لوله کامپوزیت وصله سرامیکی: ساختار، مزایای عملکرد و ارزش کاربردی صنعتی.

لوله کامپوزیت پچ سرامیکی 

متفاوت از لوله‌های سرامیکی یکپارچه و لوله‌های کامپوزیت سرامیکی ریخته‌گری، لوله پوشش سرامیکی پچ{0}}از ساختار انعطاف‌پذیر، سازگاری با اتصالات لوله‌ای خاص مانند زانویی و سه راهی، تعمیر محلی راحت و عملکرد هزینه جامع برجسته برخوردار است. در حمل و نقل طولانی-مواد ذرات با سختی بالا-مانند خاکستر زغال سنگ، پودر معدنی، سرباره و دوغاب سنگ معدن، لوله‌های فولادی بدون درز سنتی، لوله‌های آلیاژی مقاوم در برابر سایش و لوله‌های لاستیکی- دارای عیوب برجسته‌ای مانند پارگی مکرر و تعمیر و نگهداری سریع دیواره هستند. لوله های کامپوزیت پچ سرامیکی به طور موثر نقاط درد ناشی از سایش خط لوله، فرسایش و خوردگی متوسط ​​را حل می کند. این مقاله ترکیب ساختاری و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی لوله کامپوزیت پچ سرامیکی را تشریح می‌کند، مزیت‌های رقابتی متمایز آن را با سایر خطوط لوله مقاوم در برابر سایش مقایسه می‌کند، زمینه‌های کاربرد صنعتی کامل- و نکات کلیدی ساخت و ساز را مرتب می‌کند، علل شکست معمولی و اقدامات پیشگیرانه را در عملیات واقعی تجزیه و تحلیل می‌کند، و پیش‌بینی روند کاهش پس‌زمینه مصرف انرژی در صنعت مرجع برای توسعه صنعت مرجع را پیش‌بینی می‌کند. خط لوله{10}}تغییر سایش شرکت‌های انتقال مواد فله.

