Мы используем файлы cookie для улучшения вашего опыта. Продолжая просмотр этого веб-сайта, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie. Дополнительная информация.
Официального определения серьезного обслуживания не существует. Его можно понимать как условия эксплуатации, при которых стоимость замены клапана высока или производительность обработки снижена.
Существует глобальная потребность в снижении издержек на технологическое производство с целью повышения рентабельности всех секторов, вовлеченных в плохие условия обслуживания. Они варьируются от нефтегазовой и нефтехимической промышленности 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 замены может привести к более безопасной производственной среде. Кроме того, компания работает над минимизацией запасов оборудования, включая насосы и клапаны, а также необходимой утилизации. В то же время владельцы объектов ожидают значительного сдвига в своих активах. В результате увеличение мощности обработки приводит к уменьшению количества труб и оборудования (но большего диаметра) и меньшему количеству инструментов для того же потока продукции.
Это показывает, что, помимо того, что отдельный компонент системы должен быть больше для большего диаметра трубы, он также должен 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 требуемому применению, но также могут обеспечивать более длительный срок службы. Однако, основная проблема большинства применений заключается в том, что металлические детали достигли предела своей производительности. Это указывает на то, что проектировщики могут найти альтернативы неметаллическим материалам, особенно керамическим материалам, для требовательных сервисных приложений.
Типичные параметры, необходимые для работы компонентов в тяжелых условиях эксплуатации, 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, что приводит к искусственно завышенным значениям. Использование одностороннего надреза может обеспечить точные измерения.
Прочность связана с ударной вязкостью, но относится к единственной точке, в которой материал катастрофически разрушается при приложении напряжения. Обычно ее называют «модулем разрыва» и измеряют путем проведения трехточечного или четырехточечного измерения прочности на изгиб на испытательном стержне. Трехточечный тест дает значение на 1% выше, чем четырехточечный тест.
Хотя твердость можно измерить с помощью различных шкал, включая Роквелла и Виккерса, шкала микротвердости Виккерса очень подходит для современных керамических материалов. Твердость прямо пропорциональна износостойкости материала.
В клапане, работающем циклическим методом, усталость является серьезной проблемой из-за постоянного открытия и закрытия клапана. Усталость является пределом прочности, за пределами которого материал часто выходит из строя ниже своей нормальной прочности на изгиб.
Коррозионная стойкость зависит от рабочей среды и среды, содержащей материал. В этой области многие современные керамические материалы имеют преимущества перед металлами, за исключением «гидротермальной деградации», которая происходит, когда некоторые материалы на основе циркония подвергаются воздействию высокотемпературного пара.
Геометрия детали, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, ударная вязкость и прочность зависят от термического удара. Это область, способствующая высокой теплопроводности и ударной вязкости, поэтому металлические детали 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 ценность. В зависимости от конкретных требований к применению существуют различные индивидуальные формулы, подходящие для широкого спектра отраслей. Однако четыре передовых керамики имеют большое значение в области клапанов для тяжелых условий эксплуатации. К ним относятся карбид кремния (SiC), нитрид кремния (Si3N4), оксид алюминия и цирконий. Материалы клапана и шара клапана выбираются в соответствии с конкретными требованиями к применению.
В клапанах используются две основные формы циркония, обе из которых 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 и прочнее, но подвержен гидротермальной деградации.
Нитрид кремния (Si3N4) имеет различные формулы. Газопрессованный нитрид кремния (GPPSN) является наиболее часто используемым материалом для клапанов и компонентов клапанов. В дополнение к своей средней прочности, он также обеспечивает высокую твердость и прочность, отличную стойкость к тепловому удару и термическую стабильность. Кроме того, в высокотемпературных паровых средах Si3N4 является подходящей заменой циркония, что может предотвратить гидротермальную деградацию.
Если бюджет ограничен, спецификатор может выбрать карбид кремния или оксид алюминия. Оба материала обладают высокой твердостью, но не прочнее циркония или нитрида кремния. Это показывает, что материал очень подходит для статических компонентов, таких как прокладки клапанов и седла клапанов, а не шары клапанов или диски, которые подвергаются более высоким нагрузкам.
По сравнению с металлическими материалами, используемыми в клапанах, эксплуатируемых в тяжелых условиях (включая феррохром (CrFe), карбид вольфрама, хастеллой и стеллит), современные керамические материалы обладают меньшей ударной вязкостью и аналогичной прочностью.
Тяжелые условия эксплуатации предполагают использование поворотных клапанов, таких как дроссельные заслонки, цапфы, плавающие шаровые краны и пружинные клапаны. В таких применениях Si3N4 и цирконий проявляют термостойкость, прочность и стойкость, чтобы адаптироваться к самым требовательным условиям. Благодаря твердости и коррозионной стойкости материала срок службы деталей увеличивается в несколько раз по сравнению с металлическими деталями. Другие преимущества включают эксплуатационные характеристики клапана в течение его срока службы, особенно в областях, где он сохраняет свою закрывающую способность и контроль.
