Selección de componentes de sellado para medios que contienen gas natural y sulfuro de hidrógeno: una guía para condiciones adversas

En las industrias del petróleo, el gas natural y la química, la manipulación de gas natural rico en sulfuro de hidrógeno (H₂S), a menudo llamado "gas agrio", presenta graves desafíos para la fiabilidad y la seguridad de los equipos. El sulfuro de hidrógeno no solo es altamente tóxico, inflamable y explosivo, sino también muy corrosivo. Puede causar agrietamiento por tensión por sulfuro metálico (SSC) y agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC), además de causar hinchamiento, endurecimiento y degradación de los materiales de sellado no metálicos. Por lo tanto, la selección de los componentes de sellado adecuados para estos medios es crucial, ya que repercute directamente en la seguridad de la producción, la protección del medio ambiente y el funcionamiento a largo plazo de los equipos.

​I. Análisis de las condiciones operativas y desafíos principales​

Antes de seleccionar los sellos, es esencial comprender completamente las propiedades del medio:

1. ​Corrosividad del sulfuro de hidrógeno (H₂S)El H₂S se disuelve en agua para formar un ácido débil que corroe fuertemente muchos elastómeros y metales. Puede romper las cadenas moleculares de los materiales de sellado, provocando su pérdida de elasticidad, fragilidad o hinchazón excesiva, lo que puede provocar fallos.
2. ​Propiedades del gas natural (principalmente metano)El gas natural en sí mismo es un medio apolar y puede causar hinchazón en ciertos cauchos. Los sistemas a menudo...alta presión, lo que requiere que los sellos tengan una excelente resistencia a la extrusión y una baja deformación por compresión.
3. ​Condiciones de funcionamiento combinadasLa temperatura, la presión y la concentración del medio, así como la presencia de agua (que agrava significativamente la corrosión por H₂S), son factores críticos. Las temperaturas de funcionamiento habituales varían desde la temperatura ambiente hasta más de 100 °C.

​II. Selección recomendada del material de sellado​

Con base en los desafíos mencionados anteriormente, los siguientes materiales de sellado han demostrado ser confiables para entornos de gas natural que contienen sulfuro de hidrógeno:

​1. Perfluoroelastómero (FFKM)​

• ​Actuación:Este es actualmente el ​grado más altoOpción conocida como el "rey de los elastómeros". Ofrece una excelente inercia química, resistiendo a casi todos los productos químicos, incluyendo ácido sulfúrico concentrado, bases fuertes y sulfuro de hidrógeno agresivo. Su resistencia a altas temperaturas es excepcional (uso continuo hasta 280-300 °C o más).
• ​SolicitudCondiciones extremas con alta temperatura, alta presión y alta concentración de H₂S, como equipos de boca de pozo, válvulas de alta presión y sellos de compresores. Aunque costoso, es la opción principal para garantizar una seguridad absoluta.
• ​Calificaciones comunes:Chemraz®, Perlast®, etc.

​2. Caucho de nitrilo butadieno hidrogenado (HNBR)​

• ​ActuaciónEn comparación con el caucho de nitrilo (NBR) estándar, el HNBR ofrece mayor resistencia térmica, química y al envejecimiento mediante un proceso de hidrogenación. Ofrece buena resistencia a los medios de petróleo y gas y a concentraciones moderadas de H₂S, además de alta resistencia mecánica y buena resistencia al desgaste.
• ​Solicitud: Temperatura media (típicamente de -25 °C a 150 °C), presión media y condiciones de corrosión moderada. Es una opción rentable que se utiliza a menudo para sellos de válvulas, juntas tóricas y juntas de bridas.
• ​Nota:No apto para entornos extremos con concentraciones muy altas de H₂S y altas temperaturas simultáneamente.

​3. Fluoroelastómero (FKM/Viton®)​

• ​ActuaciónEl FKM ha sido durante mucho tiempo uno de los elastómeros de alto rendimiento más utilizados en entornos con gases ácidos. Ofrece una excelente resistencia a altas temperaturas (aprox. 200-230 °C), aceites y numerosos productos químicos (incluido el H₂S).
• ​SolicitudAdecuado para la mayoría de entornos de gas natural con H₂S, es la opción ideal para equilibrar rendimiento y precio. Ampliamente utilizado para juntas tóricas, juntas en V, juntas de brida y sellos de vástago de válvula.
• ​Nota importante:Tenga cuidado con FKMbajo rendimiento a baja temperaturay posible degradación del rendimiento a largo plazo en vapor o agua caliente. Confirme que el compuesto específico sea apto para servicio en ambientes ácidos.

