Težava, o kateri nihče ne govori, dokler ne gre kaj narobe

Proizvodni inženir v obratu za litij{0}}ionske celice je nekoč opisal trenutek, ko so ugotovili, da jih je izbira ventila leta stala. Simptom ni bila dramatična napaka - bilo je nekaj tišjega: nedoslednost serije. Celice iz iste linije, isti dan, z nekoliko drugačnim notranjim uporom. Krivec, ki so ga sčasoma izsledili s sistematičnim izločanjem, je bilo kopičenje preostalega elektrolita v mrtvih conah ventilov z zmanjšano-vrtino na prenosnem vodu. Kontaminirani-prenos je bil dovolj, da je razmerje med-in-elektrodami premaknilo čez sprejemljivo toleranco.

To je vrsta težave, ki se ne pojavi na podatkovnem listu ventilov. Pokaže se v vašem poročilu o donosu.

Ravnanje z elektrolitom pri izdelavi litijevih baterij je neprizanesljivo. Primarna sol elektrolita - litijev heksafluorofosfat (LiPF₆) - reagira agresivno s sledovi vlage, pri čemer kot stranski produkt nastane fluorovodikova kislina (HF). Baterijski-elektroliti morajo ohranjati vsebnost vode pod 20 ppm. Na tej stopnji občutljivosti vsaka komponenta v prenosnem sistemu, vključno z ventili, postane spremenljivka, ki ščiti kakovost ali jo spodkopava.

Izbira ventila ni naknadna misel pri nabavi. Gre za odločitev procesnega inženiringa.

 

 

Zakaj je krogelni ventil 3 PC pravilno izhodišče

Izraz »3 PC« se nanaša na tri-delno konstrukcijo ohišja: osrednje telo ventila, v katerem sta krogla in steblo, obdano z dvema neodvisno odstranljivima končnima pokrovoma, privijačenima na cevovod. Ta modularna arhitektura je tisto, kar ga ločuje od-enodelnih in dvo-delnih zasnov v vzdrževalnih-kritičnih okoljih.

Pri standardnem enodelnem-ventilu vsaka notranja okvara pomeni popolno odstranitev ventila iz linije. Dvo{2}}delni ventil to nekoliko izboljša, vendar notranji dostop še vedno zahteva znatno motnjo v cevovodu. The3 Kroglični ventil PC, nasprotno pa omogoča vzdrževalcu, da odstrani osrednje telo - in pri tem razkrije kroglo, sedeže in tesnila -, ne da bi motil povezave cevovoda. Končni pokrovi ostanejo na mestu, pritrjeni na cev.

V proizvodnji litijevih baterij, kjer prenosne linije pogosto potekajo skozi nadzorovane suhe prostore s strogimi atmosferskimi zahtevami, "motnja v cevovodu" ni nepomembna fraza. Vsakič, ko je linija odprta, tvegate vdor vlage. Vsak dogodek vlage je potencialna izguba serije. Možnost-uporabnosti 3-komponentnega krogelnega ventila v liniji torej ni le udobje -, temveč strategija nadzora kontaminacije.

Za objekte, ki delujejo v velikem obsegu, kjer je pogostost vzdrževanja ventilov lahko tedenska zaradi obrabe sedeža iz PTFE pri ponavljajočih se ciklih, se razlika v delu in času izpadov med dvo- in tri- delno zasnovo hitro poveča. Konzervativna ocena, ki temelji na objavljenih merilih uspešnosti vzdrževanja, kaže, da menjava-linijskega sedeža pri zasnovi s tremi osebnimi računalniki traja približno 40 % manj časa kot enakovredno delo, ki zahteva delno odstranitev vrvice. V sistemu za prenos elektrolita z 20 ventili, ki se večkrat vklopi na izmeno, ta razlika postane operativno pomembna v enem samem četrtletju.

