Fallstudie: Warum eine chemische Verarbeitungsanlage von RB-SiC auf SSiC wechselte
In einer in einer sauren Umgebung betriebenen chemischen Verarbeitungsanlage wurden Komponenten aus Reaktionsgebundenem Siliziumkarbid (RB-SiC) für Pumpendichtungen und korrosionsbeständige Bauteile verwendet.Das System wurde konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) bei erhöhten Temperaturen von etwa 100 °C ausgesetzt..
Nach mehreren Betriebsmonaten zeigte sich bei der Anlage eine allmähliche Verschlechterung der Leistung, einschließlich Oberflächenerosion und Dimensionsänderungen bei bestimmten RB-SiC-Komponenten.
Um die Lebensdauer und die Betriebstabilität zu verbessern, bewertete das Ingenieurteam Druckloses Sintertes Siliziumkarbid (SSiC) als alternatives Material.
Die Analyse der Materialien ergab, daß dieReaktionsgebundene Siliziumkarbid-Komponenten (RB-SiC)enthielt etwa 10~15% freies Silizium.
In stark sauren Umgebungen kann dieses Restsilikon selektiver Korrosion unterzogen werden, wodurch die Materialstruktur allmählich geschwächt und die langfristige Zuverlässigkeit reduziert wird.
Als Ergebnis schwächt sich die Materialstruktur allmählich ab, was zu folgenden Folgen führt:
- Oberflächenkorrosion
- Verringerte mechanische Festigkeit
- Erhöhte Wartungsfrequenz
- Kürzere Lebensdauer der Bauteile
Die Prüfdaten unter Schwefelsäure zeigten einen signifikanten Unterschied in der Korrosionsgeschwindigkeit:
- SSiC:10,8 mg/cm2·Jahr
- RB-SiC:550,0 mg/cm2·Jahr
Dieser Unterschied wurde für den langfristigen Dauerbetrieb kritisch.
Die Anlage ersetzte mehrere RB-SiC-Teile durchmit einer Breite von mehr als 20 mm,mit hoher Verdichtungskontrolle hergestellt.
Zu den wichtigsten Materialmerkmalen gehören:
- Dichte ≥ 3,05 g/cm3,
- Nähe von Null offenen Porosität,
- keine freie Siliziumphase,
- eine Biegefestigkeit von ≥ 380 MPa,
- und eine stabile Hochtemperaturleistung.
Nach der Umstellung auf SSiC-Komponenten wurde in der Anlage mehrere Verbesserungen festgestellt:
- Verbesserte Korrosionsbeständigkeit
Das Fehlen von freiem Silizium reduzierte den Säureangriff deutlich. - Längere Lebensdauer
Die Intervalle für den Ersatz von Komponenten erhöhten sich merklich. - Stabiler Betrieb
Die Dimensionsstabilität unter thermischer und chemischer Belastung verbessert. - Verkürzte Unterhaltszeit
Eine geringere Korrosionsrate führte zu weniger Abschaltungen für den Ersatz von Teilen.
Der Hauptunterschied zwischenSSiC-KeramikmaterialienundReaktionsgebundene Siliziumkarbid (RB-SiC) -SystemeLiegt in der Gegenwart von freiem Silizium.
RB-SiC enthält während der Reaktionsinfiltration gebildetes Restsilikon, während SSiC eine dichte, voll gesinterte SiC-Struktur ohne sekundäre Siliziumphase bildet.
In stark ätzenden Umgebungen, insbesondere Säuren, wird die Siliziumphase in RB-SiC zum schwachen Punkt des Materials.
Dies macht SSiC zu einer geeigneteren Wahl für:
- Ausrüstung für die chemische Verarbeitung
- Korrosionsbeständige Pumpenkomponenten
- Hochtemperatursäure Umgebungen
Bei der Wahl zwischen SSiC und Reaktionsgebundenem SiC spielt die Betriebsumgebung eine entscheidende Rolle.
Für Anwendungen, die Folgendes betreffen:
- Hohe Temperatur (> 1200°C)
- starke Säuren oder ätzende Chemikalien
- Langfristige Anforderungen an die strukturelle Stabilität
SSiC bietet in der Regel eine bessere langfristige Leistung.
RB-SiC bleibt eine praktikable Lösung für Anwendungen, bei denen die Kosteneffizienz eine Priorität hat und die Betriebsumgebung weniger aggressiv ist.
Drucklose gesinterte Siliziumkarbid-Komponenten (SSiC) werden weit verbreitet in
- chemische Verarbeitungssysteme,
- Korrosionsbeständige Pumpenkomponenten,
- Siegelringe,
- und hochtemperaturierte saure Umwelt.
Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
- ausgezeichnete Säurebeständigkeit,
- keine freie Siliziumphase,
- geringe Porosität,
- und langfristige strukturelle Stabilität.
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