Hướng dẫn lựa chọn van kiểm tra bằng thép không gỉ cho hệ thống phân loại và hình thành pin

Giới thiệu: Nguyên nhân tiềm ẩn của sự không nhất quán của tế bào mà hầu hết các kỹ sư đều bỏ qua

Trong quá trình sản xuất pin lithium{0}}ion, quá trình hình thành và phân loại là giai đoạn trong đó mỗi tế bào được kích hoạt điện hóa và sắp xếp theo công suất. Các kỹ sư quy trình dành rất nhiều nỗ lực để hiệu chỉnh các đường cong nạp/xả, kiểm soát tính đồng nhất của nhiệt độ và-tinh chỉnh độ chính xác của dòng điện - nhưng một thành phần cơ học thường bị đánh giá thấp: van điều khiển dòng chất lỏng một chiều trong mạch điện phân và làm mát.

Khi van đó không bịt kín hoàn toàn, dòng điện ngược sẽ làm ô nhiễm các kênh lân cận. Kết quả không phải là một thất bại nghiêm trọng mà là một điều gì đó tồi tệ hơn: sự trôi dạt thầm lặng trong dung lượng tế bào chỉ xuất hiện trong quá trình phân loại cuối cùng, khiến tỷ lệ loại bỏ lô tăng lên và gây ra tổn thất khó tìm ra nguyên nhân gốc rễ của chúng.

Hướng dẫn này dựa trên thực tiễn kỹ thuật kiểm soát chất lỏng để giải thích lý do tại sao việc lựa chọn van ở giai đoạn này đòi hỏi sự nghiêm ngặt hơn hầu hết các thông số kỹ thuật mua sắm phản ánh và cách chọn đúngvan kiểm tra bằng thép không gỉcho các nhu cầu cụ thể của các dòng hình thành và phân loại.

 

 

Cận cảnh đường ống công nghiệp van một chiều bằng thép không gỉ

 

1. Tại sao độ chính xác của chất lỏng lại quan trọng hơn trong quá trình hình thành hơn bất kỳ nơi nào khác

Trạm hình thành và phân loại hoạt động ở áp suất chênh lệch thấp - thường là 0,1 đến 0,6 MPa - với tốc độ dòng chảy nhỏ hơn nhiều so với tốc độ dòng chảy trong đường ống công nghiệp chính thống. Môi trường-áp suất thấp, dòng chảy{6}}thấp này tạo ra một vấn đề phản trực giác: đó chính xác là điều kiện mà nhiều loại van một chiều hoạt động kém nhất.

Van một chiều xoay dựa vào trọng lực và động lượng dòng chảy để đóng lại. Ở tốc độ dòng chảy thấp, đĩa "do dự" trước khi ngồi, để lại một khoảng thời gian-dòng chảy ngược ngắn từ 50 đến 200 mili giây. Trong một đường ống dẫn nước tiêu chuẩn, cửa sổ đó không quan trọng. Trong mạch hình thành trong đó thành phần chất điện phân phải duy trì ổn định trong phạm vi dung sai nồng độ ±0,3%, ngay cả một sự kiện dòng chảy ngược thoáng qua cũng có thể làm thay đổi môi trường ion của nhóm tế bào, làm lệch đường cong hình thành của nó và đặt nó vào sai thùng chứa.

Dữ liệu thực địa từ các cơ sở sản xuất pin ở các tỉnh Giang Tô và Quảng Đông chỉ ra rằng các sự kiện dòng chảy ngược của van không được phát hiện chiếm 8–14% phương sai công suất giữa các ô không giải thích được trong các dây chuyền hình thành sử dụng van bằng thép cacbon hoặc đồng thau thông thường. Việc thay thế các van đó bằng các bộ phận bằng thép không gỉ-có lò xo đã giảm khoảng 60% dải phương sai đó trong các trường hợp được ghi lại.

 

2. Các dạng lỗi dòng chảy ngược và tác động của chúng đến tính nhất quán của tế bào

Lỗi van một chiều trong đường dây hình thành thường xảy ra ở một trong ba chế độ:

Chế độ 1 - Rò rỉ đóng-chậm.Đĩa hoặc bi van không ngồi hoàn toàn trước khi tạo ra áp suất ngược. Đây là lỗi phổ biến nhất ở các loại van xoay{1}}ở lưu lượng thấp và gần như được loại bỏ hoàn toàn bằng cách nạp trước bằng lò xo, khiến phần tử đóng đóng lại bất kể tốc độ dòng chảy.