 

Popolna-zahteva za priključke: fizika toka se sreča s kemijo baterije

»Polna-priključka« (imenovana tudi polna-premer) pomeni, da se notranji premer kroglične odprtine ventila natančno ujema z nazivno izvrtino povezanega cevovoda. 2-palčni polno{7}}ventil ima 2-palčno odprtino skozi kroglo. Ventil z zmanjšano{10}}priključkom enake nazivne velikosti ima običajno odprtino za eno velikost cevi manjšo - običajno približno 1,5 palca - kar ustvarja zožitev na poti pretoka.

Ta zožitev ima dve posledici, ki sta pomembni zlasti pri prenosu elektrolitov.

Prvič, padec tlaka.Zmanjšani-ventili ustvarjajo večjo odpornost proti pretoku, kar pomeni, da mora vaša črpalka za prenos delati močneje, da premakne enako količino elektrolita v istem času. Pri formulacijah elektrolitov z visoko{2}}viskoznostjo -, zlasti tistih, ki uporabljajo koncentriran LiPF₆ v mešanicah karbonatnih topil -, to ni zanemarljivo. Koeficient pretoka (Cv) ventila s polno{6}}priključkom je običajno 20–30 % višji od enakovrednega-zmanjšanega pretoka. Za inženirje-dimenzioniranja črpalk ta razlika pogosto določa, ali je manjša, cenejša črpalka izvedljiva, ena industrijska študija primera pa je dokumentirala prihranek energije črpalke, ki je zadosten za povrnitev premije stroškov ventila v 18 mesecih.

Drugič, mrtve cone in preostalo združevanje.Stopnica premera, ki nastane zaradi zmanjšanega-prehoda izvrtine, ni le omejitev pretoka -, je geometrija, kjer se zbira počasi-gibajoča se ali stoječa tekočina. Pri servisiranju elektrolitov se ta zastala tekočina razgradi. LiPF₆ je toplotno nestabilen; celo pri sobni temperaturi bo dolgotrajen statični stik s sledovi vlage v nepravilno očiščenem vodu sprožil razgradnjo. Krogelni ventil s polnimi-priključki v celoti odpravi ta prehod premera. Ko je ventil odprt, je pot toka geometrijsko neprekinjena s cevjo. Ko je zaprta, gladka sferična površina krogle ne pušča nobenih vdolbin, kjer bi se tekočina lahko neopazno nabirala.

To je tudi razlog, zakaj je potrebna popolna-zasnova odprtin za zapiranje cevovoda - praksa prehajanja čistilnega čepa skozi cev, da izpodrine preostalo tekočino. Pigging se vse pogosteje uporablja v-elektrolitskih sistemih z visoko pretočnostjo kot med-metoda čiščenja v serijah. To je fizično nemogoče z zmanjšanim-priključnim ventilom, ker prašič ne more skozi zožitev.

 

Izbira materiala: kjer se kemija sreča z metalurgijo

Odpornost proti koroziji pri servisiranju elektrolitov ni potrditveno polje -, temveč hierarhija odločitev. Omočene površine katerega koli ventila v uporabi z LiPF₆ morajo biti določene kot najmanj iz nerjavečega jekla 316L, z razredom litega telesa CF8M za telesa ventilov, izdelana z vlitjem. Oznaka "L" v 316L se nanaša na nizko vsebnost ogljika, kar zmanjša tveganje preobčutljivosti na zvarnih območjih in izboljša odpornost proti interkristalni koroziji zaradi izpostavljenosti HF.

Materiali za sedeže in tesnila sledijo jasnemu prednostnemu vrstnemu redu: PTFE (politetrafluoroetilen) za standardno uporabo, RPTFE (ojačani PTFE) za aplikacije z višjim -ciklom in FFKM (perfluoroelastomer) za O-tesnila in tesnila stebla, kjer se zahteva največja kemična odpornost. Standardni nitrilni (NBR) ali EPDM elastomeri niso združljivi z elektrolitnimi topili na osnovi karbonata- in bodo nabreknili ali se razgradili v nekaj tednih po izpostavljenosti, kar bo povzročilo okvaro tesnila in puščanje.

