Избор на уплътнителни компоненти за среди, съдържащи природен газ и сероводород: Ръководство за тежки условия

В нефтената, газовата и химическата промишленост, работата с природен газ, богат на сероводород (H₂S), често наричан „киселин газ“, представлява изключителни предизвикателства за надеждността и безопасността на оборудването. Сероводородът е не само силно токсичен, запалим и експлозивен, но и силно корозивен. Той може да причини напукване под напрежение от метален сулфид (SSC) и напукване, предизвикано от водород (HIC), като същевременно причинява подуване, втвърдяване и разграждане на неметални уплътнителни материали. Следователно, изборът на подходящи уплътнителни компоненти за такива среди е от решаващо значение, като пряко влияе върху безопасността на производството, опазването на околната среда и дългосрочната експлоатация на оборудването.

​I. Анализ на експлоатационните условия и основни предизвикателства​

Преди да изберете уплътнения, е важно да разберете напълно свойствата на материала:

1. ​Корозивност на сероводорода (H₂S)H₂S се разтваря във вода, образувайки слаба киселина, която силно корозира много еластомери и метали. Тя може да разкъса молекулярните вериги на уплътнителните материали, причинявайки им загуба на еластичност, крехкост или прекомерно набъбване, което води до повреда.
2. ​Свойства на природния газ (предимно метан)Природният газ сам по себе си е неполярна среда и може да причини подуване на някои каучукови материали. Системите често сависоко налягане, изискващи уплътненията да имат отлична устойчивост на екструдиране и ниска компресионна деформация.
3. ​Комбинирани условия на работаТемпературата на средата, налягането, концентрацията и наличието на вода (която значително изостря корозията на H₂S) са критични фактори. Обичайните работни температури варират от околна до над 100°C.

​II. Препоръчителен избор на уплътнителен материал​

Въз основа на горепосочените предизвикателства, следните уплътнителни материали са доказано надеждни за среди с природен газ, съдържащи сероводород:

​1. Перфлуороеластомер (FFKM).​

• ​ПроизводителностТова е в моментанай-висок клас​опция, известна като „кралят на еластомерите“. Тя предлага отлична химическа инертност, устойчива на почти всички химикали, включително концентрирана сярна киселина, силни основи и агресивен сероводород. Устойчивостта ѝ на високи температури е изключителна (непрекъсната употреба до 280-300°C+).
• ​ПриложениеЕкстремни условия с висока температура, високо налягане и висока концентрация на H₂S, като например оборудване за сондажни устия, клапани за високо налягане и уплътнения на компресори. Въпреки че е скъп, това е основният избор за осигуряване на абсолютна безопасност.
• ​Общи оценкиChemraz®, Perlast® и др.

​2. Хидрогениран нитрилбутадиенов каучук (HNBR)​

• ​ПроизводителностВ сравнение със стандартния нитрилен каучук (NBR), HNBR предлага подобрена топлоустойчивост, химическа устойчивост и устойчивост на стареене чрез процес на хидрогениране. Той осигурява добра устойчивост на нефтени и газови среди и умерени концентрации на H₂S, заедно с висока механична якост и добра износоустойчивост.
• ​ПриложениеСредна температура (обикновено от -25°C до 150°C), средно налягане и умерени условия на корозия. Това е икономически ефективен вариант, често използван за уплътнения на клапани, О-пръстени и фланцови гарнитури.
• ​ЗабележкаНе е подходящ за екстремни среди с много висока концентрация на H₂S и едновременно висока температура.

​3. Флуороеластомер (FKM/Viton®)​

• ​ПроизводителностFKM отдавна е един от най-широко използваните високоефективни еластомери в среди със кисели газове. Той предлага отлична устойчивост на високи температури (приблизително 200-230°C), масла и много химикали (включително H₂S).
• ​ПриложениеПодходящ за повечето среди с природен газ, съдържащи H₂S, той е идеален избор за балансиране на производителност и цена. Широко използван за О-пръстени, V-пръстени, фланцови уплътнения и уплътнения на клапани.
• ​Важна забележкаБъдете наясно с FKMлошо представяне при ниски температурии потенциално дългосрочно влошаване на производителността при работа с пара или гореща вода. Уверете се, че конкретното съединение е подходящо за работа в условия на киселини.