​4. Politetrafluoroetileno (PTFE) y sus compuestos​

• ​ActuaciónEl PTFE, conocido como el "rey de los plásticos", ofrece una inercia química casi perfecta, resistiendo completamente el H₂S, ácidos, bases y disolventes en cualquier concentración. Su rango de temperatura es extremadamente amplio (de -180 °C a 260 °C) y tiene un coeficiente de fricción muy bajo.
• ​SolicitudSe utiliza comúnmente en anillos de empaque, asientos de válvulas, anillos antiextrusión y sellos de labio. El PTFE puro tiende a fluir en frío y presenta poca resiliencia, por lo que suele combinarse con fibra de vidrio, grafito, fibra de carbono, etc., para mejorar la resistencia mecánica, la resistencia a la fluencia y la resistencia al desgaste.
• ​Formularios:Se utiliza a menudo para sellos moldeados o anillos de empaque mecanizados.

​5. Sellos metálicos​

• ​ActuaciónPara presiones y temperaturas ultraaltas o condiciones extremas donde los elastómeros no son adecuados, los sellos metálicos son la solución definitiva. Los materiales comunes incluyenacero inoxidable 316L, ​Aleación 625 (Inconel 625), ​Aleación C276 (Hastelloy C276)y otras aleaciones resistentes a la corrosión.
• ​Formularios: Generalmente, se utilizan juntas tóricas metálicas (sólidas o huecas), juntas C metálicas y sellos accionados por resorte. Se basan en la deformación elástica del metal para lograr un sellado y pueden soportar presiones y temperaturas muy altas.
• ​Solicitud: Árboles de Navidad en boca de pozo, válvulas de alta presión, reactores y conexiones de tuberías.

​III. Materiales que deben evitarse​

• ​Caucho de nitrilo estándar (NBR):Resistencia insuficiente al H₂S y a las altas temperaturas; se degrada rápidamente.
• ​Monómero de etileno propileno dieno (EPDM):Si bien es resistente al vapor, tiene muy poca resistencia a los aceites e hidrocarburos, hinchándose mucho en aceite.
• ​Neopreno (CR):Generalmente tiene poca resistencia a los ácidos; el rendimiento es muy inferior al de FKM/HNBR.
• ​Algunos poliuretanos (PU): Propenso a la hidrólisis y no resistente a la corrosión por H₂S.

​IV. Selección y consideraciones​

1. ​Confirmar parámetros de funcionamiento:La temperatura, la presión, la concentración de H₂S y CO₂ y la presencia de agua son la base para la selección.
2. ​Consulte las normas:Siga estándares de la industria como NACE MR0175/ISO 15156 (Industrias del petróleo y el gas natural: Materiales para uso en entornos que contienen H₂S en la producción de petróleo y gas), que proporciona orientación detallada sobre la selección de materiales metálicos y no metálicos.
3. ​Prueba de compatibilidad de materiales:En caso de duda, solicite siempre tablas de compatibilidad química al proveedor del sello o realice pruebas de inmersión que simulen las condiciones de funcionamiento para verificar el rendimiento.
4. ​Diseño de sello:Los materiales excelentes requieren un diseño adecuado (relación de compresión adecuada, uso de anillos antiextrusión) para funcionar de manera óptima.
5. ​Calificaciones de los proveedores:Elija proveedores de sellos calificados y con experiencia para garantizar la autenticidad del material y procesos de fabricación confiables.

​Conclusión​

Al manipular medios de gas natural y sulfuro de hidrógeno,La seguridad es la máxima prioridadLa selección de componentes de sellado no debe basarse principalmente en el costo sino en lafiabilidad e idoneidad del material.

• ​Recomendación principal:Para la mayoría de las condiciones,Fluoroelastómero (FKM)​ es una opción económica y confiable.
• ​Condiciones extremas:Para alta temperatura, alta presión y alta corrosión,Perfluoroelastómero (FFKM)​ o ​sellos de metal de aleación especial​ son una inversión necesaria.
• ​Aplicaciones especiales: ​Compuestos de PTFE​ y ​Caucho de nitrilo hidrogenado (HNBR)​ funcionan excelentemente dentro de sus respectivos rangos aplicables.

Elegir el componente de sellado adecuado implica construir una barrera segura, fiable y duradera. Es una decisión técnica crucial para garantizar la seguridad del personal, prevenir la contaminación ambiental y garantizar la continuidad de la producción.