Ena podrobnost zasnove, ki jo je vredno izrecno navesti: funkcija proti-izmetu stebla. Pod nihanjem tlaka lahko neustrezno zasnovano steblo iztisne iz ohišja ventila - način okvare, ki povzroči takojšnjo pot puščanja. To je znano tveganje pri-aplikacijah ventilov z visokim ciklom in bi ga bilo treba potrditi kot standardno zasnovo, ne kot izbirno nadgradnjo, za kateri koli ventil, ki se uporablja za servisiranje elektrolitov.

 

Sestavljanje: primer posebnega izdelka

LeadtekovaKroglični ventili iz nerjavečega jekla(3PC navojni krogelni ventil z montažno podlogo, koda 30-serija 0C200) ponazarja, kako v praksi izgleda pravilno določen ventil za to aplikacijo. Telo ventila in končni pokrovi so-liti iz CF8M z natančno-strojno obdelano kroglo iz nerjavečega jekla 316. Možnosti sedeža segajo od RPTFE (ocenjeno do 160 stopinj) do TFM4215 (ocenjeno do 240 stopinj). Držalo vključuje geometrijo proti-izmetu in proti-praskam. Prehod s-polno izvrtino - potrjen v vseh različicah v seriji – brez omejitev se ujema z ID-jem cevi.

Montažna ploščica ISO5211 na ohišju ventila je pogosto-spregledana specifikacijska točka: zagotavlja standardiziran vmesnik za pnevmatske ali električne aktuatorje, kar pomeni, da je isto ohišje ventila mogoče naročiti kot ročni ventil v pilotnem merilu in nadgraditi na avtomatizirano proženje, ne da bi spremenili ventil ali njegove povezave, ko se linija poveča na polno proizvodnjo. Za obrate za proizvodnjo litijevih baterij, ki hkrati povečujejo zmogljivost in avtomatizirajo procesne korake, ima ta prilagodljivost resnično kapitalsko vrednost.

Razpoložljive ocene tlaka segajo od PN25 (30-0C200 / tip LTS) do PN150 (30-0C2A0 / 2000WOG tip), ki zajemajo vse od prenosa shranjevanja elektrolita pri atmosferskem tlaku do visokotlačnih sistemov za vbrizgavanje.

Kroglični ventili Leadtek iz nerjavečega jekla

 

Povzetek: Kaj navesti in zakaj

Pri izbiri ventilov za linije za prenos elektrolita v proizvodnji litijevih baterij se logika odločitve zmanjša na kratek kontrolni seznam:

Konstrukcija telesa:3 osebni računalniki za-linijsko servisiranje. Ne sprejemajte dvodelnih-delnih ventilov za nobeno linijo, kjer pogostost zamenjave sedeža presega enkrat na šest mesecev.

Velikost vrat:Samo -polno izvrtino. Ventili z zmanjšanimi-priključki uvajajo omejitve pretoka, združevanje-mrtvih območij in nezdružljivost praznjenja, ki so strukturno nezdružljive z zahtevami glede čistosti elektrolita.

Material telesa in žoge:Nerjaveče jeklo 316L / CF8M. Potrdite s certifikacijo materiala, ne le s trditvami v specifikacijah.

Material sedeža:najmanj PTFE; Razredi RPTFE ali TFM za uporabo pri visokih-cikličnih ali povišanih{1}}temperaturah. Določite FFKM za vsa elastomerna tesnila.

Oblika stebla:Funkcija proti-izmetu kot obvezna specifikacija, ni izbirna.

Aktivacijski vmesnik:Montažna podloga ISO5211 za prihodnjo združljivost aktuatorja, tudi če je začetna namestitev ročna.

Naložba v pravilno določen krogelni ventil 3 PC je realna. Enako velja za strošek napačno določenega - le prispe pozneje in prispe v podatke o donosu namesto na vašem računu.

