Ongelma Kukaan ei puhu siitä ennen kuin jokin menee pieleen

Litium{0}}ionikennolaitoksen tuotantoinsinööri kuvaili kerran hetkeä, jolloin he huomasivat, että heidän venttiilivalikoimansa oli maksanut heille rahaa vuosia. Oire ei ollut dramaattinen vika - se oli jotain hiljaisempaa: erän epäjohdonmukaisuus. Solut samasta linjasta, samana päivänä, hieman erilaisella sisäisellä resistanssilla. Syyllinen, joka lopulta jäljitettiin systemaattisella eliminoinnilla, oli jäännöselektrolyyttien kerääntyminen siirtolinjan -reikäisten venttiilien kuolleille alueille. Likaantunut-siirtymä riitti siirtämään elektrolyytin-/-elektrodin suhteen hyväksyttävän toleranssin yli.

Tämä on sellainen ongelma, joka ei näy venttiilin tietolomakkeessa. Se näkyy tuottoraportissasi.

Elektrolyyttien käsittely litiumakkujen valmistuksessa on anteeksiantamatonta. Primäärinen elektrolyyttisuola - litiumheksafluorifosfaatti (LiPF₆) - reagoi aggressiivisesti hiven kosteuden kanssa, jolloin syntyy sivutuotteena fluorivetyhappoa (HF). Akkulaatuisten elektrolyyttien on säilytettävä vesipitoisuus alle 20 ppm. Tällä herkkyystasolla jokaisesta siirtojärjestelmän komponentista, mukaan lukien venttiilit, tulee muuttuja, joka joko suojaa laatua tai heikentää sitä.

Venttiilin valinta ei ole hankinnan jälkikäteen. Se on prosessitekninen päätös.

 

 

Miksi 3 PC:n palloventtiili on oikea lähtökohta

Termi "3 PC" tarkoittaa kolmiosaista runkorakennetta: keskusventtiilin runko, joka sisältää pallon ja varren ja jota reunustavat kaksi itsenäisesti irrotettavaa päätykappaletta, jotka on pultattu putkilinjaan. Tämä modulaarinen arkkitehtuuri erottaa sen yksi--- ja kaksiosaisista-malleista ylläpito-kriittisissä ympäristöissä.

Tavallisessa yksiosaisessa{0}}venttiilissä mikä tahansa sisäinen vika tarkoittaa venttiilin katkaisemista kokonaan pois linjasta. Kaksi-osainen venttiili parantaa tätä hieman, mutta sisäinen pääsy vaatii silti huomattavaa putkistohäiriötä. The3 PC palloventtiilisen sijaan sallii huoltoteknikon irrottaa keskusrungon - paljastaen pallon, istukat ja tiivisteet - putkiliitäntöjä häiritsemättä. Päätykappaleet pysyvät paikoillaan, kiinnitettynä putkeen.

Litiumakkujen valmistuksessa, jossa siirtolinjat kulkevat usein valvottujen kuivien tilojen läpi, joissa on tiukat ilmakehän vaatimukset, "putkilinjan häiriö" ei ole triviaali ilmaus. Joka kerta kun linja avataan, vaarana on kosteuden pääsy. Jokainen kosteustapahtuma on mahdollinen erähäviö. 3 PC:n palloventtiilin-linjassa huollettavuus ei siis ole vain käyttömukavuus -, se on kontaminaatioiden hallintastrategia.

Suuressa mittakaavassa toimivissa tiloissa, joissa venttiilien huoltotiheys voi olla viikoittainen PTFE-istuimen kulumisen vuoksi toistuvan pyöräilyn aikana, kaksi{0}}- ja kolmiosaisten-osaisten rakenneyhdisteiden välinen työ- ja seisonta-aika erottuu nopeasti. Varovainen arvio, joka perustuu julkaistuihin huoltovertailuihin, viittaa siihen, että linja--istuimen vaihtaminen kolmen PC:n mallissa vie noin 40 % vähemmän aikaa kuin vastaava työ, joka vaatii osittaisen linjan poiston. 20-venttiilisessä elektrolyytin siirtojärjestelmässä, jota jaksotetaan useita kertoja vuorossa, ero tulee toiminnallisesti merkitykselliseksi yhden neljänneksen sisällä.