Chế độ 2 - Bịt kín sự suy thoái do tấn công hóa học.Chất điện phân hình thành có chứa lithium hexafluorophosphate (LiPF₆) hòa tan trong dung môi cacbonat. Các ion florua tấn công mạnh vào các gioăng cao su, thân hợp kim đồng và bề mặt gang. Phớt bị xuống cấp đã vượt qua thử nghiệm thủy tĩnh khi lắp đặt có thể phát triển rò rỉ vi mô-trong vòng ba đến sáu tháng kể từ khi tiếp xúc với chất điện phân - đủ lâu để sự cố được cho là do trôi dạt trong quá trình chứ không phải do hư hỏng van.

Chế độ 3 - Ô nhiễm điện.Khi các bộ phận van làm bằng đồng hoặc sắt-tiếp xúc với chất điện phân muối lithium-, các ion kim loại vi lượng sẽ hòa tan vào chất lỏng. Nồng độ ion đồng trên 0,5 ppm trong chất điện phân hình thành đã được ghi nhận là làm tăng tốc độ không đồng nhất của lớp SEI (chất điện phân rắn xen kẽ - màng bảo vệ mỏng hình thành trên điện cực âm của tế bào trong lần sạc đầu tiên), khiến lớp không-đồng nhất, trực tiếp làm giảm vòng đời.

Tất cả ba chế độ đều có thể định địa chỉ thông qua lựa chọn vật liệu và loại chính xác.

 

3. Tại sao SS316L lại tốt hơn gang và đồng trong môi trường này

Lập luận về vật liệu cho thép không gỉ trong các ứng dụng tiếp xúc điện phân-không chỉ đơn giản là về khả năng chống ăn mòn theo nghĩa chung - mà còn là về khả năng tương thích hóa học cụ thể.

SS316L ("L" biểu thị hàm lượng carbon thấp, giảm nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn) chứa 2–3% molypden, tạo thành lớp oxit thụ động chống lại sự tấn công của ion clorua và florua hiệu quả hơn nhiều so với thép không gỉ 304 tiêu chuẩn. Chống lại chất điện phân gốc LiPF₆-ở nhiệt độ hoạt động 25–60 độ :

• Gangbắt đầu quá trình oxy hóa bề mặt trong vòng vài tuần, giải phóng các ion Fe²⁺/Fe³⁺ vào dòng điện phân.
• Hợp kim đồng(đồng thau, đồng thau) đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi sự tạo phức florua, với tốc độ hòa tan đo được là 0,8–2,1 mg/dm²/ngày trong dung dịch LiPF₆/EC-DMC 1M ở 40 độ .
• SS316Lcho thấy tốc độ hòa tan dưới 0,05 mg/dm²/ngày trong các điều kiện tương đương - cải thiện hơn 20- lần - và duy trì độ ổn định về kích thước trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Ngoài vật liệu thân máy, việc lựa chọn con dấu cũng quan trọng không kém. Ghế PTFE (polytetrafluoroethylene) và vòng Viton (FKM fluoroelastomer) O{1}}là hai tùy chọn tương thích về mặt hóa học cho môi trường giàu fluoride-. PTFE mang lại-độ trơ hóa học gần như phổ quát và được ưu tiên cho các ứng dụng có độ tinh khiết-cao; Viton cung cấp khả năng phục hồi đàn hồi tốt hơn dưới áp suất tuần hoàn và được ưu tiên khi tần số dừng-bơm khởi động cao.

 

4. Chọn loại van kiểm tra phù hợp cho dây chuyền hình thành

Dựa trên phân tích lỗi ở trên, mộtvan một chiều lò xo bằng thép không gỉ- cụ thể là loại lò xo-pít-tông hoặc lực nâng - là lựa chọn thích hợp nhất cho đường ống hình thành và phân loại. Đây là lý do tại sao mỗi tính năng thiết kế lại ánh xạ trực tiếp đến yêu cầu ứng dụng:

Tải trước mùa xuânđảm bảo phần tử đóng hoạt động ngay lập tức khi dòng chảy thuận dừng hoặc đảo chiều, loại bỏ cửa sổ rò rỉ đóng-chậm được mô tả ở Chế độ 1. Áp suất nứt (áp suất ngược dòng tối thiểu cần thiết để mở van - thường là 0,02–0,05 MPa đối với van một chiều lò xo) đủ thấp để tránh hạn chế áp suất vận hành khiêm tốn của hệ thống hình thành.

