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Jun 16, 2023

カーボングラファイトの特性と用途

I prodotti petroliferi alimentano i veicoli, riscaldano gli edifici e generano elettricità.In

石油製品は車両を動かし、建物を暖め、電気を生成します。 2021年の米国の石油消費量は日量平均約1,978万バレルで、これには約100万バレルのバイオ燃料が含まれていた。 石油およびガス製品は社会インフラの不可欠な部分です。 カーボングラファイトはさまざまな特性を備えているため、メカニカル/ドライガスシール、ポンプベアリング、バルブシート、発電機、コンプレッサーなどの回転機器やそのコンポーネントに使用して、石油とガスを生産、分配、移動することができます。

カーボングラファイトを使用する最初の特性は、その耐熱性です。 酸化環境では 350 F ～ 1,100 F、非酸化環境では最大 6,000 F のような高温であっても、-30 F ～ -450 F の範囲の極低温であっても、これらの材料は熱膨張係数が低いため、サイズが小さくなります。温度変化によっても形状が大きく変化しません。

カーボンの際立った特性は、何百もの化学物質に対する耐食性です。 これらには、ベンゼン、二酸化硫黄、石油、ホルムアルデヒド、炭化水素、水銀が含まれますが、これらに限定されません。 カーボングラファイトは炭素の同素体です。 炭素原子は共有結合によって六角形のパターンで結合し、グラフェン層を形成します。 これらの結合は強いため、他の化学物質による攻撃が困難になります。 グラファイトは、他の元素や炭素形態よりも不活性であると考えられています。

カーボングラファイトには自己潤滑性もあります。 グラフェン層はファンデルワールス力によって結合されます。 これらは原子間の弱い引力です。 イオン結合や共有結合とは異なり、これらの引力は化学的な電子結合から生じるものではありません。 それらは比較的弱いため、外乱の影響を受けやすくなります。

カーボングラファイトのグラフェン層を相手材とこすって表面の粗さを埋め、流体力学的膜を形成すると、本質的にグラファイトがそれ自体に向かって動くことが可能になります。 この自己潤滑能力により、材料は乾燥した動作条件下でも焼き付きや磨耗を防ぐことができます。 カーボングラファイト材料は自己潤滑性があり、熱特性と電気特性を備えているため、火花も発生しません。 ここでのスパークは、機械的スパークまたは摩擦スパークと呼ばれます。

カーボン グラファイトの最後の特性は、焼成プロセスで得られる材料の多孔性です。 炭素粉末と結合剤からなる原料炭素成分を混合して成形した後、生の材料を制御された無酸素焼成プロセスに送り、ピッチ結合剤を炭化して硬化させてアモルファスカーボンに変えます。

ベーキングプロセス中にガスの放出が発生します。これは、ピッチ内の炭化水素が極度の熱により追い出され、アモルファスカーボン構造が残ることを意味します。 ガス放出中に、これらのガスは材料の外に押し出され、相互接続された多孔性のネットワークが残ります。 この多孔性により、カーボンメーカーはさまざまな種類の金属、樹脂、塩を材料に含浸させることができ、カーボングラファイトの機械的/化学的特性を強化したり追加したりすることができます。 この記事の次の部分では、回転機器の製品および用途に使用される含浸カーボングラファイトについて詳しく説明します。

ボールバルブは、液体または気体の流れを制御する遮断弁です。 これは、中央に円筒形の穴のあるボールを使用して行われます。 ボールバルブが開いていると、ボールバルブの穴がパイプと位置合わせされ、媒体が流れることができます。

閉位置では、バルブは 90 度回転します。 カーボングラファイトで作ることができる部品の 1 つはバルブシートです。 彼らは座ってボールをすくっている。 上流側の圧力が上昇するとシールが発生し、ボールと上流側シートが下流側シートに向かう流れの方向に押されます。

この用途でカーボングラファイトに一般的に使用される含浸剤はコークスです。 コークスは、瀝青炭を高温に加熱した後に残る固体残留物です。 残留物は主に炭素であり、不純物はほとんどなく、発達した黒鉛構造を持っています。

コークスは基材の酸化性と耐薬品性を向上させます。 その結果、材料の物理的特性は極端な使用条件でも変わりません。 この材料は、防火安全弁が米国石油協会 (API) 607 規格を満たすのに役立ちます。

ポンプには渦巻スラリーポンプから立形水中ポンプまでさまざまな種類があります。 それぞれに異なる運転パラメータがあるため、カーボングラファイトはポンプベアリングにとって最適なソリューションです。 ベアリングの機能は、動くシャフトを支持することです。 遠心ポンプの例としては、垂直タービン ポンプがあります。 これらのポンプは、流体、たとえば石油を地下深部の貯留層から地上まで移動させます。

カーボングラファイトに必要な含浸の種類は、ポンプの種類とベアリングがさらされる物理的条件によって異なります。 多くの種類の含浸が存在します。 特に 2 つは、幅広いポンプ用途で優れた性能を発揮することが証明されています。 バビットとニッケルです。 バビットは、強力な潤滑特性を備えた柔らかい金属です。 軸受が水没して稼働する低温水用途に最適です。 ニッケル含浸カーボングラファイトは強度が高く、最高の耐食性を備えています。 これは、高い負荷と温度がかかるポンプでよく見られます。

ドライガスシールは、非接触で空運転するメカニカルシールの一種です。 これらには、メイティング リングとプライマリ リングで構成されるシール面が含まれています。 メイティング リングは回転していますが、プライマリ リングは静止しています。 他のメカニカルシールとは異なる化学薬品を使用しているため、汚染を引き起こしません。 これらのシールは、石油探査、抽出、精製、ガス輸送などの過酷な作業環境にあります。

リングの主構成要素は通常、アンチモンを含浸させたカーボングラファイトから作られます。 アンチモンは剛性と不浸透性を高めてエアクッションを提供します。 また、広い温度範囲でも安定しており、最高 700 °F の温度では高温の油や炭化水素などの化学物質、または -450 °F の低温では液体酸素/水素などの化学物質に遭遇することができます。

Robert Riccio は、Metallized Carbon Corporation のアプリケーション エンジニアです。 彼は、2019 年にレンセラー工科大学で機械工学を中心とした工学の学士号を取得しました。彼は、設計と製造において 3 年以上の専門的な経験を持っています。 彼への連絡先は、[email protected] です。 詳細については、www.metcar.com をご覧ください。