Výběr těsnicích komponentů pro média obsahující zemní plyn a sirovodík: Průvodce pro náročné podmínky

V ropném, plynárenském a chemickém průmyslu představuje manipulace se zemním plynem bohatým na sirovodík (H₂S), často nazývaným „kyselý plyn“, extrémní výzvy pro spolehlivost a bezpečnost zařízení. Sirovodík je nejen vysoce toxický, hořlavý a výbušný, ale také silně korozivní. Může způsobit praskání pod napětím v důsledku sulfidů kovů (SSC) a praskání vyvolané vodíkem (HIC) a zároveň způsobuje bobtnání, tvrdnutí a degradaci nekovových těsnicích materiálů. Proto je výběr vhodných těsnicích komponent pro tato média zásadní, protože má přímý vliv na bezpečnost výroby, ochranu životního prostředí a dlouhodobý provoz zařízení.

​I. Analýza provozních podmínek a klíčové problémy​

Před výběrem těsnění je nezbytné plně porozumět vlastnostem média:

1. ​Korozivní účinek sirovodíku (H₂S)H₂S se rozpouští ve vodě za vzniku slabé kyseliny, která silně koroduje mnoho elastomerů a kovů. Může narušit molekulární řetězce těsnicích materiálů, což způsobí jejich ztrátu elasticity, křehnutí nebo nadměrné bobtnání, což vede k jejich selhání.
2. ​Vlastnosti zemního plynu (především metanu)Zemní plyn sám o sobě je nepolární médium a může způsobovat bobtnání některých pryží. Systémy jsou často…vysokotlaký, což vyžaduje, aby těsnění měla vynikající odolnost proti vytlačování a nízkou deformaci v tlaku.
3. ​Kombinované provozní podmínkyTeplota média, tlak, koncentrace a přítomnost vody (která výrazně zhoršuje korozi H₂S) jsou kritickými faktory. Běžné provozní teploty se pohybují od teploty okolí do více než 100 °C.

​II. Doporučený výběr materiálu těsnění​

Vzhledem k výše uvedeným problémům se pro prostředí se zemním plynem obsahujícím sirovodík osvědčily následující těsnicí materiály:

​1. Perfluorelastomer (FFKM).​

• ​VýkonToto je aktuálně ​nejvyšší stupeň​ možnost, známá jako „král elastomerů“. Nabízí vynikající chemickou inertnost a odolává téměř všem chemikáliím, včetně koncentrované kyseliny sírové, silných zásad a agresivního sirovodíku. Jeho odolnost vůči vysokým teplotám je vynikající (nepřetržité používání až do 280–300 °C+).
• ​AplikaceExtrémní podmínky s vysokou teplotou, vysokým tlakem a vysokou koncentrací H₂S, jako je zařízení na ústí vrtů, vysokotlaké ventily a těsnění kompresorů. I když je nákladné, je to primární volba pro zajištění absolutní bezpečnosti.
• ​Běžné stupněChemraz®, Perlast® atd.

​2. Hydrogenovaný nitrilbutadienový kaučuk (HNBR)​

• ​VýkonVe srovnání se standardním nitrilovým kaučukem (NBR) nabízí HNBR díky hydrogenačnímu procesu vylepšenou tepelnou odolnost, chemickou odolnost a odolnost proti stárnutí. Poskytuje dobrou odolnost vůči ropným a plynovým médiím a mírným koncentracím H₂S, spolu s vysokou mechanickou pevností a dobrou odolností proti opotřebení.
• ​AplikaceStřední teplota (obvykle -25 °C až 150 °C), střední tlak a mírné korozní podmínky. Jedná se o cenově výhodnou variantu, často používanou pro těsnění ventilů, O-kroužky a přírubová těsnění.
• ​PoznámkaNení vhodné pro extrémní prostředí s velmi vysokou koncentrací H₂S a zároveň vysokou teplotou.

​3. Fluoroelastomer (FKM/Viton®)​

• ​VýkonFKM je již dlouho jedním z nejpoužívanějších vysoce výkonných elastomerů v prostředí s kyselými plyny. Nabízí vynikající odolnost vůči vysokým teplotám (přibližně 200–230 °C), olejům a mnoha chemikáliím (včetně H₂S).
• ​AplikaceVhodný pro většinu prostředí se zemním plynem obsahujícím H₂S, je ideální volbou pro vyvážení výkonu a ceny. Široce používaný pro O-kroužky, V-kroužky, těsnění přírub a těsnění dříku ventilů.
• ​Důležitá poznámkaMějte na paměti FKMšpatný výkon při nízkých teplotácha potenciální dlouhodobé zhoršení výkonu v páře nebo horké vodě. Ověřte, zda je konkrétní směs vhodná pro kyselý provoz.

