Problem, o którym nikt nie mówi, dopóki coś nie pójdzie nie tak

Inżynier produkcji w fabryce ogniw litowo-jonowych-opisał kiedyś moment, w którym zdał sobie sprawę, że wybór zaworu kosztował ich pieniądze przez lata. Objawem nie była dramatyczna awaria -, było to coś spokojniejszego: niespójność partii. Ogniwa z tej samej linii, tego samego dnia, z nieco inną rezystancją wewnętrzną. Przyczyną, ostatecznie zidentyfikowaną poprzez systematyczną eliminację, było gromadzenie się resztkowego elektrolitu w martwych strefach zaworów o zmniejszonym-prześwicie na linii przesyłowej. Zanieczyszczona- pozostałość wystarczyła, aby przesunąć stosunek elektrolitu-do-elektrody poza akceptowalną tolerancję.

Jest to rodzaj problemu, który nie pojawia się w arkuszu danych zaworu. Pojawia się w raporcie zysków.

Postępowanie z elektrolitem podczas produkcji akumulatorów litowych jest bezlitosne. Sól głównego elektrolitu - heksafluorofosforan litu (LiPF₆) - reaguje agresywnie ze śladową wilgocią, tworząc jako produkt uboczny kwas fluorowodorowy (HF). Elektrolity-do akumulatorów muszą utrzymywać zawartość wody poniżej 20 ppm. Na tym poziomie czułości każdy element układu przesyłowego, w tym zawory, staje się zmienną, która albo chroni jakość, albo ją pogarsza.

Wybór zaworu nie jest kwestią przemyślenia po zakupie. Jest to decyzja inżynierii procesowej.

 

 

Dlaczego zawór kulowy 3-częściowy jest właściwym punktem wyjścia

Termin „3 PC” odnosi się do trzy-częściowej konstrukcji korpusu: centralnego korpusu zaworu mieszczącego kulę i trzpień, po bokach którego znajdują się dwie niezależnie zdejmowane zaślepki przykręcone do rurociągu. To właśnie ta modułowa architektura odróżnia go od jedno-i dwuczęściowych-konstrukcji stosowanych w środowiskach-krytycznych podczas konserwacji.

W standardowym jednoczęściowym zaworze-każda awaria wewnętrzna oznacza całkowite odcięcie zaworu od rurociągu. Dwu-zawór dwuczęściowy nieco poprawia tę sytuację, ale dostęp do wnętrza w dalszym ciągu wymaga znacznych zakłóceń w rurociągu. TheZawór kulowy 3 sztnatomiast umożliwia technikowi zajmującemu się konserwacją usunięcie korpusu centralnego - odsłaniając kulę, gniazda i uszczelki - bez zakłócania połączeń rurociągu. Zaślepki pozostają na swoim miejscu, przykręcone do rury.

W produkcji akumulatorów litowych, gdzie linie przesyłowe często przebiegają przez kontrolowane, suche pomieszczenia o rygorystycznych wymaganiach atmosferycznych, „zakłócenie rurociągu” nie jest trywialnym określeniem. Za każdym razem, gdy linia jest otwarta, istnieje ryzyko przedostania się wilgoci. Każde zdarzenie związane z wilgocią oznacza potencjalną utratę partii. Możliwość serwisowania-in-line 3-częściowego zaworu kulowego to zatem nie tylko wygoda, - to strategia kontroli zanieczyszczeń.

W przypadku obiektów działających na dużą skalę, gdzie częstotliwość konserwacji zaworów może odbywać się co tydzień ze względu na zużycie gniazd PTFE w wyniku powtarzających się cykli, różnica w robociźnie i przestojach między dwu- a trzy- częściami konstrukcyjnymi szybko się zmniejsza. Ostrożne szacunki oparte na opublikowanych wzorcach konserwacji sugerują, że-inline wymiana gniazda w przypadku konstrukcji z 3 komputerami PC zajmuje około 40% mniej czasu niż równoważna praca wymagająca częściowego usunięcia przewodu. W 20-zaworowym systemie przesyłu elektrolitu, przełączanym wielokrotnie na zmianę, różnica ta staje się istotna operacyjnie w ciągu jednego kwartału.