 

Täysi-porttivaatimus: Virtausfysiikka täyttää akun kemian

"Täysi-portti" (kutsutaan myös täys-reikä) tarkoittaa, että venttiilin pallon aukon sisähalkaisija vastaa täsmälleen liitetyn putkilinjan nimellisreikää. 2-tuuman täys-aukkoventtiilissä on 2- tuuman aukko pallon läpi. Saman nimelliskokoisen-aukkoventtiilin aukko on tyypillisesti yhtä putkikokoa pienempi - yleensä noin 1,5 tuumaa - mikä aiheuttaa virtausreitin supistumisen.

Tällä supistumisella on kaksi seurausta, jotka ovat tärkeitä erityisesti elektrolyytin siirrossa.

Ensinnäkin paineen lasku.Supistetut{0}}aukkoventtiilit luovat suuremman vastuksen virtaukselle, mikä tarkoittaa, että siirtopumpun on työskenneltävä kovemmin siirtääkseen saman määrän elektrolyyttiä samassa ajassa. Korkean -viskositeettisen elektrolyyttikoostumuksissa -, erityisesti niissä, joissa käytetään väkevää LiPF₆:aa karbonaattiliuotinseoksissa -, tämä ei ole vähäistä. Täysi-aukkoventtiilin virtauskerroin (Cv) on tyypillisesti 20–30 % suurempi kuin sen alennettu-aukkovastaava. Pumpun-mitoitusinsinööreille tämä ero määrittää usein, onko pienempi, halvempi pumppu käyttökelpoinen, ja yksi teollinen tapaustutkimus dokumentoi pumpun energiansäästön, joka riittää kattamaan venttiilikustannuspreemion 18 kuukauden kuluessa.

Toiseksi kuolleet alueet ja jäännöspoolaaminen.Supistetun{0}}reiän kanavan luoma halkaisijaporras ei ole vain virtausrajoitus -, se on geometria, johon hitaasti{2}}liikkuva tai pysähtynyt neste kerääntyy. Elektrolyyttihuollossa seisova neste hajoaa. LiPF₆ on termisesti epästabiili; jopa ympäristön lämpötilassa, pitkittynyt staattinen kosketus hiven kosteuden kanssa väärin puhdistetussa linjassa käynnistää hajoamisen. Täysi-aukkoinen palloventtiili poistaa tämän halkaisijan muutoksen kokonaan. Kun venttiili on auki, virtausreitti on geometrisesti jatkuva putken kanssa. Kun se suljetaan, sileä pallomainen pinta ei jätä syvennyksiä, joihin neste voi kerääntyä huomaamatta.

Tästä syystä myös täydellinen{0}}porttisuunnittelu vaaditaan putkilinjan tiivistämiseen - eli puhdistustulpan ohjaamiseen linjan läpi jäännösnesteen syrjäyttämiseksi. Siivousta käytetään yhä useammin suuritehoisissa-elektrolyyttijärjestelmissä väli-erien tyhjennysmenetelmänä. Se on fyysisesti mahdotonta supistetulla-aukkoventtiilillä, koska sika ei pääse kurotuksen läpi.

 

Materiaalin valinta: Missä kemia kohtaa metallurgian

Korroosionkestävyys elektrolyyttihuollossa ei ole valintaruutu -, se on päätöshierarkia. Kaikkien LiPF₆-palvelussa olevien venttiilien kostuneiden pintojen tulee olla vähintään 316L ruostumatonta terästä ja CF8M-valurunkolaatua venttiilirungoille, jotka on valmistettu sijoitusvalulla. "L"-merkintä 316L:ssä viittaa alhaiseen hiilipitoisuuteen, mikä vähentää herkistymisriskiä hitsausalueilla ja parantaa HF-altistuksen aiheuttaman rakeidenvälisen korroosionkestävyyttä.

Istuin- ja tiivistemateriaalit noudattavat selkeää etusijajärjestystä: PTFE (polytetrafluorieteeni) vakiokäyttöön, RPTFE (vahvistettu PTFE) korkeampiin{0}}syklisovelluksiin ja FFKM (perfluorielastomeeri) O-renkaisiin ja varren tiivisteisiin, joissa vaaditaan maksimaalista kemiallista kestävyyttä. Vakionitriili (NBR) tai EPDM-elastomeerit eivät ole yhteensopivia karbonaatti-pohjaisten elektrolyyttiliuottimien kanssa ja turpoavat tai hajoavat viikkojen kuluessa altistumisesta, mikä johtaa tiivisteen rikkoutumiseen ja vuotamiseen.

