonii, z których obie mają taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej i sztywność jak stal. Tlenek magnezu częściowo stabilizowany cyrkonią (Mg-PSZ) ma najwyższą odporność na szok termiczny i wytrzymałość, podczas gdy tlenek itru tetragonalna cyrkonia polikrystaliczna (Y-TZP) jest twardsza i mocniejsza, ale podatna na degradację hydrotermalną.
Azotek krzemu (Si3N4) ma różne formuły. Azotek krzemu spiekany pod ciśnieniem gazu (GPPSN) jest najczęściej używanym materiałem do zaworów i elementów zaworów. Oprócz średniej wytrzymałości zapewnia również wysoką twardość i wytrzymałość, doskonałą odporność na szok termiczny i stabilność termiczną. Ponadto Si3N4 jest odpowiednim substytutem cyrkonii w środowiskach pary o wysokiej temperaturze, aby zapobiec degradacji hydrotermalnej.
Gdy budżet jest ograniczony, specyfikator może wybrać węglik krzemu lub tlenek glinu. Oba materiały mają wysoką twardość, ale nie są bardziej wytrzymałe niż cyrkonia lub azotek krzemu. Pokazuje to, że materiał ten jest bardzo odpowiedni do zastosowań w elementach statycznych, takich jak wykładziny zaworów i gniazda zaworów, a nie do kulek zaworów lub tarcz, które są narażone na większe naprężenia.
W porównaniu z materiałami metalowymi stosowanymi w zaworach pracujących w trudnych warunkach (w tym ferrochromem (CrFe), węglikiem wolframu, Hastelloyem i Stellitem), zaawansowane materiały ceramiczne charakteryzują się niższą wytrzymałością przy podobnej wytrzymałości.
Zastosowania w trudnych warunkach obejmują stosowanie zaworów obrotowych, takich jak zawory motylkowe, czopy, zawory kulowe pływające i zawory sprężynowe. W takich zastosowaniach Si3N4 i cyrkonia wykazują odporność na szok termiczny, wytrzymałość i wytrzymałość, aby dostosować się do najbardziej wymagających środowisk. Ze względu na twardość i odporność na korozję materiału, żywotność części jest kilkakrotnie większa niż części metalowych. Inne korzyści obejmują charakterystykę działania zaworu przez cały okres jego eksploatacji, szczególnie w obszarach, w których utrzymuje on swoją zdolność zamykania i kontrolę.
Wykazano to w zastosowaniu, w którym kula i tuleja zaworu kynar/RTFE o średnicy 65 mm (2,6 cala) są wystawione na działanie 98% kwasu siarkowego i ilmenitu, który jest przekształcany w pigment tlenku tytanu. Korozyjny charakter medium oznacza, że te komponenty mogą wytrzymać do sześciu tygodni. Jednak zastosowanie wykończenia zaworu kulowego wykonanego z Nilcra™ (rysunek 1), który jest zastrzeżonym tlenkiem magnezu częściowo stabilizowanym cyrkonią (Mg-PSZ), ma doskonałą twardość i odporność na korozję i może zapewnić trzy lata trwałości. Przerywana praca bez żadnego wykrywalnego zużycia i rozdarcia.
W zaworach liniowych, w tym zaworach kątowych, przepustnicach lub zaworach kulowych, ze względu na „twarde uszczelnienie” tych produktów, cyrkonia i azotek krzemu nadają się do zatyczek zaworów i gniazd zaworów. Podobnie, tlenek glinu może być stosowany do niektórych uszczelek i klatek. Poprzez dopasowanie kulek szlifierskich na gnieździe zaworu można uzyskać wysoki stopień uszczelnienia.
Do wyłożenia zaworów, w tym rdzenia zaworu, wlotu i wylotu lub wyłożenia korpusu zaworu, można użyć dowolnego z czterech głównych materiałów ceramicznych zgodnie z wymaganiami zastosowania. Wysoka twardość i odporność na korozję materiału okazały się korzystne pod względem wydajności produktu i żywotności.