Thân máy nhỏ gọn(kết nối đầu mối hàn có ren hoặc ổ cắm-) phù hợp với đường kính ống DN15–DN32 điển hình của các ống góp trạm hình thành, nơi không gian giữa các khay di động và bảng định tuyến chất lỏng bị hạn chế.

Toàn bộ bề mặt ướt SS316L- thân, đĩa, lò xo và đế - đảm bảo rằng mọi bộ phận tiếp xúc với chất điện phân hoặc chất tẩy rửa đều đáp ứng cùng tiêu chuẩn ăn mòn. Một van sử dụng thân không gỉ nhưng lò xo bằng thép cacbon có điểm nhiễm bẩn rất dễ bị bỏ sót trong quá trình xem xét thông số kỹ thuật.

Tùy chọn con dấu PTFE hoặc Vitoncho phép kỹ sư kết hợp thành phần hóa học của con dấu với công thức chất điện phân cụ thể đang sử dụng, thay vì chấp nhận một con dấu cao su thông thường có thể không tương thích.

Đối với các mạch nước làm mát có đường kính-lớn hơn trong cùng một hệ thống hình thành (DN50–DN100), van một chiều không gỉ loại wafer{3}}được lắp đặt giữa các mặt bích là phù hợp, vì các mạch nước làm mát không có cùng độ nhạy nhiễm bẩn ion và được hưởng lợi từ mức giảm áp suất thấp hơn của loại wafer.

 

 

Van kiểm tra lò xo thép không gỉ Leadtek

 

5. Danh sách kiểm tra lựa chọn có thể hành động

Trước khi ban hành thông số kỹ thuật mua hàng đối với van một chiều trong dây chuyền hình thành hoặc phân loại, hãy xác nhận những điều sau:

1. Vật liệu phần thân và phần{0}}ướt: SS316L tối thiểu; xác minh vật liệu lò xo cũng là thép không gỉ, không phải thép cacbon.
2. Vật liệu bịt kín: PTFE dành cho đường dây tiếp xúc-điện phân; Viton chấp nhận được cho mạch làm mát.
3. Loại van: Lò xo-có tải trọng (piston/bộ nâng) dành cho ống góp chất điện phân DN15–DN32; kiểm tra wafer cho mạch làm mát DN50+.
4. Áp suất nứt: Xác nhận Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 MPa để tránh hạn chế các mạch hình thành áp suất thấp.
5. Đánh giá áp suất: PN16 thường là đủ; PN25 hoặc PN40 nếu đường dây được dùng chung với chu trình-làm sạch áp suất-tại-tại chỗ (CIP) cao hơn.
6. Chứng chỉ: ISO 9001 về quản lý chất lượng; Tuân thủ CE hoặc API cho tài liệu về tính toàn vẹn của áp suất.
7. Truy xuất nguồn gốc: Yêu cầu báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR) xác nhận thành phần 316L - đặc biệt là hàm lượng molypden - cho đợt kiểm tra sắp tới.

 

Phần kết luận

Khoảng cách hiệu suất giữa một quy định chính xácvan kiểm tra bằng thép không gỉvà không thể nhìn thấy giải pháp thay thế có kích thước nhỏ hơn hoặc không tương thích về mặt hóa học khi lắp đặt. Nó bộc lộ bản thân từ ba đến chín tháng sau, trong việc mở rộng phân bổ công suất giữa các ô đã được phân loại, tổn thất năng suất không giải thích được và trong các chu kỳ thay thế vòng đệm tăng tốc tiêu tốn hàng giờ bảo trì mà không giải quyết được nguyên nhân gốc rễ.

