Auswahl von Dichtungskomponenten für Medien mit Erdgas und Schwefelwasserstoff: Ein Leitfaden für raue Bedingungen

In der Öl-, Erdgas- und Chemieindustrie stellt der Umgang mit schwefelwasserstoffreichem Erdgas (H₂S), oft auch „Sauergas“ genannt, extreme Herausforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Anlagen dar. Schwefelwasserstoff ist nicht nur hochgiftig, entzündlich und explosiv, sondern auch stark korrosiv. Er kann zu Metallsulfid-Spannungsrisskorrosion (SSC) und wasserstoffinduzierter Rissbildung (HIC) führen und zudem das Quellen, Aushärten und die Zersetzung nichtmetallischer Dichtungsmaterialien verursachen. Daher ist die Auswahl geeigneter Dichtungskomponenten für solche Medien von entscheidender Bedeutung und hat direkte Auswirkungen auf die Produktionssicherheit, den Umweltschutz und den langfristigen Betrieb der Anlagen.

​I. Analyse der Betriebsbedingungen und zentrale Herausforderungen​

Vor der Auswahl von Dichtungen ist es unerlässlich, die Eigenschaften des Materials vollständig zu verstehen:

1. ​Korrosivität von Schwefelwasserstoff (H₂S)Schwefelwasserstoff (H₂S) löst sich in Wasser und bildet eine schwache Säure, die viele Elastomere und Metalle stark korrodiert. Er kann die Molekülketten von Dichtungsmaterialien aufbrechen, wodurch diese an Elastizität verlieren, spröde werden oder stark aufquellen, was zum Versagen führen kann.
2. ​Eigenschaften von Erdgas (hauptsächlich Methan)Erdgas selbst ist ein unpolares Medium und kann bei bestimmten Gummisorten zu Quellungen führen. Systeme sind oftHochdruckDies erfordert Dichtungen mit ausgezeichneter Extrusionsbeständigkeit und geringem Druckverformungsrest.
3. ​Kombinierte BetriebsbedingungenMedientemperatur, Druck, Konzentration und das Vorhandensein von Wasser (das die H₂S-Korrosion erheblich verstärkt) sind allesamt kritische Faktoren. Übliche Betriebstemperaturen reichen von Umgebungstemperatur bis über 100 °C.

​II. Empfohlene Auswahl des Dichtungsmaterials​

Aufgrund der oben genannten Herausforderungen haben sich die folgenden Dichtungsmaterialien für Erdgasumgebungen, die Schwefelwasserstoff enthalten, als zuverlässig erwiesen:

​1. Perfluorelastomer (FFKM).​

• ​LeistungDies ist derzeit der/die/dashöchste NoteDiese Option, bekannt als „König der Elastomere“, bietet hervorragende chemische Beständigkeit und ist resistent gegen nahezu alle Chemikalien, einschließlich konzentrierter Schwefelsäure, starker Basen und aggressivem Schwefelwasserstoff. Ihre Hochtemperaturbeständigkeit ist herausragend (Dauereinsatz bis über 280–300 °C).
• ​AnwendungExtreme Bedingungen mit hohen Temperaturen, hohem Druck und hoher H₂S-Konzentration, wie sie beispielsweise an Bohrlochkopf-Ausrüstungen, Hochdruckventilen und Kompressordichtungen auftreten. Obwohl kostspielig, ist es die erste Wahl, um absolute Sicherheit zu gewährleisten.
• ​Gemeinsame NotenChemraz®, Perlast® usw.

​2. Hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR)​

• ​LeistungIm Vergleich zu Standard-Nitrilkautschuk (NBR) bietet HNBR durch einen Hydrierungsprozess eine verbesserte Hitzebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit. Es bietet eine gute Beständigkeit gegenüber Öl- und Gasmedien sowie moderaten H₂S-Konzentrationen und zeichnet sich zudem durch hohe mechanische Festigkeit und gute Verschleißfestigkeit aus.
• ​AnwendungGeeignet für mittlere Temperaturen (typischerweise -25 °C bis 150 °C), mittlere Drücke und mäßige Korrosionsbedingungen. Es handelt sich um eine kostengünstige Option, die häufig für Ventildichtungen, O-Ringe und Flanschdichtungen verwendet wird.
• ​NotizNicht geeignet für extreme Umgebungen mit gleichzeitig sehr hoher H₂S-Konzentration und hoher Temperatur.

​3. Fluorelastomer (FKM/Viton®)​

• ​LeistungFKM zählt seit langem zu den am häufigsten verwendeten Hochleistungselastomeren in Umgebungen mit sauren Gasen. Es bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen (ca. 200-230 °C), Ölen und vielen Chemikalien (einschließlich H₂S).
• ​AnwendungEs eignet sich für die meisten Erdgasumgebungen mit H₂S und bietet ein optimales Verhältnis von Leistung und Kosten. Es findet breite Anwendung bei O-Ringen, V-Ringen, Flanschdichtungen und Ventilschaftdichtungen.
• ​Wichtiger HinweisSeien Sie sich der FKM-Vorschriften bewusst.schlechtes Tieftemperaturverhaltenund mögliche langfristige Leistungsverschlechterungen in Dampf oder Heißwasser. Prüfen Sie, ob die jeweilige Verbindung für den Einsatz in sauren Umgebungen geeignet ist.