خطوط لوله انتقال مواد پودری و دانه ای به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله تولید برق حرارتی، معدن زغال سنگ، متالورژی، فرآوری مواد معدنی، تولید سیمان، صنایع شیمیایی و تصفیه زباله های جامد استفاده می شود. رسانه های درون این خطوط لوله عمدتاً در معرض فرسایش ذرات جامد، آبشستگی سیال، خوردگی محیط اسید-و تأثیرات نوسانات دما هستند. تحت شرایط آبشستگی شدید ذرات، خطوط لوله فولادی کربن معمولی در عرض 3 تا 12 ماه دچار ساییدگی شدید می شوند که منجر به سوراخ شدن دیواره لوله، نشت مواد، آلودگی محیطی و خاموش شدن اجباری برای تعمیر و نگهداری می شود. اگرچه لوله‌های چدنی کروم بالا مقاومت سایشی بهتری از خود نشان می‌دهند، وزن قابل توجه آن‌ها فشار قابل توجهی را بر ساختارهای پشتیبانی خط لوله وارد می‌کند، فرآیند خمش را برای زانوها و لوله‌های دارای شکل خاص پیچیده می‌کند و هزینه‌های کلی تبدیل را افزایش می‌دهد. لوله‌های کامپوزیتی با روکش لاستیکی- ظرفیت ضربه‌گیر خوبی را ارائه می‌دهند. با این حال، آنها در دمای بالا و برش ذرات تیز مستعد پیری، نرم شدن و جدا شدن هستند و آنها را برای انتقال سرباره-در دمای بالا و خاکستر داغ نامناسب می کند. لوله های کامپوزیت فولاد سرامیکی متخلخل یکپارچه مقاومت سایش استثنایی را نشان می دهند. با این وجود، تولید آنها با محدودیت های طول و قطر لوله محدود می شود. علاوه بر این، هنگامی که آسیب موضعی رخ می دهد، کل لوله باید جایگزین شود، که منجر به هدر رفتن مواد قابل توجهی می شود. لوله کامپوزیت پچ سرامیکی برای رفع این کاستی ها پدید آمده است. از طراحی پوشش کاشی سرامیکی مدولار استفاده می‌کند که می‌تواند در سایت{14}برای لوله‌های مستقیم، زانویی، کاهنده، سه راهی‌ها و سایر اتصالات لوله‌های پیچیده سفارشی شود، که امکان تعمیر هدفمند خطوط لوله فرسوده و متعادل کردن مقاومت در برابر سایش، انعطاف‌پذیری ساخت‌وساز، و هزینه‌های کامل استفاده از چرخه را فراهم می‌کند. در سال‌های اخیر این به یک راه‌حل فنی اصلی برای بازسازی{17}}ضد سایش خطوط لوله انتقال صنعتی تبدیل شده است. ترکیب ساختاری و ویژگی‌های مواد اصلی لوله‌های کامپوزیت وصله سرامیکی 2.1 ترکیب ساختار کامپوزیت محصول از ساختار کامپوزیت سه لایه از بیرون به داخل استفاده می‌کند: یک پایه لوله فولادی بیرونی، یک لایه متوسط{21}}درجه حرارت بالا{21}دربرابر ساییدگی{22}}لایه‌ای مقاوم در برابر چسبندگی نوری، و یک لایه چسبنده سرامیکی. لوله فولادی بیرونی، ساخته شده از لوله فولادی Q235 یا بدون درز، فشار خط لوله، بارهای خارجی و مونتاژ جوش را تحمل می کند و استحکام ساختاری کلی خط لوله را تضمین می کند. لایه چسب میانی از چسب تخصصی غیر آلی با دمای بالا یا چسب ساختاری اپوکسی برای چسباندن لکه‌های سرامیکی به لوله فولادی، جذب بخشی از انرژی ضربه ذرات و جداسازی محیط خورنده از تماس با ماتریس فولادی استفاده می‌کند. آستر داخلی از تکه های سرامیکی آلومینا به شکل مربع، شش ضلعی یا قوس شکل منظم (92%/95% درجات اصلی آلومینا) تشکیل شده است. تکه های سرامیکی شش ضلعی به صورت پلکانی چیده شده اند تا از اتصالات مستقیم در آستر جلوگیری شود و از نفوذ دوغاب و صمغ زدایی چسب جلوگیری شود. برای شرایط کاری ضربه سنگین، می‌توان از تکه‌های سرامیکی آلومینا سخت‌شده زیرکونیا (ZTA) برای افزایش عملکرد ضد ترک استفاده کرد.

2.2 خواص فیزیکی و شیمیایی کلیدی پوشش سرامیکی وصله سرامیکی آلومینا سختی Mohs تا 9 را نشان می دهد که به طور قابل توجهی بالاتر از سنگ معدن کوارتز، گنگ، خاکستر بادی و سایر ذرات انتقال یافته است، با مقاومت سایشی 20 تا 30 برابر بیشتر از فولاد کربنی 10 معمولی و 8 برابر فولاد کربنی 10 معمولی. بدنه سرامیکی متراکم با تخلخل کم و بی اثری شیمیایی قوی است و در برابر خوردگی اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، آب اسیدی دوغاب زغال سنگ و آب خاکستر قلیایی مقاوم است، بدون انحلال یا خراب شدن پوشش. آستر سرامیکی دارای صافی سطح بالا و ضریب اصطکاک کم است که باعث می شود کمتر مستعد چسبیدن به پودر مرطوب و دوغاب چسبناک باشد و در نتیجه از انسداد خط لوله ناشی از آویزان شدن مواد به دیوار جلوگیری می کند. از نظر سازگاری با دما، لوله های چسب معمولی می توانند از -30 درجه تا 180 درجه به طور پایدار عمل کنند، در حالی که لوله های کامپوزیت چسب معدنی با دمای بالا را می توان برای دوره های طولانی زیر 350 درجه استفاده کرد، تا انتقال سرباره داغ و دود گاز با دمای بالا را تحمل کند. مزایای کاربرد جامع لوله های کامپوزیت وصله سرامیکی

