Casestudy: Waarom een chemische fabriek overstapte van RB-SiC naar SSiC
Een chemische verwerkingsinstallatie die in een zure omgeving werkzaam was, gebruikte onderdelen gemaakt van reactiegebonden siliciumcarbide (RB-SiC) voor pompdichtingen en corrosiebestendige structurele onderdelen.Het systeem werd blootgesteld aan geconcentreerd zwavelzuur (H2SO4) bij verhoogde temperaturen van ongeveer 100 °C.
Na enkele maanden exploitatie werd in de installatie een geleidelijke afname van de prestaties waargenomen, waaronder oppervlakte-erosie en dimensionale veranderingen in bepaalde RB-SiC-componenten.
Om de levensduur en de operationele stabiliteit te verbeteren, evalueerde het engineeringteam drukloos gesinterd siliciumcarbide (SSiC) als alternatief materiaal.
De materialenanalyse toonde aan dat deonderdelen van met reactie gebonden siliciumcarbide (RB-SiC)bevatten ongeveer 10~15% vrije siliciumfase.
In sterk zure omgevingen kan dit restsilicon selectieve corrosie ondergaan, waardoor de materiaalstructuur geleidelijk wordt verzwakt en de betrouwbaarheid op lange termijn wordt verminderd.
Als gevolg hiervan wordt de materiaalstructuur geleidelijk verzwakt, wat leidt tot:
- Corrosie van het oppervlak
- Verminderde mechanische sterkte
- Verhoogde onderhoudsfrequentie
- Kortere levensduur van onderdelen
De testgegevens onder zwavelzuuromstandigheden lieten een significant verschil zien in de corrosiegraad:
- SSiC:10,8 mg/cm2·jaar
- RB-SiC:550,0 mg/cm2·jaar
Dit verschil werd van cruciaal belang bij langdurige continue werking.
De installatie heeft verschillende onderdelen van RB-SiC vervangen dooronderdelen van onder druk gesinterd siliciumcarbide (SSiC)vervaardigd met een hoge dichtheidscontrole.
Belangrijkste kenmerken van het materiaal:
- dichtheid ≥ 3,05 g/cm3,
- Open porositeit bijna nul,
- geen vrije siliciumfase,
- een buigsterkte van ≥ 380 MPa,
- en stabiele prestaties bij hoge temperaturen.
Na de overstap naar SSiC-componenten werd in de fabriek een aantal verbeteringen waargenomen:
- Verbeterde corrosiebestendigheid
De afwezigheid van vrij silicium verminderde de zuuraanval aanzienlijk. - Langere levensduur
De vervangingsintervallen van componenten zijn merkbaar toegenomen. - Een stabielere werking
Dimensionale stabiliteit onder thermische en chemische stress verbeterd. - Verminderde onderhoudsonderhoudstijden
Lagere corrosiepercentages leidden tot minder stopzetting voor onderdeelvervanging.
Het belangrijkste verschil tussenSSiC-keramische materialenensystemen met een reactiegebonden siliciumcarbide (RB-SiC)ligt in de aanwezigheid van vrij silicium.
RB-SiC bevat residuele silicium gevormd tijdens reactie-infiltratie, terwijl SSiC een dichte, volledig gesinterde SiC-structuur vormt zonder een secundaire siliciumfase.
In sterk corrosieve omgevingen, met name bij zuren, wordt de siliciumfase in RB-SiC het zwakke punt van het materiaal.
Dit maakt SSiC een betere keuze voor:
- Chemische verwerkingsapparatuur
- Corrosiebestendige pomponderdelen
- Zuuromgevingen bij hoge temperatuur
Bij de keuze tussen SSiC en Reaction Bonded SiC speelt de bedrijfsomgeving een cruciale rol.
Voor toepassingen waarbij:
- Hoge temperatuur (> 1200°C)
- Sterke zuren of corrosieve chemicaliën
- Langetermijnvereisten voor structurele stabiliteit
SSiC zorgt meestal voor een betere prestatie op lange termijn.
RB-SiC blijft een levensvatbare oplossing voor toepassingen waar kostenefficiëntie een prioriteit is en de bedrijfsomgeving minder agressief is.
Onder drukloze sintering van siliciumcarbide (SSiC) worden componenten op grote schaal gebruikt in:
- chemische verwerkingssystemen,
- corrosiebestendige pomponderdelen,
- zegelringen,
- en hoge temperatuur zure omgevingen.
De belangrijkste voordelen zijn:
- uitstekende zuurbestandheid,
- geen vrije siliciumfase,
- lage porositeit,
- De Commissie is van mening dat de Commissie de nodige inspanningen moet leveren om de structurele problemen op te lossen en de structurele stabiliteit op lange termijn te verbeteren.
Verken:
