คู่มือการเลือกเช็ควาล์วสแตนเลสสำหรับการสร้างแบตเตอรี่และระบบการให้เกรด

บทนำ: สาเหตุที่ซ่อนอยู่ของความไม่สอดคล้องกันของเซลล์ที่วิศวกรส่วนใหญ่มองข้าม

ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม- การก่อตัวและการแบ่งเกรดเป็นขั้นตอนที่เซลล์แต่ละเซลล์ถูกกระตุ้นด้วยเคมีไฟฟ้าและจัดเรียงตามความจุ วิศวกรกระบวนการใช้ความพยายามมหาศาลในการปรับเทียบกราฟประจุ/คายประจุ ควบคุมอุณหภูมิสม่ำเสมอ และ-ปรับความแม่นยำของกระแสไฟฟ้า - อย่างละเอียด แต่ส่วนประกอบทางกลชิ้นหนึ่งมักถูกประเมินต่ำไป นั่นคือวาล์วที่ควบคุมการไหลของของเหลวในทิศทางเดียวในอิเล็กโทรไลต์และวงจรทำความเย็น

เมื่อวาล์วนั้นปิดผนึกไม่สนิท อิเล็กโทรไลต์ไหลย้อนกลับจะปนเปื้อนช่องที่อยู่ติดกัน ผลลัพธ์ไม่ใช่ความล้มเหลวอย่างมาก - แต่เป็นสิ่งที่แย่กว่านั้น: การเคลื่อนตัวอย่างเงียบ ๆ ในความจุของเซลล์ที่เกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการให้คะแนนขั้นสุดท้ายเท่านั้น ทำให้อัตราการปฏิเสธแบทช์เพิ่มขึ้นและทำให้เกิดการสูญเสียที่ยากต่อการติดตามกลับไปยังสาเหตุที่แท้จริง

คู่มือนี้รวบรวมแนวปฏิบัติทางวิศวกรรมการควบคุมของไหลเพื่ออธิบายว่าทำไมการเลือกวาล์วในขั้นตอนนี้จึงต้องการความเข้มงวดมากกว่าข้อกำหนดการจัดซื้อส่วนใหญ่ และวิธีการเลือกที่เหมาะสมเช็ควาล์วสแตนเลสสำหรับความต้องการเฉพาะของเส้นการก่อตัวและการให้คะแนน

 

 

เช็ควาล์วสแตนเลสท่ออุตสาหกรรมปิดขึ้น

 

1. เหตุใดความแม่นยำของของไหลจึงมีความสำคัญในการสร้างรูปร่างมากกว่าที่อื่น

สถานีสร้างและคัดเกรดทำงานที่แรงดันต่างต่ำ - โดยทั่วไปคือ 0.1 ถึง 0.6 MPa - โดยมีอัตราการไหลน้อยกว่าท่อในท่ออุตสาหกรรมกระแสหลักมาก สภาพแวดล้อมความดันต่ำ-และการไหลต่ำ-นี้สร้างปัญหาที่ขัดกับสัญชาตญาณ: เป็นสภาวะที่เช็ควาล์วหลายประเภททำงานได้แย่ที่สุด

เช็ควาล์วสวิงอาศัยแรงโน้มถ่วงและโมเมนตัมการไหลเพื่อปิด ที่ความเร็วการไหลต่ำ แผ่นดิสก์จะ "ลังเล" ก่อนที่จะวาง โดยปล่อยให้-หน้าต่างการไหลย้อนกลับสั้นๆ อยู่ที่ 50 ถึง 200 มิลลิวินาที ในท่อส่งน้ำมาตรฐาน หน้าต่างนั้นไม่สำคัญ ในวงจรก่อตัวที่องค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ต้องคงความเสถียรจนถึงระดับความคลาดเคลื่อนของความเข้มข้น ±0.3% แม้แต่เหตุการณ์การไหลย้อนกลับชั่วคราวก็สามารถเปลี่ยนสภาพแวดล้อมไอออนิกของกลุ่มเซลล์ได้ โดยบิดเบือนกราฟก่อตัวของมันและวางลงในถังความจุที่ไม่ถูกต้อง

ข้อมูลภาคสนามจากโรงงานผลิตแบตเตอรี่ในมณฑลเจียงซูและมณฑลกวางตุ้งบ่งชี้ว่าเหตุการณ์การไหลย้อนกลับของวาล์วที่ตรวจไม่พบนั้นคิดเป็น 8–14% ของความแปรปรวนความจุระหว่างเซลล์-ที่ไม่สามารถอธิบายได้ในแนวการก่อตัวโดยใช้เหล็กคาร์บอนหรือวาล์วทองเหลืองทั่วไป การเปลี่ยนวาล์วเหล่านั้นด้วยยูนิตสแตนเลสที่ใส่สปริง-จะช่วยลดแถบความแปรปรวนนั้นลงประมาณ 60% ในกรณีที่บันทึกไว้

 

2. โหมดความล้มเหลวของ Backflow และผลกระทบต่อความสม่ำเสมอของเซลล์

ความล้มเหลวของเช็ควาล์วในแนวการก่อตัวมักเกิดขึ้นในโหมดใดโหมดหนึ่งจากสามโหมด:

โหมด 1 - ช้า- ปิดการรั่วไหลจานวาล์วหรือลูกบอลไม่เข้าที่จนสุดก่อนที่จะเกิดแรงดันย้อนกลับ นี่คือความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในวาล์วประเภทสวิง-ที่มีอัตราการไหลต่ำ และถูกกำจัดเกือบทั้งหมดโดยการโหลดสปริงล่วงหน้า ซึ่งบังคับให้องค์ประกอบปิดปิดโดยไม่คำนึงถึงความเร็วการไหล

โหมด 2 - การเสื่อมสภาพของซีลจากการโจมตีทางเคมีอิเล็กโทรไลต์ที่ก่อตัวประกอบด้วยลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF₆) ละลายในตัวทำละลายคาร์บอเนต ไอออนของฟลูออไรด์โจมตีซีลยาง ตัวโลหะผสมทองแดง และพื้นผิวเหล็กหล่ออย่างรุนแรง ซีลที่เสื่อมสภาพซึ่งผ่านการทดสอบอุทกสถิต ณ การติดตั้งอาจทำให้เกิดการรั่วซึมระดับไมโคร-ภายในสามถึงหกเดือนนับจากการสัมผัสอิเล็กโทรไลต์ - นานพอที่จะทำให้ความล้มเหลวมีสาเหตุมาจากการเคลื่อนตัวของกระบวนการมากกว่าการเสื่อมสภาพของวาล์ว

โหมด 3 - การปนเปื้อนของกัลวานิกเมื่อส่วนประกอบวาล์วที่มีทองแดงหรือเหล็ก-สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์เกลือลิเธียม- ไอออนของโลหะปริมาณเล็กน้อยจะละลายลงในของเหลว ความเข้มข้นของไอออนทองแดงที่สูงกว่า 0.5 ppm ในรูปแบบอิเล็กโทรไลต์ได้รับการบันทึกไว้เพื่อเร่ง SEI (เฟสของอิเล็กโทรไลต์แข็ง - ซึ่งเป็นฟิล์มป้องกันบางที่ก่อตัวบนอิเล็กโทรดลบของเซลล์ระหว่างการชาร์จครั้งแรก) ชั้นไม่-สม่ำเสมอ ซึ่งลดอายุการใช้งานโดยตรง

ทั้งสามโหมดสามารถแก้ไขได้ด้วยการเลือกวัสดุและประเภทที่ถูกต้อง

 

3. เหตุใด SS316L จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กหล่อและทองแดงในสภาพแวดล้อมนี้

ข้อโต้แย้งเกี่ยวกับวัสดุสำหรับสเตนเลสสตีลในการใช้งานแบบสัมผัสอิเล็กโทรไลต์-ไม่ได้เป็นเพียงเกี่ยวกับความต้านทานการกัดกร่อนในแง่ทั่วไป - เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับความเข้ากันได้ทางเคมีเฉพาะอีกด้วย

SS316L ("L" หมายถึงปริมาณคาร์บอนต่ำ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดอาการแพ้ระหว่างการเชื่อม) มีโมลิบดีนัม 2-3% ซึ่งสร้างชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟที่ต้านทานการโจมตีของคลอไรด์และฟลูออไรด์ไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าสเตนเลส 304 มาตรฐานมาก เทียบกับอิเล็กโทรไลต์ที่มี LiPF₆- ที่อุณหภูมิการทำงาน 25–60 องศา :

• เหล็กหล่อเริ่มออกซิเดชันที่พื้นผิวภายในไม่กี่สัปดาห์ โดยปล่อยไอออน Fe²⁺/Fe³⁺ ลงในกระแสอิเล็กโทรไลต์
• โลหะผสมทองแดง(ทองเหลือง ทองแดง) มีความเสี่ยงเป็นพิเศษต่อการเกิดสารเชิงซ้อนของฟลูออไรด์ โดยวัดอัตราการละลายได้ที่ 0.8–2.1 มก./เดม²/วัน ในสารละลาย 1M LiPF₆/EC-DMC ที่ 40 องศา
• SS316Lแสดงอัตราการละลายต่ำกว่า 0.05 มก./เดซิเมตร/วัน ภายใต้สภาวะที่เทียบเท่ากัน - เพิ่มขึ้นมากกว่า 20- เท่า - และรักษาความเสถียรของมิติตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานเต็มรูปแบบ

นอกเหนือจากวัสดุของตัวเครื่องแล้ว การเลือกซีลก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ที่นั่ง PTFE (โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน) และวงแหวน O- ของ Viton (FKM ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์) เป็นตัวเลือกสองตัวเลือกที่เข้ากันได้ทางเคมีสำหรับสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยฟลูออไรด์- PTFE มีคุณสมบัติเฉื่อยทางเคมีเกือบ-และเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูง- Viton ให้การฟื้นตัวที่ยืดหยุ่นได้ดีกว่าภายใต้แรงดันแบบไซคลิก และเป็นที่นิยมเมื่อปั๊มสตาร์ท-ความถี่หยุดสูง

 

4. การเลือกประเภทเช็ควาล์วที่เหมาะสมสำหรับเส้นการก่อตัว

จากการวิเคราะห์ความล้มเหลวข้างต้น กเช็ควาล์วสปริงสแตนเลส- โดยเฉพาะสปริง-ลูกสูบแบบโหลดหรือแบบยก - เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขึ้นรูปและการจัดลำดับท่อ นี่คือสาเหตุที่ฟีเจอร์การออกแบบแต่ละอย่างแมปกับข้อกำหนดการใช้งานโดยตรง:

กำลังโหลดสปริงล่วงหน้าช่วยให้มั่นใจว่าองค์ประกอบปิดที่นั่งทันทีเมื่อการไหลไปข้างหน้าหยุดหรือย้อนกลับ กำจัดหน้าต่างการรั่วไหลที่ช้า-ตามที่อธิบายไว้ในโหมด 1 แรงดันการแตกร้าว (แรงดันต้นน้ำขั้นต่ำที่จำเป็นในการเปิดวาล์ว - โดยทั่วไปคือ 0.02–0.05 MPa สำหรับเช็ควาล์วสปริง) ต่ำเพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงการจำกัดแรงดันการทำงานของระบบก่อตัว

ตัวเครื่องแบบอินไลน์ขนาดกะทัดรัด(การเชื่อมต่อปลายเชื่อมแบบเกลียวหรือซ็อคเก็ต-) เหมาะกับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ DN15–DN32 โดยทั่วไปของท่อร่วมสถานีก่อตัว โดยที่ช่องว่างระหว่างถาดเซลล์และแผงกำหนดเส้นทางของเหลวถูกจำกัด

พื้นผิวเปียก SS316L แบบเต็ม- โครงสร้าง จาน สปริง และเบาะ - ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบทุกชิ้นที่สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์หรือสารทำความสะอาดเป็นไปตามมาตรฐานการกัดกร่อนเดียวกัน วาล์วที่ใช้ตัวเรือนสเตนเลสแต่เป็นสปริงเหล็กกล้าคาร์บอนทำให้เกิดจุดปนเปื้อนที่พลาดได้ง่ายในระหว่างการตรวจสอบข้อมูลจำเพาะ

ตัวเลือกซีล PTFE หรือ Vitonอนุญาตให้วิศวกรจับคู่เคมีของซีลกับสูตรอิเล็กโทรไลต์เฉพาะที่ใช้งานอยู่ แทนที่จะยอมรับซีลยางทั่วไปที่อาจเข้ากันไม่ได้

สำหรับวงจรน้ำหล่อเย็นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า-ภายในระบบก่อตัวเดียวกัน (DN50–DN100) เช็ควาล์วสเตนเลสชนิดเวเฟอร์-ที่ติดตั้งระหว่างหน้าแปลนมีความเหมาะสม เนื่องจากวงจรน้ำหล่อเย็นไม่มีความไวต่อการปนเปื้อนของไอออนิกเท่ากัน และได้รับประโยชน์จากแรงดันตกคร่อมที่ลดลงของประเภทเวเฟอร์

 

 