Yksi suunnitteluyksityiskohta, joka kannattaa nimenomaisesti määritellä: varren -poistoa estävä ominaisuus. Painejakson aikana väärin suunniteltu kara voidaan pakottaa ulos venttiilin rungosta - vikatila, joka luo välittömän vuotoreitin. Tämä on tunnettu riski-korkean kierron venttiilisovelluksissa, ja se tulisi vahvistaa vakiomuotoiseksi ominaisuudeksi, ei valinnaiseksi päivitykseksi, jokaiselle elektrolyyttihuoltoon menevälle venttiilille.

 

Sen yhdistäminen: Erityinen tuoteesimerkki

LeadtekinRuostumattomasta teräksestä toimivat palloventtiilit(3PC-kierrepalloventtiili ja asennuslevy, koodi 30-0C200-sarja) havainnollistaa, miltä tähän sovellukseen oikein määritetty venttiili näyttää käytännössä. Venttiilin runko ja päätykappaleet ovat investointi-valettu CF8M:stä, ja siinä on tarkasti{13}}koneistettu 316 ruostumaton pallo. Istuinvaihtoehdot vaihtelevat RPTFE:stä (mitoitettu 160 asteeseen) TFM4215:een (mitoitettu 240 asteeseen). Varressa on sekä -poistoa estävä että naarmuuntumaton{16}}geometria. Täysi -reiän läpikulku - vahvistettu kaikissa sarjan muunnelmissa - vastaa putken tunnusta ilman rajoituksia.

Venttiilin rungossa oleva ISO5211-asennusalusta on usein-väistämättä jätetty määrityskohta: se tarjoaa standardoidun liitännän pneumaattisille tai sähköisille toimilaitteille, mikä tarkoittaa, että sama venttiilirunko voidaan ottaa käyttöön manuaalisena venttiilinä pilottimittakaavassa ja päivittää automaattiseen käyttöön muuttamatta venttiiliä tai sen liitäntöjä, kun linja skaalautuu täyteen tuotantoon. Litiumakkujen valmistuslaitoksissa, jotka lisäävät samanaikaisesti kapasiteettia ja automatisoivat prosessivaiheita, tällä joustavuudella on todellista pääoma-arvoa.

Saatavilla olevat paineluokat ulottuvat PN25:stä (30-0C200 / LTS-tyyppi) PN150:een (30-0C2A0 / 2000WOG-tyyppi), jotka kattavat kaiken ilmakehän paineen elektrolyytin varastoinnista korkeapaineisiin ruiskutusjärjestelmiin.

Leadtek ruostumattomasta teräksestä toimivat palloventtiilit

 

Yhteenveto: Mitä määritellä ja miksi

Kun valitaan venttiileitä elektrolyytin siirtolinjoihin litiumakkujen tuotannossa, päätöslogiikka rajoittuu lyhyeen tarkistuslistaan:

Rungon rakenne:3 PC-jonossa huollettavuutta varten. Älä hyväksy kaksi-osaisia ​​venttiileitä millekään linjalle, jossa istuimen vaihtotiheys ylittää kerran kuudessa kuukaudessa.

Portin koko:Vain koko{0}}reikä. Supistetut-aukkoventtiilit aiheuttavat virtausrajoituksia, kuolleiden-vyöhykkeiden yhdistämistä ja yhteensopimattomuutta, jotka eivät ole rakenteellisesti yhteensopivia elektrolyytin puhtausvaatimusten kanssa.

Rungon ja pallon materiaali:316L / CF8M ruostumaton teräs. Vahvista materiaalisertifioinnilla, ei vain teknisissä tiedoissa olevilla vaatimuksilla.

Istuimen materiaali:PTFE vähintään; RPTFE- tai TFM-luokat korkean{0}}syklin tai kohonneen{1}}lämpötilan palveluun. Määritä FFKM kaikille elastomeerisille tiivisteille.

Varren muotoilu:-Ejejection-ominaisuus pakollisena määrityksenä, ei valinnaisena.

Käyttöliittymä:ISO5211-asennuslevy tulevan toimilaitteen yhteensopivuuden varmistamiseksi, vaikka ensimmäinen asennus olisi manuaalinen.

Investointi oikein määritettyyn 3 PC:n palloventtiiliin on todellinen. Samoin väärin määritellyn hinta - se saapuu myöhemmin ja saapuu tuottotietoihisi laskun sijaan.