Это продемонстрировано в приложении, где 65-миллиметровый (2,6 дюйма) шар и вкладыш клапана из кайнара/RTFE подвергаются воздействию 98% серной кислоты и ильменита, который преобразуется в пигмент оксида титана. Коррозионная природа среды означает, что срок службы этих компонентов может составлять до шести недель. Однако использование затвора шарового клапана из Nilcra™ (рисунок 1), который представляет собой запатентованный оксид магния, частично стабилизированный диоксидом циркония (Mg-PSZ), имеет превосходную твердость и коррозионную стойкость и может обеспечить три года долговечности. Периодическая эксплуатация без какого-либо обнаруживаемого износа.
В линейных клапанах, включая угловые клапаны, дроссельные клапаны или шаровые клапаны, из-за характеристик «жесткого уплотнения» этих продуктов, цирконий и нитрид кремния подходят для заглушек и седел клапанов. Аналогично, оксид алюминия может использоваться для некоторых прокладок и клеток. Соответствуя шлифовальным шарам на седле клапана, можно достичь высокой степени уплотнения.
Для футеровки клапана, включая сердечник клапана, впускной и выпускной клапан или футеровку 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 обеспечивает высокий уровень износа футеровки клапана. Первоначально используемые прокладки и диски были изготовлены из сплава CrFe 28% и прослужили всего восемь-десять недель. Однако с клапанами, изготовленными 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 увеличить срок службы клапана. Это, в свою очередь, снижает стоимость всего жизненного цикла за счет сокращения времени простоя для замены деталей, сокращения оборотного капитала и запасов, минимального ручного обращения и повышения безопасности за счет снижения утечек.
Долгое время применение керамических материалов в клапанах высокого давления было одной из основных проблем, поскольку эти клапаны подвергаются высоким осевым или крутильным нагрузкам. Однако основные игроки в этой области в настоящее время разрабатывают конструкции шаровых клапанов для повышения живучести крутящего момента.
Другим важным ограничением является масштаб. Размер самого большого седла клапана и самого большого шарика клапана (рисунок 3), изготовленных из частично стабилизированного циркония с оксидом магния, составляет DN500 и DN250 соответственно. Однако большинство спецификаторов в настоящее время предпочитают керамику для компонентов меньше этих размеров.
Хотя керамические материалы в настоящее время доказано являются подходящим выбором, необходимо следовать некоторым простым рекомендациям, чтобы максимизировать их производительность. Керамические материалы следует использовать в первую очередь только тогда, когда необходимо свести затраты к минимуму. Следует избегать острых углов и концентрации напряжений как внутри, так и снаружи.
Любое потенциальное несоответствие теплового расширения должно быть учтено на этапе проектирования. Чтобы уменьшить кольцевое напряжение, керамика должна находиться снаружи, а не внутри. Наконец, следует тщательно рассмотреть необходимость геометрических допусков и отделки поверхности, поскольку они значительно увеличат ненужные расходы.
Следуя этим рекомендациям и передовому опыту по выбору материалов и координируя работу с поставщиками с самого начала проекта, можно найти идеальное решение для любых сложных условий эксплуатации.
Данная информация получена из материалов, предоставленных Morgan Advanced Materials, а также была проверена и адаптирована.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 ноября 2019 г.). Современные керамические материалы для сложных условий эксплуатации. AZoM. Получено с https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 22 августа 2021 г.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для сложных условий эксплуатации». AZoM. 22 августа 2021 г. .
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. «Усовершенствованные керамические материалы для сложных условий эксплуатации». AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Дата обращения 22 августа 2021 г.).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Современные керамические материалы для сложных условий эксплуатации. AZoM, просмотрено 22 августа 2021 г., https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
В этом интервью AZoM и Эндрю Дагмор, вице-президент по развитию нового бизнеса TRB Lightweight Structures, обсудили будущее компании, а также отрасли активов и материалов.
AZoM и управляющий директор Camfil в Великобритании Дэвид Молтон обсудили решения компании по фильтрации воздуха и то, как они могут помочь обеспечить более безопасную рабочую среду для людей в строительной отрасли.
В этом интервью менеджер по продукции AZoM и ELTRA доктор Алан Клостермайер рассказал о быстром и надежном анализе O/N/H больших масс образцов.
На мировом уровне компании COXEM Co. Ltd. и Bruker Nano сотрудничают в производстве настольных сканирующих электронных микроскопов с EDS и EBSD.
Меню навигации термошейкеров IKA Matrix IKA имеет централизованную функцию смешивания для достижения наилучших результатов.
Discovery SA от TA Instruments — это передовой анализатор динамической адсорбции паров. Благодаря невероятной производительности и широкому диапазону регулирования влажности Discovery SA — идеальный выбор для удовлетворения ваших потребностей.
Время публикации: 23-авг-2021
