Selecció de components de segellat per a medis que contenen gas natural i sulfur d'hidrogen: una guia per a condicions dures

En les indústries del petroli, el gas natural i la química, la manipulació de gas natural ric en sulfur d'hidrogen (H₂S), sovint anomenat "gas àcid", presenta reptes extrems per a la fiabilitat i la seguretat dels equips. El sulfur d'hidrogen no només és altament tòxic, inflamable i explosiu, sinó també fortament corrosiu. Pot causar esquerdament per tensió de sulfur metàl·lic (SSC) i esquerdament induït per hidrogen (HIC), alhora que provoca inflor, enduriment i degradació dels materials de segellat no metàl·lics. Per tant, la selecció dels components de segellat adequats per a aquests mitjans és crucial, ja que afecta directament la seguretat de la producció, la protecció del medi ambient i el funcionament a llarg termini dels equips.

​I. Anàlisi de les condicions operatives i els principals reptes​

Abans de seleccionar els segells, és essencial comprendre completament les propietats del medi:

1. ​Corrosivitat del sulfur d'hidrogen (H₂S)L'H₂S es dissol en aigua per formar un àcid feble, que corroeix fortament molts elastòmers i metalls. Pot trencar les cadenes moleculars dels materials de segellat, fent que perdin elasticitat, es tornin fràgils o s'inflin excessivament, cosa que provocarà una fallada.
2. ​Propietats del gas natural (principalment metà)El gas natural en si mateix és un medi no polar i pot causar inflor en certs cautxús. Els sistemes sovint sónalta pressió, que requereixen que els segells tinguin una excel·lent resistència a l'extrusió i una baixa deformació per compressió.
3. ​Condicions operatives combinadesLa temperatura del medi, la pressió, la concentració i la presència d'aigua (que agreuja significativament la corrosió de l'H₂S) són factors crítics. Les temperatures de funcionament habituals van des de l'ambient fins a més de 100 °C.

​II. Selecció recomanada del material de segellat​

A partir dels reptes esmentats, els següents materials de segellat han demostrat ser fiables per a entorns de gas natural que contenen sulfur d'hidrogen:

​1. Perfluoroelastòmer (FFKM)​​

• ​Rendiment: Actualment, aquest és elgrau més alt​, coneguda com el "rei dels elastòmers". Ofereix una excel·lent inertícia química, resistint gairebé tots els productes químics, inclòs l'àcid sulfúric concentrat, les bases fortes i el sulfur d'hidrogen agressiu. La seva resistència a altes temperatures és excepcional (ús continu fins a 280-300 °C+).
• ​AplicacióCondicions extremes amb alta temperatura, alta pressió i alta concentració d'H₂S, com ara equips de cap de pou, vàlvules d'alta pressió i segells de compressor. Tot i que és costós, és l'opció principal per garantir una seguretat absoluta.
• ​Graus comuns: Chemraz®, Perlast®, etc.

​2. Cautxú de nitril butadiè hidrogenat (HNBR)​

• ​RendimentEn comparació amb el cautxú de nitril estàndard (NBR), l'HNBR ofereix una resistència tèrmica, química i a l'envelliment millorades mitjançant un procés d'hidrogenació. Proporciona una bona resistència als medis petroliers i gasosos i a concentracions moderades d'H₂S, juntament amb una alta resistència mecànica i una bona resistència al desgast.
• ​AplicacióTemperatura mitjana (normalment de -25 °C a 150 °C), pressió mitjana i condicions de corrosió moderades. És una opció rendible que sovint s'utilitza per a segells de vàlvules, juntes tòriques i juntes de brida.
• ​NotaNo és adequat per a ambients extrems amb una concentració molt alta d'H₂S i temperatures elevades simultàniament.

​3. Fluoroelastòmer (FKM/Viton®)​

• ​RendimentL'FKM ha estat durant molt de temps un dels elastòmers d'alt rendiment més utilitzats en entorns de gasos àcids. Ofereix una excel·lent resistència a altes temperatures (aprox. 200-230 °C), olis i molts productes químics (inclòs l'H₂S).
• ​AplicacióApte per a la majoria d'entorns de gas natural que contenen H₂S, és una opció ideal que equilibra el rendiment i el cost. S'utilitza àmpliament per a juntes tòriques, juntes en V, juntes de brida i segells de tija de vàlvula.
• ​Nota important: Estigueu atents als FKMmal rendiment a baixa temperaturai una possible degradació del rendiment a llarg termini en vapor o aigua calenta. Confirmeu que el compost específic sigui adequat per al servei de líquids àcids.