​4. Polytetrafluorethylen (PTFE) und seine Verbundwerkstoffe​

• ​LeistungPTFE, auch bekannt als „König der Kunststoffe“, bietet nahezu perfekte chemische Inertheit und ist gegenüber Schwefelwasserstoff (H₂S) sowie Säuren, Basen und Lösungsmitteln in jeder Konzentration vollständig beständig. Sein Temperaturbereich ist extrem breit (-180 °C bis 260 °C), und es weist einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf.
• ​AnwendungPTFE wird häufig für Dichtungsringe, Ventilsitze, Antiextrusionsringe und Lippendichtungen verwendet. Reines PTFE neigt zu Kaltfließfähigkeit und weist eine geringe Elastizität auf. Daher wird es oft mit Glasfasern, Graphit, Kohlenstofffasern usw. vermischt, um die mechanische Festigkeit, Kriechfestigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern.
• ​FormulareWird häufig für Formdichtungen oder maschinell gefertigte Packungsringe verwendet.

​5. Metallsiegel​

• ​LeistungFür extrem hohe Drücke, extrem hohe Temperaturen oder extreme Bedingungen, bei denen Elastomere ungeeignet sind, stellen Metalldichtungen die optimale Lösung dar. Gängige Materialien sind:Edelstahl 316L, ​Legierung 625 (Inconel 625), ​Legierung C276 (Hastelloy C276)und andere korrosionsbeständige Legierungen.
• ​FormulareTypischerweise werden O-Ringe (massiv oder hohl), C-Ringe und federbetätigte Dichtungen verwendet. Sie nutzen die elastische Verformung des Metalls zur Abdichtung und sind für sehr hohe Drücke und Temperaturen geeignet.
• ​Anwendung: Bohrlochkopf-Weihnachtsbäume, Hochdruckventile, Reaktoren und Rohrleitungsverbindungen.

​III. Zu vermeidende Materialien​

• ​Standard-Nitrilkautschuk (NBR)Unzureichende Beständigkeit gegenüber H₂S und hohen Temperaturen; zersetzt sich schnell.
• ​Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM): Es ist zwar dampfbeständig, weist aber eine sehr geringe Beständigkeit gegenüber Ölen und Kohlenwasserstoffen auf und quillt in Öl stark auf.
• ​Neopren (CR)Generell schlechte Säurebeständigkeit; die Leistung ist FKM/HNBR weit unterlegen.
• ​Einige Polyurethane (PU)Neigt zur Hydrolyse und ist nicht beständig gegen H₂S-Korrosion.

​IV. Auswahl und Überlegungen​

1. ​Betriebsparameter bestätigenDie Auswahlkriterien sind Temperatur, Druck, H₂S- und CO₂-Konzentration sowie das Vorhandensein von Wasser.
2. ​Siehe Normen: Beachten Sie Branchenstandards wie NACE MR0175/ISO 15156 (Erdöl- und Erdgasindustrie – Werkstoffe für den Einsatz in H₂S-haltigen Umgebungen bei der Öl- und Gasförderung), die eine detaillierte Anleitung zur Auswahl metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe bieten.
3. ​MaterialverträglichkeitsprüfungIm Zweifelsfall sollten Sie immer chemische Kompatibilitätstabellen vom Dichtungslieferanten anfordern oder Tauchtests durchführen, die die Betriebsbedingungen simulieren, um die Leistungsfähigkeit zu überprüfen.
4. ​Dichtungsdesign: Hervorragende Werkstoffe erfordern eine durchdachte Konstruktion (geeignetes Kompressionsverhältnis, Verwendung von Anti-Extrusionsringen), um optimal zu funktionieren.
5. ​LieferantenqualifikationenWählen Sie qualifizierte und erfahrene Dichtungslieferanten, um die Echtheit des Materials und zuverlässige Herstellungsverfahren sicherzustellen.

​Abschluss​

Beim Umgang mit Erdgas und Schwefelwasserstoffmedien,Sicherheit hat oberste PrioritätDie Auswahl der Dichtungskomponenten sollte nicht primär auf den Kosten, sondern auf den Eigenschaften basieren.Zuverlässigkeit und Eignung des Materials.

• ​Primäre EmpfehlungFür die meisten Bedingungen gilt:Fluorelastomer (FKM)ist eine wirtschaftliche und zuverlässige Wahl.
• ​Extreme BedingungenFür hohe Temperaturen, hohen Druck und hohe KorrosionsbeständigkeitPerfluorelastomer (FFKM)oderDichtungen aus Speziallegierungsmetallsind eine notwendige Investition.
• ​Spezielle Anwendungen:PTFE-VerbundwerkstoffeundHydrierter Nitrilkautschuk (HNBR)innerhalb ihrer jeweiligen Anwendungsbereiche hervorragende Leistungen erbringen.

Die Wahl der richtigen Dichtungskomponente zielt darauf ab, eine sichere, zuverlässige und langlebige Barriere zu schaffen. Sie ist eine entscheidende technische Maßnahme, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten, Umweltverschmutzung zu vermeiden und die Produktionskontinuität sicherzustellen.