Leadtek เช็ควาล์วสปริงสแตนเลส

 

5. รายการตรวจสอบการคัดเลือกที่สามารถดำเนินการได้

ก่อนที่จะออกข้อกำหนดการจัดซื้อเช็ควาล์วในรูปแบบหรือการจัดระดับ ให้ยืนยันสิ่งต่อไปนี้:

1. วัสดุลำตัวและเปียก-: SS316L ขั้นต่ำ; ตรวจสอบว่าวัสดุสปริงเป็นสเตนเลส ไม่ใช่เหล็กกล้าคาร์บอน
2. วัสดุซีล: PTFE สำหรับอิเล็กโทรไลต์-สายหน้าสัมผัส; Viton ยอมรับได้สำหรับวงจรทำความเย็น
3. ประเภทวาล์ว: สปริง-มีโหลด (ลูกสูบ/ตัวยก) สำหรับท่อร่วมอิเล็กโทรไลต์ DN15–DN32; การตรวจสอบเวเฟอร์สำหรับวงจรทำความเย็น DN50+.
4. แรงดันแตก: ยืนยันน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05 MPa เพื่อหลีกเลี่ยงการจำกัดวงจรสร้างแรงดันต่ำ-
5. ระดับความดัน: โดยทั่วไปแล้ว PN16 ก็เพียงพอแล้ว PN25 หรือ PN40 หากใช้ท่อร่วมกับ-การทำความสะอาดด้วยแรงดันสูง-ใน-รอบตำแหน่ง (CIP)
6. การรับรอง: ISO 9001 สำหรับการจัดการคุณภาพ การปฏิบัติตามมาตรฐาน CE หรือ API สำหรับเอกสารประกอบเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของแรงดัน
7. การตรวจสอบย้อนกลับ: ขอรายงานการทดสอบวัสดุ (MTR) เพื่อยืนยันองค์ประกอบ 316L - โดยเฉพาะปริมาณโมลิบดีนัม - สำหรับการตรวจสอบที่เข้ามา

 

บทสรุป

ช่องว่างประสิทธิภาพระหว่างการระบุอย่างถูกต้องเช็ควาล์วสแตนเลสและไม่มีทางเลือกอื่นที่มีขนาดเล็กเกินไปหรือเข้ากันไม่ได้ทางเคมีเมื่อติดตั้ง โดยเผยให้เห็นตัวเองในอีกสามถึงเก้าเดือนต่อมา ในการขยายกำลังการผลิตให้กว้างขึ้นทั่วทั้งเซลล์ที่มีการแบ่งระดับ ในการสูญเสียผลผลิตที่ไม่สามารถอธิบายได้ และในรอบการเปลี่ยนซีลที่เร่งขึ้นซึ่งกินชั่วโมงการบำรุงรักษาโดยไม่ต้องระบุสาเหตุที่แท้จริง

สำหรับสายการจัดรูปแบบและการจัดเกรดโดยเฉพาะ การตัดสินใจเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะนั้นตรงไปตรงมา: ตัวเครื่อง SS316L, กลไกการปิดแบบสปริง-, ซีล PTFE หรือ Viton, การเชื่อมต่อแบบอินไลน์แบบเกลียวสำหรับท่อร่วมอิเล็กโทรไลต์ การผสมผสานนี้จะจัดการกับโหมดความล้มเหลวหลักทั้งสามโหมด - ช้า-การรั่วไหลอย่างใกล้ชิด การเสื่อมสภาพของซีลเคมี และการปนเปื้อนของกัลวานิก - ภายในตัวเลือกส่วนประกอบเดียวที่ไม่มีค่าใช้จ่ายพิเศษอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นของเหล็กหล่อและทองเหลืองที่ใช้แทน

วิศวกรที่ใช้ข้อกำหนดนี้อย่างสม่ำเสมอจะรายงานไม่เพียงแต่ความแปรปรวนของเซลล์ที่ลดลง แต่ยังลดการหยุดทำงานของสายการผลิตโดยไม่ได้วางแผนอันเนื่องมาจากการบำรุงรักษาวาล์วอีกด้วย

 

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: ฉันสามารถใช้เช็ควาล์วสแตนเลส 304 มาตรฐานแทน 316L เพื่อลดต้นทุนได้หรือไม่

