Ii- да. Содержание
Почему эта статья отличается
Большинство опубликованных материалов по Si₃N₄ коррозионной устойчивости повторяют те же самые факты из учебника: ковалентные связи стабильны, SiO₂ passivation forms, избегают HF. Хотя эта информация верна, это не так#- 39; t помочь инженеру процесса принять решениеСледует ли указывать Si₃N₄ для конкретного насоса, несущего навозную жижу горячей серной кислоты- либоПочему их последнее кольцо Si₃N₄ seal провалилось всего через 8 месяцев, несмотря на оценку по окружающей среде.
Эта статья требуетПодход, основанный на практике- да. Основное внимание мы уделяем судебной экспертиза сбоев на местах, количественному сопоставлению затрат на протяжении жизненного цикла, реалистичным системам отбора и контрольным перечням спецификаций - да. - инженерам по инструментам действительно необходимо принимать надежные решения по материаловедению в химической промышленности (ипц).
Таксономия режима отказа поля: что на самом деле идет не так
Понимание того, как Si₃N₄ выходит из строя в реальном обслуживании, более ценно, чем знание его теоретических пределов. На основе судебно-медицинского анализа компонентов, возвращенных с заводов по производству ипц во всем мире, сбои сгруппированы по четырем отдельным модельным группам, каждая из которых имеет поддающиеся выявлению коренные причины и предотвратимые контрмеры.
Диаграмма 1: карта принятия решений в режиме Si₃N₄ CPI
Расширенные знания: входящий протокол проверки качества
Для предотвращения работы в режиме#1 неисправности, выполнить входящий протокол проверки, требующий XRD подтверждения кристаллических гранулиновых фаз (Y₂Si₂O₇ peak присутствия) на каждой партии. Для режима работы#2 профилактика, требующая сертифицированного фтористого анализа (ионная хроматография на ASTM D1179) технологического потока при максимально ожидаемых нарушениях, а не только при нормальных условиях эксплуатации. Одна 10- минутная задержка с 5 ppm F может привести к необратимому повреждению, которое распространяется при нормальной эксплуатации.
Дерево решений по выбору материала для инженеров ипц
Используйте эту систему принятия решений для определения того, является ли Si₃N₄ оптимальным материалом для вашего конкретного применения. Дерево одновременно отвечает за химическую среду, механическую нагрузку, тепловые циклы и экономические факторы.
Диаграмма 2: дерево решений о выборе материала Si₃N₄ Material
Стоимость жизненного цикла: Si₃N₄ s. metal Все продукты питанияoys vs. SiC
Первоначальная цена компонента вводит в заблуждение при отборе материалов ипц. Истинным фактором стоимости являетсяОбщая стоимость владения (тшо)В основном из-за незапланированного простоя, замены рабочей силы и сопутствующего ущерба от катастрофических аварий. Ниже приводится проверенная модель тшо, основанная на агрегированных полевых данных из установок центробежных насосов 200+ API 610, работающих с горячей кисляющей жидкостью.
| Значение параметра | 316SS/Hastelloy | Спец. Сок. | GPSN Si₃N₄ |
|---|---|---|---|
| Удельная цена (относительно) | 1.0× (базовый уровень) | 2.5-3.5× | 3.5-5.0× |
| Среднее время между заменами | 4-8 месяцев | 12-24 месяца | 36-60 месяцев |
| Выживание в пробном режиме | Слабое (вызывающее раздражение/припадок) | Низкое (термический перелом) | Отлично (ΔT >800°C) |
| Незапланированное время простоя события/год | 2-4 4 | 0,5-1,5 | 0-0.3 |
| Риск сопутствующего ущерба | Высокая (металлический мусор) | Средняя (ломкие фрагменты) | Очень низкий (жесткий, постепенный износ) |
| 5- летний тшо (относительно) | 8- 12ступенчатая исходная линия | 3- 5ступенчатая исходная линия | 1.0× (самый низкий TCO) |
| Типичный период ROI по сравнению с металлом | - да. - | 6-14 месяцев | |
Расширенные знания: скрытая цена хрупких неудач
Сицид и др.#- 39; Более низкая цена по сравнению с Si₃N₄ компенсируется хрупким режимом отказа. При переломах подшипников SiC образуется твердый керамический мусор, который приводит к образованию валов, повреждает пломбы и загрязняет оборудование на выходе$15 000-$50 000 в качестве сопутствующего ремонта на мероприятие. Si₃N₄&#- 39; Высокая прочность на разрыв означает, что она изнашивается постепенно, а не катастрофически, обеспечивая предсказуемые показатели окончания срока службы (повышение вибрации, изменение скорости утечки), которые позволяют запланированную замену во время плановых разломов.