Weźmy na przykład zawór motylkowy DN150 używany w australijskiej rafinerii boksytów. Wysoka zawartość krzemionki w medium powoduje wysoki poziom zużycia wyściółki zaworu. Początkowo używane uszczelki i tarcze były wykonane ze stopu 28% CrFe i wytrzymywały tylko osiem do dziesięciu tygodni. Jednak w przypadku zaworów wykonanych z cyrkonii Nilcra™ (rysunek 2) okres eksploatacji wydłużył się do 70 tygodni.
Ze względu na swoją wytrzymałość i wytrzymałość ceramika sprawdza się w większości zastosowań zaworów. Jednak to jej twardość i odporność na korozję pomagają wydłużyć żywotność zaworu. To z kolei zmniejsza koszty całego cyklu życia poprzez redukcję przestojów na części zamienne, redukcję kapitału obrotowego i zapasów, minimalizację ręcznej obsługi i poprawę bezpieczeństwa poprzez redukcję wycieków.
Przez długi czas stosowanie materiałów ceramicznych w zaworach wysokociśnieniowych było jednym z głównych problemów, ponieważ zawory te są narażone na wysokie obciążenia osiowe lub skrętne. Jednak główni gracze w tej dziedzinie opracowują obecnie projekty kul zaworów, aby poprawić przeżywalność momentu napędowego.
Innym głównym ograniczeniem jest skala. Rozmiar największego gniazda zaworu i największej kuli zaworu (rysunek 3) wyprodukowanych z częściowo stabilizowanego tlenku cyrkonu z tlenkiem magnezu wynosi odpowiednio DN500 i DN250. Jednak większość projektantów obecnie preferuje ceramikę w przypadku komponentów o rozmiarach poniżej tych rozmiarów.
Chociaż materiały ceramiczne są obecnie uznawane za odpowiedni wybór, należy przestrzegać kilku prostych wytycznych, aby zmaksymalizować ich wydajność. Materiały ceramiczne należy stosować w pierwszej kolejności tylko wtedy, gdy koszty muszą być ograniczone do minimum. Należy unikać ostrych narożników i koncentracji naprężeń zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz.
W fazie projektowania należy wziąć pod uwagę wszelkie potencjalne niedopasowanie rozszerzalności cieplnej. Aby zmniejszyć naprężenia obwodowe, ceramika musi być umieszczona na zewnątrz, a nie wewnątrz. Na koniec należy dokładnie rozważyć potrzebę tolerancji geometrycznych i wykończenia powierzchni, ponieważ znacznie zwiększą one niepotrzebne koszty.
Dzięki przestrzeganiu tych wytycznych i najlepszych praktyk dotyczących doboru materiałów oraz współpracy z dostawcami od samego początku projektu możliwe jest znalezienie idealnego rozwiązania dla każdego zastosowania w trudnych warunkach.
Informacje te pochodzą z materiałów udostępnionych przez Morgan Advanced Materials i zostały zweryfikowane oraz dostosowane.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019, 28 listopada). Zaawansowane materiały ceramiczne do wymagających zastosowań usługowych. AZoM. Pobrano z https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 27 czerwca 2021 r.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Zaawansowane materiały ceramiczne do wymagających zastosowań usługowych”. AZoM. 27 czerwca 2021 r. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Advanced ceramic materials for requiring service applications”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Dostęp 27 czerwca 2021).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Zaawansowane materiały ceramiczne do wymagających zastosowań usługowych. AZoM, przeglądano 27 czerwca 2021 r., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
W tym wywiadzie AZoM i Chuck Cimino, starszy kierownik ds. produktów w Lake Shore Cryotronics, omówili zalety swojego systemu pomiarowego M81 ze źródłem synchronizacji.
W tym wywiadzie AZoM rozmawiał z Johnem Andersonem z Paratherm o płynach do wymiany ciepła, rozwiązaniach konserwacyjnych i wyzwaniach, z jakimi firma musi się zmierzyć, dostosowując się do pracy w świecie pandemii.
AZoM rozmawiał z Ardą Gozen, profesorem nadzwyczajnym George’em i Joan Berry z Washington State University. Arda jest członkiem wielodyscyplinarnego zespołu poświęconego tworzeniu rusztowań dla tkanek inżynieryjnych poprzez imitację cech tkanek ludzkich.
Analizator boru Sieversa umożliwia ciągłe monitorowanie zawartości boru w zdejonizowanej wodzie ultraczystej online.
Czas publikacji: 28-06-2021