3.1 عمر خدمات فوق العاده-و هزینه عملیات جامع پایین در شرایط انتقال یکسان، عمر سرویس خطوط لوله کامپوزیت پچ سرامیکی به 5 تا 8 سال می رسد که به طور قابل توجهی بیشتر از لوله های فولادی آلیاژی و لوله های لاستیکی است. مزیت اصلی ساختار وصله ظرفیت آن برای تعمیر جزئی است: فقط وصله سرامیکی در موقعیت ساییدگی شدید آرنج نیاز به تعویض دارد، بدون نیاز به برش و جایگزینی کل خط لوله. این امر هزینه های تعمیر و نگهداری را بیش از 70% کاهش می دهد و زمان نگهداری را به میزان قابل توجهی کوتاه می کند و در نتیجه ضررهای اقتصادی ناشی از تعطیلی تولید را به حداقل می رساند. اگرچه سرمایه گذاری اولیه بیشتر از لوله های فولادی معمولی است، اما هزینه جامع، از جمله جایگزینی مواد، تعمیر و نگهداری و تلفات خاموش شدن، بیش از 60 درصد در کل چرخه عمر کاهش می یابد.

3.2 سازگاری بالا با اتصالات لوله های پیچیده و شرایط ساخت{1} در محل لوله های کامپوزیت سرامیکی یکپارچه با چالش هایی در تولید لوله های فوق-قطر بزرگ و لوله های منحنی شکل خاص مواجه هستند. در مقابل، تکه‌های سرامیکی را می‌توان دقیقاً برش داد و در{4}}سایت قرار داد تا با خطوط دیوار داخلی زانوها، لوله‌های دوشاخه و کاهنده‌های مخروطی مطابقت داشته باشد و انعطاف‌پذیری بالایی در شکل‌دهی ارائه دهد. روند ساخت و ساز به خوبی تثبیت شده است، که شامل زنگ زدایی و صیقل دادن دیواره داخلی لوله فولادی، اعمال چسب، و چسباندن لکه های سرامیکی برای پخت و قالب گیری است. این رویکرد نیاز به پردازش مکانیکی در مقیاس بزرگ را از بین می‌برد و آن را برای پروژه‌های نوسازی خطوط لوله قدیمی در کارخانه‌هایی با فضای ساخت و ساز محدود بسیار مناسب می‌سازد.

3.3 بهره وری انرژی، تثبیت جریان و مزایای حفاظت از محیط زیست دیواره داخلی سرامیکی صاف، مقاومت انتقال خط لوله را کاهش می دهد، که منجر به کاهش 8٪ تا 15٪ در مصرف برق برای تجهیزات فن و پمپ می شود و در نتیجه باعث صرفه جویی در انرژی در سیستم انتقال می شود. عدم وجود نشت خط لوله از هدر رفتن مواد و آلودگی زمین ناشی از نشت خاکستر و دوغاب سنگ معدن جلوگیری می کند. روکش سرامیکی غیر سمی و بدون آلودگی- است و برای انتقال مواد خام معدنی فلزات غیرآهنی و جلوگیری از آلودگی آهن ناشی از سایش لوله فولادی مناسب است.

3.4 عملکرد ضد انسداد عالی لوله های فلزی و لاستیکی در هنگام انتقال پودر زغال سنگ با رطوبت بالا و دوغاب سنگ غلیظ مستعد چسبندگی و پوسته پوسته شدن مواد هستند. سطح سرامیکی متراکم نیروهای جذب ضعیفی را بر روی مواد مرطوب نشان می دهد، به طور موثری از پوسته پوسته شدن دیوار و انسداد خط لوله جلوگیری می کند و دفعات عملیات تمیز کردن و لایروبی خط لوله را کاهش می دهد. سناریوهای کاربردی صنعتی معمولی.

4.1 صنعت برق حرارتی این نشان دهنده بالغ ترین زمینه کاربردی است، جایی که پوشش های وصله سرامیکی در لوله های انتقال پودر زغال سنگ، خطوط لوله انتقال خاکستر خشک خاکستر بادی، خطوط لوله دوغاب آب سرباره، زانوهای دوغاب گوگرد زدایی دیگ بخار و لوله های اتصال قیف خاکستر مورد استفاده قرار می گیرند. زانوها شدیدترین اجزای فرسوده در خطوط لوله خاکستر هستند و استفاده از لنت های سرامیکی می تواند مشکل سوراخ شدن مکرر در زانوهای انتقال خاکستر نیروگاه ها را به طور کامل حل کند.