สเตนเลส 304 นั้นเพียงพอสำหรับน้ำและการใช้งานทางเคมีที่ไม่รุนแรงหลายชนิด แต่ไม่มีปริมาณโมลิบดีนัมที่ทำให้ 316L มีความทนทานต่อการโจมตีของฟลูออไรด์และคลอไรด์ ในสภาพแวดล้อมอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ LiPF₆- 304 จะแสดงการกัดกร่อนแบบรูพรุนแบบเร่งที่ความร้อนจากการเชื่อม-โซนที่ได้รับผลกระทบภายใน 12–18 เดือน โดยทั่วไปแล้วความแตกต่างของต้นทุนระหว่างวาล์ว 304 และ 316L ที่ขนาด DN15–DN32 คือ 15–25% ต้นทุนของการหยุดบรรทัดและการปฏิเสธแบทช์เซลล์นั้นมีลำดับความสำคัญที่สูงกว่า ระบุ 316L.

คำถามที่ 2: ควรตรวจสอบเช็ควาล์วในสายการผลิตบ่อยแค่ไหน?

ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่ต่อเนื่อง แนะนำให้ใช้การตรวจสอบด้วยภาพและการทำงานในทุกช่วงเวลาการบำรุงรักษาเชิงป้องกันที่กำหนดไว้ - โดยทั่วไปทุกๆ 3 ถึง 6 เดือน - ตัวบ่งชี้หลักของการเสื่อมสภาพของวาล์ว ได้แก่ ความแปรปรวนความจุของเซลล์ที่เพิ่มขึ้นซึ่งไม่สัมพันธ์กับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า และการเปลี่ยนสีหรือการสะสมตัวของผลึกที่มองเห็นได้ที่จุดเชื่อมต่อปลายวาล์ว ซึ่งบ่งชี้ถึงการซึมของอิเล็กโทรไลต์ผ่านซีล

คำถามที่ 3: การวางแนววาล์วส่งผลต่อประสิทธิภาพในการวางท่อแบบก่อตัวหรือไม่

สำหรับเช็ควาล์วแบบสวิง การวางแนวมีความสำคัญ - เนื่องจากได้รับการออกแบบสำหรับการติดตั้งในแนวนอนและทำงานได้ไม่ดีในแนวตั้ง เช็ควาล์วแบบสปริง- (ประเภทที่แนะนำสำหรับการใช้งานนี้) มีการวางแนว-เป็นอิสระจากกัน แรงสปริงจะควบคุมการปิดมากกว่าแรงโน้มถ่วง ซึ่งทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นอย่างมากในเค้าโครงการวางท่อหลายทิศทาง-ขนาดกะทัดรัดซึ่งพบได้ทั่วไปในคลัสเตอร์ตู้ก่อตัว

คำถามที่ 4: แรงดันในการแคร็กและแรงดันใช้งานแตกต่างกันอย่างไร และเหตุใดจึงสำคัญที่นี่

แรงดันแคร็กคือแรงดันต้นน้ำขั้นต่ำที่จำเป็นในการดันวาล์วให้เปิด แรงดันใช้งานคือแรงดันใช้งานปกติของระบบ หากแรงดันการแตกร้าวสูงเกินไปเมื่อเทียบกับแรงดันใช้งาน วาล์วจะจำกัดการไหลและลดความแม่นยำในการจ่ายกระแสการก่อตัว สำหรับวงจรก่อตัวที่ทำงานที่ 0.1–0.3 MPa ให้ระบุวาล์วที่มีแรงดันการแตกร้าวน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05 MPa เพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วมีส่วนต้านทานระบบเล็กน้อย

คำถามที่ 5: มีสถานการณ์ใดบ้างที่เช็ควาล์วแบบสวิงยังคงเหมาะสมในโรงงานผลิตแบตเตอรี่

ใช่ - ในสายสาธารณูปโภคที่มีอัตราการไหลสูง- เช่น ท่อจ่ายน้ำหล่อเย็นของโรงงาน ส่วนหัวจ่ายอากาศแห้งแบบอัด หรือระบบดับเพลิง เช็ควาล์วแบบสวิงยังคงเหมาะสมเนื่องจากความเร็วการไหลสูงพอที่จะรับประกันการปิดจานอย่างรวดเร็ว ข้อควรระวังสำหรับประเภทการสวิงมีผลเฉพาะกับกระแสต่ำ- อิเล็กโทรไลต์ที่มีความแม่นยำ และวงจรของไหลในกระบวนการผลิตของสถานีสร้างและให้คะแนน ไม่ใช่กับโครงสร้างพื้นฐานด้านสาธารณูปโภคที่กว้างขึ้นของสถานที่