Проверенная справочная таблица химической совместимости
Приведенные ниже данные относятся к:Высокая плотность GPSN Si₃N₄ with devitrified grain- да. Оценки основаны на результатах погружных испытаний ASTM C1331 (воздействие в 100 ч) и проверенных данных полевой службы. Всегда проводить валидационные испытания по конкретным видам применения до окончательной спецификации.
| Химическая среда | 1. Концентрация | Максимальная температура воздуха | Рейтинг/рейтинг | 3. Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Соляная кислота (HCl) | Все продукты питания | 1. Кипячение (кипячение) | - нет, нет | Отсутствие поддающейся измерению атаки |
| Азотная кислота (HNO₃) | Все продукты питания | 1. Кипячение (кипячение) | - нет, нет | Усиленная пассивация |
| Серная кислота (H₂SO₄) | Все продукты питания | 200. С. | - нет, нет | Применение отраслевых эталонов |
| Фосфорная кислота (H₃PO₄) | Все продукты питания | 150. Раздел C | - нет, нет | Нападение на 150 градусов |
| Фтористоводородная кислота (HF) | В любом случае | В любом случае | Несовместимость с законом | Растворяет матрицу SiO₂ + |
| NaOH/К. К.OH (разбавитель) | <10% | 80. C | - нет, нет | Необходима девитационная оценка |
| Нао/ко (сконцентрировано) | >30% | И gt;80 градусов | - нет, нет | Сильное выщелачивание гб, даже если оно обезвожено |
| Органические растворители | Все продукты питания | 1. Кипячение (кипячение) | - нет, нет | Полный иммунитет. Полный иммунитет. |
| Хлоридные соли (aq.) | All | 1. Кипячение (кипячение) | - нет, нет | Отсутствие разъедания/трещин |
| Расплавленный Al, Zn, Cu, Pb | В чистом виде | - плавильный Pt. | - нет, нет | - несмачивание; Отсутствие случаев распада |
| Вода/пар | - да. - | 200. С. | - нет, нет | - самопасивающаяся. |
| Пар с перегревом | — | 300 градусов C+ | - нет, нет | Отключенное гб обязательно; Мониторинг испарения SiO |
< < инжиниринг энд компани > >#- 39; Перечень спецификаций для компонентов ипц Si₃N₄
Используйте этот контрольный перечень при составлении спецификаций на закупку или при оценке котировок поставщиков. Отсутствие любого из этих элементов значительно повышает риск сбоя на местах.
Требования к классу материала
GPSN (спекающее давление газа) минимум
Плотность: 99,5% теоретическая (архимеда)
Свергнутая зерновая граница (XRD проверена)
Weibull modulus m ≥15 (30 экземпляров min)
Прочность Flexural ≥900 MPa (ASTM C1161)
KД/дДиапазон 6,0 мпа · м½(ASTM C1421)
Качество и amp; отслеживаемость
Отслеживание всей партии до партии порошка
XRD граничный фазовый сертификат
Отчет о объемном осмотре (шм)
Сертификация поверхностной отделки (значение Ra)
NDT: проникающий краситель или ультразвуковое сканирование
Купон на испытание на коррозию от той же партии спекания
Утверждение заявки
Анализ фтористого потока технологического процесса (<1 млн. - 1)
Наихудший случай заболевания документально зафиксирован
Лабораторное погружение (ASTM C1331, 1000h)
Определен и утвержден профиль теплового цикла
Совместимость оборудования для спаривания
Процедура регулировки крутящего момента установки/регулировки
Квалификация поставщика
Сертификат ISO 9001 + ISO 14001
Справочный список ипц (3+ аналогичные приложения)
Внутренний потенциал спекания (внешний подряд отсутствует)
Техническая поддержка анализа неисправностей
Гарантия замены на гарантию МТБР
Обязательства в отношении резервных запасов/сроков реализации
Практикующие часто задают вопросы
Вопрос 1: когда следует указать Si₃N₄ вместо Hastelloy или titanium для коррозионного обслуживания?