​4. Политетрафлуороетилен (PTFE) и неговите композити​

• ​ПроизводителностPTFE, известен като „кралят на пластмасите“, предлага почти перфектна химическа инертност, напълно устойчив на H₂S и киселини, основи и разтворители при всякаква концентрация. Температурният му диапазон е изключително широк (от -180°C до 260°C) и има много нисък коефициент на триене.
• ​ПриложениеЧесто се използва за уплътнителни пръстени, легла на клапани, антиекструзионни пръстени и уплътнения за устни. Чистият PTFE е склонен към студено течение и има лоша еластичност, така че често се смесва със стъклени влакна, графит, въглеродни влакна и др., за да се подобри механичната якост, устойчивостта на пълзене и износоустойчивостта.
• ​ФормуляриЧесто се използва за формовани уплътнения или машинно обработени уплътнителни пръстени.

​5. Метални уплътнения​

• ​ПроизводителностЗа свръхвисоко налягане, свръхвисока температура или екстремни условия, където еластомерите са неподходящи, металните уплътнения са най-доброто решение. Често срещани материали включватнеръждаема стомана 316L, ​Сплав 625 (инконел 625), ​Сплав C276 (Хастелой C276)и други корозионноустойчиви сплави.
• ​ФормуляриОбикновено метални О-пръстени (плътни или кухи), метални C-пръстени, пружинно-заредени уплътнения. Те разчитат на еластичната деформация на метала, за да постигнат уплътнение, и могат да издържат на много високи налягания и температури.
• ​ПриложениеКоледни елхи на устието на кладенците, клапани за високо налягане, реактори и тръбопроводни връзки.

​III. Материали, които трябва да се избягват​

• ​Стандартен нитрилен каучук (NBR)Недостатъчна устойчивост на H₂S и високи температури; бързо се разгражда.
• ​Етилен пропилен диенов мономер (EPDM)Въпреки че е устойчив на пара, има много слаба устойчивост на масла и въглеводороди, като силно набъбва в масло.
• ​Неопрен (CR)​Като цяло слаба киселинна устойчивост; производителността е далеч по-лоша от тази на FKM/HNBR.
• ​Някои полиуретани (PU)Склонен към хидролиза и не е устойчив на корозия от H₂S.

​IV. Избор и съображения​

1. ​Потвърдете работните параметриТемпературата, налягането, концентрацията на H₂S и CO₂, както и наличието на вода са основата за избор.
2. ​Вижте стандартитеСледвайте индустриалните стандарти като NACE MR0175/ISO 15156 (Нефтена и газова промишленост — Материали за употреба в среди, съдържащи H₂S, при производството на нефт и газ), които предоставят подробни насоки за избор на метални и неметални материали.
3. ​Тестване за съвместимост на материалитеКогато не сте сигурни, винаги изисквайте таблици за химическа съвместимост от доставчика на уплътненията или извършвайте тестове за потапяне, симулиращи работни условия, за да проверите производителността.
4. ​Дизайн на уплътнениятаОтличните материали изискват 合理的 дизайн (подходящо съотношение на компресия, използване на антиекструзионни пръстени), за да работят оптимално.
5. ​Квалификации на доставчицитеИзберете квалифицирани и опитни доставчици на уплътнения, за да осигурите автентичност на материалите и надеждни производствени процеси.

​Заключение​

При работа с природен газ и сероводород,безопасността е основен приоритетИзборът на уплътнителни компоненти не трябва да се основава предимно на цената, а на...надеждност и пригодност на материала.

• ​Основна препоръкаЗа повечето условия,Флуороеластомер (FKM)​е икономичен и надежден избор.
• ​Екстремни условияЗа висока температура, високо налягане и висока корозия,Перфлуороеластомер (FFKM)илиуплътнения от специални метални сплависа необходима инвестиция.
• ​Специални приложения: ​PTFE композитииХидрогениран нитрилен каучук (HNBR)се представят отлично в съответните си приложими диапазони.

Изборът на правилния уплътнителен компонент е свързан с изграждането на безопасна, надеждна и дълготрайна бариера. Това е критично техническо решение за осигуряване на безопасността на персонала, предотвратяване на замърсяването на околната среда и гарантиране на непрекъснатостта на производството.