 

Pełne-wymagania dotyczące portu: fizyka przepływu spełnia wymagania chemiczne baterii

„Pełny-port” (zwany także pełnym-przelotem) oznacza, że ​​wewnętrzna średnica otworu kulowego zaworu dokładnie odpowiada nominalnej średnicy podłączonego rurociągu. Zawór przelotowy o średnicy 2-cali-ma otwór przelotowy o średnicy 2-przez kulę. Zawór-z zmniejszonym przelotem o tym samym nominalnym rozmiarze ma zazwyczaj otwór mniejszy o jeden rozmiar rury – zwykle około 1,5 cala – co powoduje zwężenie ścieżki przepływu.

To zwężenie ma dwie konsekwencje, które mają szczególne znaczenie w transporcie elektrolitu.

Po pierwsze spadek ciśnienia.Zredukowane-zawory przelotowe generują większy opór przepływu, co oznacza, że ​​pompa transferowa musi pracować ciężej, aby przetłoczyć tę samą objętość elektrolitu w tym samym czasie. W przypadku preparatów elektrolitowych o wysokiej-lepkości - szczególnie tych, w których stosuje się stężony LiPF₆ w mieszankach rozpuszczalników węglanowych - nie jest to pomijalne. Współczynnik przepływu (Cv) zaworu z pełnym-portem jest zazwyczaj o 20–30% wyższy niż jego odpowiednik ze zmniejszonym-portem. Dla inżynierów-dobierających pompy różnica ta często decyduje o tym, czy mniejsza i tańsza pompa jest opłacalna, a jedno przemysłowe studium przypadku udokumentowało oszczędności energii pompy wystarczające do odzyskania premii za koszt zaworu w ciągu 18 miesięcy.

Po drugie, martwe strefy i gromadzenie się pozostałości.Skok średnicy utworzony przez-zmniejszony przelot otworu to nie tylko ograniczenie przepływu -, to geometria, w której gromadzi się wolno-przepływający lub stojący płyn. Podczas pracy z elektrolitem zastały płyn ulega degradacji. LiPF₆ jest niestabilny termicznie; nawet w temperaturze otoczenia długotrwały kontakt statyczny ze śladową wilgocią w niewłaściwie oczyszczonej linii zainicjuje rozkład. Zawór kulowy-z pełnym przelotem całkowicie eliminuje to przejście średnicy. Gdy zawór jest otwarty, droga przepływu jest geometrycznie ciągła z rurą. Po zamknięciu gładka kulista powierzchnia nie pozostawia wgłębień, w których mogłaby gromadzić się ciecz.

Z tego też powodu w przypadku tłoczenia rurociągu- wymagana jest konstrukcja z pełnym otworem, - praktyka polegająca na przepuszczaniu zatyczki czyszczącej przez rurociąg w celu wyparcia resztek płynu. Pigging jest coraz częściej stosowany w-wysokoprzepustowych systemach elektrolitów jako metoda oczyszczania pomiędzy-partiami. Jest to fizycznie niemożliwe w przypadku-zaworu o zmniejszonym otworze, ponieważ tłok nie może przejść przez zwężenie.

 

Wybór materiału: gdzie chemia spotyka się z metalurgią

Odporność na korozję w elektrolitach to nie pole wyboru -, to hierarchia decyzji. Powierzchnie zwilżane dowolnego zaworu w wykonaniu LiPF₆ powinny być wykonane co najmniej ze stali nierdzewnej 316L, z korpusem odlewanym w gatunku CF8M w przypadku korpusów zaworów wytwarzanych metodą odlewania metodą traconego wosku. Oznaczenie „L” w 316L odnosi się do niskiej zawartości węgla, która zmniejsza ryzyko uczulenia w strefach spawania i poprawia odporność na korozję międzykrystaliczną w wyniku narażenia na działanie HF.

Materiały gniazd i uszczelek są zgodne z jasną kolejnością preferencji: PTFE (politetrafluoroetylen) do zastosowań standardowych, RPTFE (wzmocniony PTFE) do zastosowań z wyższą-cyklią oraz FFKM (perfluoroelastomer) do-o-ringów i uszczelek trzpienia, gdzie wymagana jest maksymalna odporność chemiczna. Standardowe elastomery nitrylowe (NBR) lub EPDM są niekompatybilne z rozpuszczalnikami elektrolitowymi-na bazie węglanów i pęcznieją lub ulegają degradacji w ciągu tygodni od ekspozycji, co prowadzi do uszkodzenia uszczelnienia i wycieku.