​4. Polytetrafluorethylen (PTFE) a jeho kompozity​

• ​VýkonPTFE, známý jako „král plastů“, nabízí téměř dokonalou chemickou inertnost, je zcela odolný vůči H₂S a kyselinám, zásadám a rozpouštědlům v jakékoli koncentraci. Jeho teplotní rozsah je extrémně široký (-180 °C až 260 °C) a má velmi nízký koeficient tření.
• ​AplikaceBěžně se používá pro těsnicí kroužky, sedla ventilů, kroužky proti vytlačování a břitová těsnění. Čistý PTFE je náchylný k tečení za studena a má nízkou pružnost, proto se často mísí se skleněnými vlákny, grafitem, uhlíkovými vlákny atd., aby se zlepšila mechanická pevnost, odolnost proti tečení a odolnost proti opotřebení.
• ​FormulářeČasto se používá pro lisovaná těsnění nebo obráběné těsnicí kroužky.

​5. Kovová těsnění​

• ​VýkonPro extrémně vysoké tlaky, extrémně vysoké teploty nebo extrémní podmínky, kde nejsou vhodné elastomery, jsou kovová těsnění ideálním řešením. Mezi běžné materiály patří…nerezová ocel 316L, ​Slitina 625 (Inconel 625), ​Slitina C276 (Hastelloy C276)a další slitiny odolné proti korozi.
• ​FormulářeTypicky se jedná o kovové O-kroužky (plné nebo duté), kovové C-kroužky, pružinová těsnění. Spoléhají na elastickou deformaci kovu pro dosažení utěsnění a odolávají velmi vysokým tlakům a teplotám.
• ​AplikaceVánoční stromky na ústí vrtů, vysokotlaké ventily, reaktory a potrubní spoje.

​III. Materiály, kterým je třeba se vyhnout​

• ​Standardní nitrilová pryž (NBR)Nedostatečná odolnost vůči H₂S a vysokým teplotám; rychlá degradace.
• ​Monomer ethylenpropylendienu (EPDM)I když je odolný vůči páře, má velmi špatnou odolnost vůči olejům a uhlovodíkům a v oleji silně bobtná.
• ​Neopren (CR)Obecně nízká odolnost vůči kyselinám; výkon je mnohem horší než u FKM/HNBR.
• ​Některé polyuretany (PU)Náchylný k hydrolýze a není odolný vůči korozi způsobené H₂S.

​IV. Výběr a úvahy​

1. ​Potvrzení provozních parametrůZákladem pro výběr je teplota, tlak, koncentrace H₂S a CO₂ a přítomnost vody.
2. ​Viz normyŘiďte se průmyslovými normami, jako je NACE MR0175/ISO 15156 (Ropný a plynárenský průmysl – Materiály pro použití v prostředích obsahujících H₂S při těžbě ropy a plynu), které poskytují podrobné pokyny pro výběr kovových a nekovových materiálů.
3. ​Testování kompatibility materiálůV případě nejistoty si vždy vyžádejte od dodavatele těsnění tabulky chemické kompatibility nebo proveďte ponorné testy simulující provozní podmínky k ověření výkonu.
4. ​Návrh těsněníVynikající materiály vyžadují pro optimální výkon vhodnou konstrukci (vhodný kompresní poměr, použití antiextruzních kroužků).
5. ​Kvalifikace dodavatelůVyberte si kvalifikované a zkušené dodavatele těsnění, abyste zajistili pravost materiálu a spolehlivé výrobní procesy.

​Závěr​

Při manipulaci se zemním plynem a sirovodíkem,bezpečnost je nejvyšší prioritouVýběr těsnicích komponentů by neměl být primárně založen na ceně, ale na...spolehlivost a vhodnost materiálu.

• ​Primární doporučeníPro většinu podmínek,Fluoroelastomer (FKM)je ekonomická a spolehlivá volba.
• ​Extrémní podmínkyPro vysoké teploty, vysoké tlaky a vysokou koroziPerfluoroelastomer (FFKM)nebotěsnění ze speciálních slitin kovujsou nezbytnou investicí.
• ​Speciální aplikace: ​PTFE kompozityaHydrogenovaný nitrilový kaučuk (HNBR)​ fungují vynikajícím způsobem v rámci svých příslušných rozsahů.

Výběr správného těsnicího prvku je o vytvoření bezpečné, spolehlivé a dlouhotrvající bariéry. Je to klíčové technické rozhodnutí pro zajištění bezpečnosti personálu, prevenci znečištění životního prostředí a zajištění kontinuity výroby.