4.2 معدن زغال سنگ و صنعت شیمی زغال سنگ پوشش های سرامیکی در خطوط لوله زیرزمینی دوغاب زغال سنگ، خطوط لوله پرکننده گنگ و خطوط لوله انتقال دوغاب شستشوی زغال سنگ خام اعمال می شود که با محیط کار زیرزمینی مرطوب و خورنده سازگار است و در برابر ضربه ذرات جامد و خوردگی آب زیرزمینی مقاومت می کند.

4.3 متالورژی و فرآوری مواد معدنی این پوشش ها در دوغاب کنسانتره سنگ آهن، خطوط لوله انتقال باطله، خطوط لوله آب سرباره کوره بلند کارخانه فولاد و خطوط لوله انتقال خاکستر تف جوشی استفاده می شود. برای حمل و نقل دوغاب سنگ معدن در مسافت‌های طولانی، لوله‌های کامپوزیت پچ سرامیکی سایش خط لوله را کاهش می‌دهند و عملکرد مستمر تغلیظ‌کننده را تضمین می‌کنند.

4.4 سیمان و مصالح ساختمانی جدید پوشش های وصله سرامیکی در خطوط لوله انتقال پودر پودر خام سیمان، زانویی انتقال خاکستر کلینکر و خطوط لوله تخلیه عمودی سرباره آسیاب استفاده می شود و مشکل ساییدگی ناشی از کلینکر سیمان با سختی بالا در دیواره خط لوله را برطرف می کند.

4.5 تصفیه مواد شیمیایی و ضایعات جامد این آسترها در خطوط لوله انتقال خاکستر بادی خاکستر زباله سوز و دوغاب شیمیایی خورنده مورد استفاده قرار می گیرند و از مقاومت در برابر خوردگی سرامیکی برای افزایش طول عمر خط لوله استفاده می کنند. حالت‌های رایج خرابی و اقدامات بهینه‌سازی پیشگیرانه در عملیات واقعی، خرابی‌های اولیه لوله‌های کامپوزیت وصله سرامیکی، ترک‌خوردگی سرامیکی و صمغ‌زدایی آستر است که بیشتر به‌جای عیوب ذاتی در خود مواد سرامیکی، به عملکردهای غیر استاندارد ساخت و ساز و انتخاب مدل نادرست نسبت داده می‌شود. اولاً، صمغ زدایی و لایه برداری می تواند به دلیل حذف ناقص زنگ زدگی از دیواره داخلی لوله فولادی، ساخت و ساز در محیط های{4} با رطوبت بالا، یا استفاده در دماهای بیش از حد مقاومت دمایی چسب رخ دهد. اقدامات بهینه‌سازی شامل شات بلاست برای حذف زنگ‌زدگی لوله فولادی، انجام ساخت و ساز در محیط‌های خشک، و انتخاب چسب‌های معدنی با دمای بالا برای شرایط عملیاتی در دمای بالا است. ثانیاً، تکه تکه شدن وصله سرامیکی می‌تواند ناشی از استفاده از سرامیک‌های آلومینا معمولی در آرنج‌ها باشد که در معرض ضربه‌های{9} قطره‌ای بزرگ است که منجر به ترک‌های شکننده می‌شود. بهینه‌سازی شامل پیکربندی تکه‌های سرامیکی مقاوم ZTA برای موقعیت‌های ضربه‌خورده شدید و اتخاذ یک آرایش شش ضلعی برای پراکنده کردن تنش ضربه است. ثالثاً، سایش متمرکز موضعی می تواند زمانی رخ دهد که اتصال غیرمنطقی وصله منجر به شستن گرداب مواد در درزها شود. بهینه سازی شامل استفاده از کاشی های سرامیکی پخ برای بسته شدن لبه ها برای کاهش گردابه های جریان است.