Jeden szczegół konstrukcyjny, który warto wyraźnie określić: funkcja zapobiegająca-wyrzuceniu trzpienia. Pod wpływem cyklicznych zmian ciśnienia nieprawidłowo zaprojektowany trzpień może zostać wypchnięty z korpusu zaworu -, co powoduje awarię, która powoduje natychmiastową drogę wycieku. Jest to znane ryzyko w zastosowaniach z zaworami-o dużym cyklu i powinno zostać potwierdzone jako standardowa cecha konstrukcyjna, a nie opcjonalna modernizacja, w przypadku dowolnego zaworu przeznaczonego do użytku z elektrolitem.

 

Łączenie tego: konkretny przykład produktu

LeadtekaZawory kulowe uruchamiane ze stali nierdzewnej(Gwintowany zawór kulowy 3-częściowy z podkładką montażową, seria Code 30-0C200) ilustruje, jak w praktyce wygląda prawidłowo dobrany zawór do tego zastosowania. Korpus zaworu i pokrywy końcowe są-odlewane metodą traconego materiału CF8M z precyzyjnie-obrobioną kulką ze stali nierdzewnej 316. Opcje siedzeń wahają się od RPTFE (o kącie znamionowym do 160 stopni) do TFM4215 (o kącie znamionowym do 240 stopni). Trzpień ma geometrię zapobiegającą-wyrzuceniu i-zarysowaniu. Pełny przelot-przelotu- potwierdzony we wszystkich wariantach serii – pasuje do identyfikatora rury bez ograniczeń.

Podkładka montażowa ISO5211 na korpusie zaworu to często-zaniedbywany punkt specyfikacji: zapewnia ustandaryzowany interfejs dla siłowników pneumatycznych lub elektrycznych, co oznacza, że ​​ten sam korpus zaworu można uruchomić jako zawór ręczny w skali pilotażowej i zmodernizować do automatycznego uruchamiania bez zmiany zaworu lub jego połączeń w miarę zwiększania się linii do pełnej produkcji. W przypadku zakładów produkujących baterie litowe, które jednocześnie zwiększają wydajność i automatyzują etapy procesu, elastyczność ta ma prawdziwą wartość kapitałową.

Dostępne ciśnienia znamionowe obejmują zakres od PN25 (typ 30-0C200 / LTS) do PN150 (typ 30-0C2A0 / 2000WOG), obejmując wszystko, od transportu elektrolitu pod ciśnieniem atmosferycznym po wysokociśnieniowe systemy wtrysku.

Zawory kulowe uruchamiane ze stali nierdzewnej Leadtek

 

Podsumowanie: co określić i dlaczego

Przy wyborze zaworów do linii przesyłu elektrolitu w produkcji akumulatorów litowych logika decyzyjna ogranicza się do krótkiej listy kontrolnej:

Konstrukcja nadwozia:3 komputery PC umożliwiające-obsługę bezpośrednio w sieci. Nie należy przyjmować-zaworów dwuczęściowych do żadnej linii, w której częstotliwość wymiany gniazda przekracza raz na sześć miesięcy.

Rozmiar portu:Tylko pełny-przelot. Zredukowane-zawory przelotowe powodują ograniczenia przepływu, gromadzenie się-stref martwych i niezgodność tłoków, które są strukturalnie nie do pogodzenia z wymogami czystości elektrolitu.

Materiał korpusu i kulki:Stal nierdzewna 316L/CF8M. Potwierdź za pomocą certyfikatu materiału, a nie tylko roszczeń z arkusza specyfikacji.

Materiał siedziska:minimum PTFE; Gatunki RPTFE lub TFM do pracy w-wysokim cyklu lub w podwyższonej-temperaturze. Określ FFKM dla wszystkich uszczelek elastomerowych.

Konstrukcja trzpienia:Funkcja zapobiegania-wyrzucaniu jako specyfikacja obowiązkowa, a nie opcjonalna.

Interfejs uruchamiania:Podkładka montażowa ISO5211 zapewniająca przyszłą kompatybilność siłownika, nawet jeśli początkowa instalacja jest ręczna.

Inwestycja w prawidłowo dobrany zawór kulowy 3-częściowy jest realna. Podobnie jest z kosztem błędnie określonym -, który po prostu pojawia się później i pojawia się w danych dotyczących plonów, a nie na fakturze.