 

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Ali lahko za prenos elektrolita uporabim krogelni ventil 2 PC, da prihranim stroške?
O: Lahko, vendar je izračun skupnih stroškov lastništva temu redko naklonjen. Dvodelnega-delnega ventila ni mogoče servisirati v-liniji, kar pomeni, da je za zamenjavo sedeža ali notranje čiščenje potrebno delno razstavljanje voda. V okolju suhih prostorov, kjer je nadzor atmosfere ključnega pomena, vsako-odprtje linije nosi tveganje kontaminacije, ki ga je težko kvantificirati, vendar ga je nemogoče odpraviti. Za ne-kritične sekundarne - hladilno tekočino - je smiseln dvodelni- ventil. Za primarni prenos elektrolita je servisiranje zasnove 3 PC vredno razlike v ceni.

V: Kakšna je razlika med sedeži krogličnih ventilov iz PTFE in RPTFE in katere naj uporabim?
O: PTFE (politetrafluoroetilen) je standardni material sedeža za kemične storitve -, kemično inerten, z nizkim trenjem in združljiv z elektroliti na osnovi LiPF₆-. RPTFE (ojačan PTFE) dodaja polnilo iz steklenih vlaken ali ogljika za izboljšanje dimenzijske stabilnosti pri ponavljajočih se kompresijskih obremenitvah, kar znatno podaljša življenjsko dobo sedeža pri visoko-cikličnih aplikacijah. Za linije za polnjenje elektrolitov, ki krožijo več kot petkrat na uro, so sedeži razreda RPTFE ali TFM- boljša izbira.

V: Ali zasnova polnega-priključka vpliva na navor, potreben za delovanje ventila?
O: Da, rahlo. Polna-krogla je fizično večja od zmanjšane-krogle enake nazivne velikosti, kar poveča površino nasedanja in s tem odlomni navor - silo, potrebno za začetek odpiranja ventila proti tlaku v vodu. V praksi je za ventile do 2 palca ta razlika dovolj majhna, da ročno upravljanje ostane praktično. Pri večjih velikostih ali visoko{7}}tlačnih vodih je povečanje navora eden od več razlogov, zakaj je prednostno aktivirano (pnevmatsko ali električno) delovanje, združljivost z montažno ploščico ISO5211 pa olajša izbiro aktuatorja.

V: Kako pogosto je treba zamenjati tesnila sedeža pri servisu z elektrolitom LiPF₆?
O: Servisni interval je močno odvisen od frekvence cikla, temperature in posebne formulacije elektrolita. Kot splošno merilo uspešnosti sedeži iz PTFE pri zmernem-cikličnem delovanju (10–30 aktiviranj na dan) običajno kažejo merljivo obrabo v 6–12 mesecih. Razredi RPTFE in TFM to podaljšajo na 18–24 mesecev pod podobnimi pogoji. Praktična prednost krogelnega ventila 3 PC je, da se pregled in zamenjava lahko izvedeta med načrtovanim vzdrževalnim obdobjem brez zaustavitve linije -, kar pomeni, da lahko zamenjate po koledarskem razporedu, namesto da čakate na dogodek puščanja, da povzroči težavo.

V: Ali nerjavno jeklo zadostuje za vse mokre komponente ali so potrebni premazi?
O: Za večino standardnih formulacij elektrolitov LiPF₆ v karbonatnih topilih zagotavlja nerjaveče jeklo 316L ustrezno odpornost proti koroziji za telo ventila in kroglo. Kjer je pričakovana daljša izpostavljenost produktom razgradnje HF - zlasti v vodih, ki se ne čistijo redno - PTFE obloga ali prevleka na notranjih površinah izvrtin doda pomembno mejo zaščite. Za tesnila in sedeže imajo materiali družine PTFE- vedno prednost pred kovinskim stikom, ne glede na material osnovnega telesa.