​4. Politetrafluoroetilè (PTFE) i els seus compostos​

• ​RendimentEl PTFE, conegut com el "rei dels plàstics", ofereix una inertícia química gairebé perfecta, resistint completament l'H₂S i els àcids, bases i dissolvents a qualsevol concentració. El seu rang de temperatura és extremadament ampli (de -180 °C a 260 °C) i té un coeficient de fricció molt baix.
• ​AplicacióS'utilitza habitualment per a anells d'embalatge, seients de vàlvula, anells antiextrusió i segells de llavi. El PTFE pur és propens al flux en fred i té poca resistència, per la qual cosa sovint es combina amb fibra de vidre, grafit, fibra de carboni, etc., per millorar la resistència mecànica, la resistència a la fluència i la resistència al desgast.
• ​FormularisSovint s'utilitza per a segells modelats o anells d'embalatge mecanitzats.

​5. Segells metàl·lics​

• ​RendimentPer a pressions ultra altes, temperatures ultra altes o condicions extremes on els elastòmers no són adequats, els segells metàl·lics són la solució definitiva. Els materials habituals inclouenacer inoxidable 316L, ​Aliatge 625 (Inconel 625), ​Aliatge C276 (Hastelloy C276)i altres aliatges resistents a la corrosió.
• ​FormularisNormalment juntes tòriques metàl·liques (sòlides o buides), juntes en C metàl·liques, segells accionats per ressort. Es basen en la deformació elàstica del metall per aconseguir un segellat i poden suportar pressions i temperatures molt elevades.
• ​AplicacióArbres de Nadal de cap de pou, vàlvules d'alta pressió, reactors i connexions de canonades.

​III. Materials que cal evitar​

• ​Goma de nitril estàndard (NBR)Resistència insuficient a l'H₂S i a les altes temperatures; es degrada ràpidament.
• ​Monòmer d'etilè propilè diè (EPDM)Tot i que és resistent al vapor, té molt poca resistència als olis i hidrocarburs, i s'infla considerablement en oli.
• ​Neoprè (CR)Generalment, poca resistència als àcids; el rendiment és molt inferior al de FKM/HNBR.
• ​Alguns poliuretans (PU)Propens a la hidròlisi i no resistent a la corrosió de l'H₂S.

​IV. Selecció i consideracions​

1. ​Confirmar els paràmetres de funcionamentLa temperatura, la pressió, la concentració d'H₂S i CO₂ i la presència d'aigua són la base de la selecció.
2. ​Consulteu els estàndardsSeguiu les normes del sector com ara la NACE MR0175/ISO 15156 (Indústries del petroli i del gas natural — Materials per a ús en entorns que contenen H₂S en la producció de petroli i gas), que proporciona una guia detallada sobre la selecció de materials metàl·lics i no metàl·lics.
3. ​Proves de compatibilitat de materialsEn cas de dubte, sol·liciteu sempre taules de compatibilitat química al proveïdor del segell o realitzeu proves d'immersió simulant les condicions de funcionament per verificar el rendiment.
4. ​Disseny de segellsUns materials excel·lents requereixen un disseny (relació de compressió adequada, ús d'anells antiextrusió) per funcionar de manera òptima.
5. ​Qualificacions del proveïdorTrieu proveïdors de segells qualificats i experimentats per garantir l'autenticitat del material i uns processos de fabricació fiables.

​Conclusió​

Quan es manipula gas natural i sulfur d'hidrogen,la seguretat és la màxima prioritatLa selecció dels components de segellat no s'ha de basar principalment en el cost, sinó enfiabilitat i idoneïtat del material.

• ​Recomanació principalPer a la majoria de condicions,Fluoroelastòmer (FKM)és una opció econòmica i fiable.
• ​Condicions extremesPer a altes temperatures, altes pressions i alta corrosió,Perfluoroelastòmer (FFKM)osegells metàl·lics d'aliatge especialsón una inversió necessària.
• ​Aplicacions especials: ​Composites de PTFEiCautxú de nitril hidrogenat (HNBR)tenen un rendiment excel·lent dins dels seus respectius rangs aplicables.

Triar el component de segellat adequat consisteix a construir una barrera segura, fiable i duradora. És una decisió tècnica crítica per garantir la seguretat del personal, prevenir la contaminació ambiental i garantir la continuïtat de la producció.