 

Często zadawane pytania

P: Czy mogę użyć 2-częściowego zaworu kulowego do przesyłu elektrolitu, aby obniżyć koszty?
Odpowiedź: Można, ale obliczenie całkowitego kosztu posiadania rzadko przemawia na korzyść. Zaworu dwu-nie można serwisować-w linii, co oznacza, że ​​jakakolwiek wymiana gniazda lub czyszczenie wewnętrzne wymaga częściowego demontażu linii. W suchym pomieszczeniu, gdzie kontrola atmosfery ma kluczowe znaczenie, każde-otwarcie linii niesie ze sobą ryzyko skażenia, które jest trudne do oszacowania, ale niemożliwe do wyeliminowania. W przypadku-niekrytycznych przewodów wtórnych - chłodziwa, na przykład - rozsądnym rozwiązaniem jest-zawór dwuczęściowy. W przypadku pierwotnego przesyłu elektrolitu użyteczność konstrukcji składającej się z 3 komputerów jest warta różnicy w cenie.

P: Jaka jest różnica między gniazdami zaworów kulowych z PTFE i RPTFE i które należy zastosować?
Odp.: PTFE (politetrafluoroetylen) to standardowy materiał gniazd do zastosowań chemicznych, - chemicznie obojętny, o niskim tarciu i kompatybilny z elektrolitami na bazie LiPF₆-. RPTFE (wzmocniony PTFE) dodaje włókno szklane lub wypełniacz węglowy, aby poprawić stabilność wymiarową pod wielokrotnym obciążeniem ściskającym, co znacznie wydłuża żywotność gniazda w zastosowaniach wymagających dużej-cyklizacji. W przypadku linii napełniania elektrolitem, które pracują cyklicznie częściej niż pięć razy na godzinę, lepszym wyborem są siedzenia klasy RPTFE lub TFM-.

P: Czy konstrukcja-z pełnym otworem wpływa na moment obrotowy wymagany do obsługi zaworu?
O: Tak, nieznacznie. Kula z pełnym-portem jest fizycznie większa niż kula ze zmniejszonym-portem o tym samym nominalnym rozmiarze, co zwiększa powierzchnię gniazda, a tym samym moment zrywający - siłę potrzebną do rozpoczęcia otwierania zaworu wbrew ciśnieniu w układzie. W praktyce w przypadku zaworów o średnicy do 2 cali różnica ta jest na tyle mała, że ​​praktyczna pozostaje obsługa ręczna. W przypadku większych rozmiarów lub przewodów-wysokociśnieniowych wzrost momentu obrotowego jest jednym z kilku powodów, dla których preferowane jest działanie uruchamiane (pneumatyczne lub elektryczne), a kompatybilność podkładek montażowych ISO5211 ułatwia wybór siłownika.

P: Jak często należy wymieniać uszczelki gniazd w ramach serwisu elektrolitu LiPF₆?
Odp.: Okres międzyobsługowy zależy w dużym stopniu od częstotliwości cykli, temperatury i konkretnego składu elektrolitu. Jako ogólny punkt odniesienia przyjmuje się, że gniazda PTFE w-cyklu umiarkowanym (10–30 uruchomień dziennie) zwykle wykazują mierzalne zużycie po 6–12 miesiącach. Gatunki RPTFE i TFM wydłużają ten okres do 18–24 miesięcy na podobnych warunkach. Praktyczną zaletą 3-częściowego zaworu kulowego jest to, że inspekcję i wymianę można przeprowadzić w zaplanowanym oknie konserwacyjnym bez wyłączania linii -, co oznacza, że ​​można dokonać wymiany zgodnie z harmonogramem kalendarzowym, zamiast czekać na wyciek, który wymusi problem.

P: Czy stal nierdzewna jest wystarczająca dla wszystkich zwilżanych elementów, czy też wymagane są powłoki?
Odp.: W przypadku większości standardowych preparatów elektrolitów LiPF₆ w rozpuszczalnikach węglanowych stal nierdzewna 316L zapewnia odpowiednią odporność na korozję korpusu zaworu i kuli. Tam, gdzie przewidywane jest długotrwałe narażenie na produkty rozkładu HF, - szczególnie w liniach, które nie są regularnie czyszczone, - wyściółka lub powłoka PTFE na wewnętrznych powierzchniach otworów zapewnia znaczący margines ochrony. W przypadku uszczelek i gniazd materiały z rodziny PTFE- są zawsze preferowane w stosunku do styków metalicznych, niezależnie od podstawowego materiału korpusu.