 

Usein kysytyt kysymykset

K: Voinko käyttää 2 PC:n palloventtiiliä elektrolyytin siirrossa kustannusten säästämiseksi?
V: Voit, mutta omistuskustannuslaskelma harvoin suosii sitä. Kaksi-osaista venttiiliä ei voida huoltaa linjassa-, mikä tarkoittaa, että istukan vaihto tai sisäinen puhdistus vaatii osittaisen linjan purkamisen. Kuivassa huoneessa, jossa ilmakehän hallinta on kriittistä, jokaiseen linjan-avaustapahtumaan liittyy kontaminaatioriski, jonka määrä on vaikea arvioida, mutta jota on mahdotonta poistaa. Ei--kriittisten toisiolinjojen - jäähdytysnesteeseen, esimerkiksi -, kaksi-osainen venttiili on järkevä. Ensisijaisen elektrolyytin siirrossa 3 PC:n suunnittelun huollettavuus on hintaeron arvoinen.

K: Mitä eroa on PTFE- ja RPTFE-palloventtiilien istuimilla, ja mitä minun pitäisi käyttää?
V: PTFE (polytetrafluorieteeni) on kemiallisesti inertti - kemiallisesti inertti, vähäkitkainen ja yhteensopiva LiPF₆--pohjaisten elektrolyyttien kanssa. RPTFE (vahvistettu PTFE) lisää lasikuitua tai hiilitäyteainetta parantaakseen mittojen vakautta toistuvassa puristuskuormituksessa, mikä pidentää istuimen käyttöikää merkittävästi korkean -syklin sovelluksissa. Jos elektrolyytin täyttölinjoja pyörii enemmän kuin viisi kertaa tunnissa, RPTFE- tai TFM{5}}-luokan istuimet ovat parempi valinta.

K: Vaikuttaako koko{0}}aukon rakenne venttiilin käyttämiseen vaadittavaan vääntömomenttiin?
V: Kyllä, hieman. Täysi-aukkopallo on fyysisesti suurempi kuin pienennetty-umpikuula, jonka nimelliskoko on sama, mikä lisää istukan pinta-alaa ja siten irrotusmomenttia - voimaa, joka tarvitaan venttiilin avaamiseen linjapainetta vastaan. Käytännössä jopa 2 tuuman venttiileissä tämä ero on riittävän pieni, jotta käsikäyttö pysyy käytännöllisenä. Suuremmissa kooissa tai korkeapaineisissa linjoissa vääntömomentin lisäys on yksi useista syistä, miksi käyttö (pneumaattinen tai sähköinen) on parempi, ja ISO5211-kiinnityslevyjen yhteensopivuus tekee toimilaitteen valinnasta yksinkertaista.

K: Kuinka usein istukkatiivisteet tulee vaihtaa LiPF₆-elektrolyyttihuollossa?
V: Huoltoväli riippuu suuresti syklin taajuudesta, lämpötilasta ja tietystä elektrolyyttikoostumuksesta. Yleisenä vertailukohtana voidaan todeta, että PTFE-istuimissa on keskinkertaista -sykliä (10–30 käyttökertaa päivässä) tyypillisesti mitattavaa kulumista 6–12 kuukauden kohdalla. RPTFE- ja TFM-laadut pidentävät tämän 18–24 kuukauteen vastaavissa olosuhteissa. 3 PC:n palloventtiilin käytännön etu on, että tarkastus ja vaihto voi tapahtua määräaikaishuoltojakson aikana ilman linjan sammuttamista -, mikä tarkoittaa, että voit vaihtaa kalenteriaikataulun mukaan sen sijaan, että odotat vuodon aiheuttamaa ongelmaa.

K: Riittääkö ruostumaton teräs kaikille kastuville komponenteille vai tarvitaanko pinnoitteita?
V: Useimmille tavallisille LiPF₆-elektrolyyttikoostumuksille karbonaattiliuottimissa 316 litran ruostumaton teräs tarjoaa riittävän korroosionkestävyyden venttiilirungolle ja kuulalle. Kun pitkäkestoinen altistuminen HF-hajoamistuotteille on odotettavissa - erityisesti linjoissa, joita ei puhdisteta säännöllisesti - PTFE-vuoraus tai pinnoite sisäreiän pinnoilla lisää merkittävää suojamarginaalia. Tiivisteissä ja istuimissa PTFE{5}}perheen materiaalit ovat aina parempia kuin metalliset kontaktit rungon perusmateriaalista riippumatta.