Укажите Si₃N₄, когда окружающая среда сочетает сильные окисляющие кислоты (HNO₃, H₂SO₄ >60%) с абразивными частицами или высокой скользящей скоростью-условия, когда даже C-276 Hastelloy страдает от ускоренной коррозии эрозии. Si₃N₄ также превосходит металлы в горячей (и gt;150°C) концентрированной кислотной службы, где металлические пассивационные пленки ломаются. Кроме того, когда гальваническое соединение с различными металлами неизбежно, Si₃N₄&#- 39; Электрохимическая инертность s полностью устраняет этот режим отказа. Для чистых снижающих кислот (HCl <20%, неокисляющих) при умеренных температурах спестллой может быть все еще более затратоэффективным.
Вопрос 2: какова наиболее распространеннаяпричина коррозионной недостаточности Si₃N₄ при фактическом обслуживании химического завода?
В настоящее время#1 режим полевой неисправностиВыщелачивание зерновой границыВ горячей щелочной или гидротермальной службе, вызванной использованием в качестве спелых (неочищенных) материалов. Предпочтение отдается аморфной фазе стеклянной границы зерна, что приводит к выпадению осадков, которое проявляется в постепенном раскалывании поверхности, повышенной утечке уплотнений и, в конечном счете, катастрофической потере пространственного допуска. Эту неудачу можно полностью предотвратить, указав devitrified- класс Si₃N₄. В настоящее время#2 режим неисправности:Загрязнение в диапазоне вчВ предположительно не содержащих гфу кислотных потоках из технологического переноса вверх по течению-всегда проверяйте следовые уровни фторида, прежде чем указывать Si₃N₄.
Вопрос 3: как общая стоимость жизненного цикла Si₃N₄ соотносится с SiC или металлическими сплавами в насосах и герметиках?
В то время как компоненты Si₃N₄ обычно имеют на 20-40% более высокую первоначальную покупную цену, чем эквиваленты SiC, и на 3-5× более высокую стоимость, чем металлические компоненты, их общая стоимость жизненного цикла в тяжелых ипц часто40-70% ниже- да. Это обусловлено: (1) 3-8× longer MTBR из-за повышенной прочности; (2) устранение незапланированных простоев в результате термического удара; (3) сокращение объема работ по техническому обслуживанию за счет уменьшения числа замен. В типичном насосе API 610 с горячей серной кислотой, Si₃N₄ достигает ROI в течение 14-22 месяцев по сравнению с SiC и 6-10 месяцев по сравнению с 316SS/Hastelloy.
Вопрос 4: может ли Si₃N₄ использоваться в среде со смешанными кислотами, содержащей как окисляющие, так и уменьшающие виды?
Да, и это Один из Si₃N₄&#- 39; s основные преимущества перед металлами. Металлические сплавы полагаются на Cr₂O₃ or NiO пассивные пленки, которые могут быть дестабилизированы путем сокращения видов (Cl⁻, H₂S) в других окисляющих средах, что приводит к локализации pitting. Si₃N₄&#- 39; Уровень s SiO₂ passivation стабилен в гораздо более широком диапазоне возможностей редокса, потому что он формируется через прямое химическое окисление/гидролиз, а не электрохимическое равновесие. До тех пор, пока окружающая среда не содержит высококонцентрированных щелочей вч или горячей концентрации, Si₃N₄ надежно выполняет в смешанных потоков окисляющего сокращения, таких как хлорированные органические технологические потоки, мокрые хлоровые газоочистители и нитрационные реакторные стоки.