Đặc biệt đối với các dây chuyền tạo hình và phân loại, việc quyết định thông số kỹ thuật rất đơn giản: thân SS316L, cơ cấu đóng-có lò xo, vòng đệm PTFE hoặc Viton, kết nối ren nội tuyến cho ống góp chất điện phân. Sự kết hợp này giải quyết tất cả ba chế độ hư hỏng chính - chậm-rò rỉ kín, suy thoái phớt hóa học và nhiễm bẩn điện - trong một lựa chọn thành phần duy nhất mà không mang lại chi phí đáng kể so với các lựa chọn thay thế bằng gang và đồng thau mà nó thay thế.

Các kỹ sư đã triển khai thông số kỹ thuật này báo cáo một cách nhất quán không chỉ giảm phương sai tế bào mà còn giảm có thể đo lường được tình trạng dừng dây chuyền ngoài dự kiến ​​do bảo trì van.

 

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Tôi có thể sử dụng van một chiều inox 304 tiêu chuẩn thay vì 316L để giảm chi phí không?

Thép không gỉ 304 thích hợp cho nước và nhiều ứng dụng hóa học nhẹ, nhưng nó thiếu hàm lượng molypden giúp 316L có khả năng chống lại sự tấn công của florua và clorua. Trong môi trường điện phân dựa trên LiPF₆-, 304 sẽ biểu hiện sự ăn mòn rỗ tăng tốc tại các vùng bị ảnh hưởng nhiệt-của mối hàn trong vòng 12–18 tháng. Chênh lệch chi phí giữa van 304 và 316L ở kích thước DN15–DN32 thường là 15–25%; chi phí cho việc dừng dòng và từ chối lô ô sẽ cao hơn nhiều. Chỉ định 316L.

Câu hỏi 2: Bao lâu thì nên kiểm tra van một chiều trong dây chuyền sản xuất?

Trong môi trường sản xuất liên tục, nên kiểm tra trực quan và chức năng ở mọi khoảng thời gian bảo trì phòng ngừa theo lịch trình -, thường là 3 đến 6 tháng một lần -. Các chỉ số chính về sự xuống cấp của van bao gồm phương sai công suất tế bào tăng lên không tương quan với các thông số điện và sự đổi màu có thể nhìn thấy hoặc cặn tinh thể ở các đầu nối van, cho thấy sự rò rỉ chất điện phân qua vòng đệm.

Câu 3: Hướng van có ảnh hưởng đến hiệu suất trong đường ống hình thành không?

Đối với van một chiều xoay, hướng đóng vai trò quan trọng - chúng được thiết kế để lắp đặt theo chiều ngang và hoạt động kém theo chiều dọc. Van một chiều chịu tải bằng lò xo-(loại được đề xuất cho ứng dụng này) không phụ thuộc vào hướng-; lực lò xo, chứ không phải trọng lực, điều khiển việc đóng cửa. Điều này làm cho chúng trở nên linh hoạt hơn đáng kể trong cách bố trí đường ống nhỏ gọn, nhiều{5}}hướng thường thấy trong các cụm tủ đội hình.

Câu hỏi 4: Sự khác biệt giữa áp suất nứt và áp suất vận hành là gì và tại sao nó lại quan trọng ở đây?

Áp suất nứt là áp suất ngược dòng tối thiểu cần thiết để đẩy van mở; áp suất vận hành là áp suất làm việc bình thường của hệ thống. Nếu áp suất nứt quá cao so với áp suất vận hành, van sẽ hạn chế dòng chảy và làm giảm độ chính xác phân phối dòng điện hình thành. Đối với các mạch hình thành hoạt động ở mức 0,1–0,3 MPa, chỉ định một van có áp suất nứt nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 MPa để đảm bảo van đóng góp lực cản không đáng kể cho hệ thống.

Câu hỏi 5: Có trường hợp nào van một chiều xoay vẫn phù hợp trong các cơ sở sản xuất pin không?

Có - trong các đường dây tiện ích có-lưu lượng cao như đường ống dẫn nước làm mát cơ sở, đầu cấp khí nén khô hoặc hệ thống chữa cháy, van một chiều xoay vẫn phù hợp vì vận tốc dòng chảy đủ cao để đảm bảo đóng đĩa nhanh. Cảnh báo đối với các loại xích đu áp dụng cụ thể cho mạch-dòng chảy thấp, chất điện phân chính xác và chất lỏng xử lý của các trạm tạo hình và phân loại, chứ không áp dụng cho cơ sở hạ tầng tiện ích rộng hơn của cơ sở.