5. حالت‌های رایج خرابی و استراتژی‌های بهینه‌سازی پیشگیرانه در طول عملیات واقعی، خرابی‌های اولیه مشاهده‌شده در لوله‌های کامپوزیت وصله سرامیکی، ترک‌خوردگی و صمغ‌زدایی پوشش سرامیکی است که عمدتاً به‌جای ایرادات ذاتی در خود مواد سرامیکی، به{1}روش‌های ساخت‌وساز غیر استاندارد و انتخاب مدل نادرست نسبت داده می‌شود. اولاً، صمغ زدایی و لایه برداری به دلیل حذف ناکافی زنگ از دیواره داخلی لوله های فولادی، ساخت و ساز در محیط های{3} با رطوبت بالا و استفاده در دماهای بیش از حد مقاومت حرارتی چسب رخ می دهد. استراتژی‌های بهینه‌سازی شامل استفاده از شات بلاست برای زدودن زنگ از لوله‌های فولادی، انجام ساخت و ساز در محیط‌های خشک، و انتخاب چسب‌های غیرآلی با دمای بالا برای شرایط عملیاتی در دمای بالا است. ثانیاً، تکه تکه شدن وصله سرامیکی از استفاده از سرامیک‌های آلومینا معمولی در آرنج‌ها ناشی می‌شود که در معرض ضربه قابل توجهی از سقوط مواد قرار می‌گیرند که منجر به شکستگی شکننده می‌شود. بهینه‌سازی شامل استقرار تکه‌های سرامیکی مقاوم ZTA در مکان‌های به شدت ضربه‌خورده و اتخاذ یک آرایش شش ضلعی برای پراکنده کردن تنش ضربه است. ثالثاً، سایش متمرکز موضعی ناشی از اتصال غیرمنطقی وصله است که باعث فرسایش گرداب مواد در درزها می شود. بهینه سازی مستلزم استفاده از کاشی های سرامیکی پخ برای بسته شدن لبه ها برای کاهش گردابه های جریان است.

6. چشم انداز توسعه صنعت و نتیجه گیری با قوانین سختگیرانه کشور در مورد مصرف انرژی صنعتی، انتشار آلاینده ها و تولید ایمن، شرکت های صنایع سنگین تقاضای زیادی برای خطوط لوله مقاوم در برابر-سایش{2}}طولانی مدت برای به حداقل رساندن خطرات نگهداری و نشت دارند. لوله‌های کامپوزیت پچ سرامیکی به دلیل ساختار انعطاف‌پذیر و پیچیدگی کم نوسازی، آماده هستند تا سهم بازار خود را در بازسازی‌های قدیمی خطوط لوله افزایش دهند. در سطح مواد، توسعه مواد خام سرامیکی بوکسیت با خلوص کم-هزینه بالا-و چسب‌های ساختاری انعطاف‌پذیر با دمای بالا در حال انجام است تا هزینه کلی لوله‌های کامپوزیت را کاهش دهد. علاوه بر این، لکه‌های سرامیکی کامپوزیتی کاربردی که ترکیبی از مقاومت در برابر سایش و خواص ضد الکتریسیته ساکن هستند برای خطوط لوله ضد انفجار گرد و غبار زغال‌سنگ-در حال توسعه هستند. در نتیجه، لوله‌های کامپوزیت وصله سرامیکی بر محدودیت‌های لوله‌های مقاوم در برابر سایش از نظر پردازش شکل و نگهداری غلبه می‌کنند، چقرمگی لوله‌های فولادی را با مقاومت سایشی برتر سرامیک‌های آلومینا یکپارچه می‌کنند و در نتیجه راه‌حل خط لوله ضد سایش مقرون‌به‌صرفه ارائه می‌دهند. اگرچه سرمایه گذاری اولیه ساخت و ساز از لوله های فولادی معمولی فراتر می رود، مزایای عمر مفید طولانی، نگهداری راحت، حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست آن را به یک کاربرد غیرقابل جایگزین در خطوط لوله انتقال مواد فله تبدیل می کند. در آینده، انتظار می‌رود که تبدیل به فناوری پوشش استاندارد برای تحولات خط لوله مقاوم در برابر سایش در انرژی حرارتی، معدن، متالورژی، و سایر صنایع سنگین شود و تحقق عملیات ایمن، سبز و کم کربن{{17} در صنایع سنگین سنتی را تسهیل کند.

لوله کامپوزیت پچ سرامیکی