בחירת רכיבי איטום עבור מדיה המכילה גז טבעי ומימן גופרתי: מדריך לתנאים קשים

בתעשיות הנפט, הגז הטבעי והכימיקלים, טיפול בגז טבעי עשיר במימן גופרתי (H₂S), המכונה לעתים קרובות "גז חמוץ", מציב אתגרים קיצוניים לאמינות ובטיחות הציוד. מימן גופרתי הוא לא רק רעיל ביותר, דליק ונפיץ, אלא גם קורוזיבי מאוד. הוא יכול לגרום לסדיקת מאמץ של גופרתי מתכתי (SSC) ולסדקים המושרים על ידי מימן (HIC), ובמקביל לגרום לנפיחות, התקשות ופירוק של חומרי איטום לא מתכתיים. לכן, בחירת רכיבי האיטום המתאימים עבור מדיה כזו היא קריטית, ומשפיעה ישירות על בטיחות הייצור, הגנת הסביבה ותפעול הציוד לטווח ארוך.

​א. ניתוח תנאי הפעלה ואתגרים מרכזיים​

לפני בחירת אטמים, חיוני להבין היטב את תכונות המדיה:

1. ​קורוזיביות של מימן גופרתי (H₂S)H₂S מתמוסס במים ויוצר חומצה חלשה, אשר גורמת לשחיקה חזקה של אלסטומרים ומתכות רבים. הוא יכול לשבור את השרשראות המולקולריות של חומרי איטום, ולגרום להם לאבד גמישות, להפוך לשבירים או להתנפח יתר על המידה, מה שמוביל לכשל.
2. ​תכונות של גז טבעי (בעיקר מתאן)גז טבעי כשלעצמו הוא תווך לא קוטבי ויכול לגרום לנפיחות בגומי מסוים. מערכות לעיתים קרובות...לחץ גבוה, הדורש מאטמים עמידות מצוינת בפני שחול ועמידות נמוכה בפני דחיסה.
3. ​תנאי הפעלה משולביםטמפרטורת המדיה, הלחץ, הריכוז ונוכחות מים (המחמירים משמעותית את קורוזיית ה-H₂S) הם כולם גורמים קריטיים. טמפרטורות הפעלה נפוצות נעות בין טמפרטורת סביבה ליותר מ-100 מעלות צלזיוס.

​II. בחירת חומר איטום מומלץ​

בהתבסס על האתגרים הנ"ל, חומרי האיטום הבאים הוכחו אמינים עבור סביבות גז טבעי המכילות מימן גופרתי:

​1. פרפלואורואלסטומר (FFKM)​​

• ​ביצועיםזהו כרגע ה-הציון הגבוה ביותראפשרות זו, המכונה "מלך האלסטומרים". היא מציעה אינרטיות כימית מעולה, ועמידה כמעט בכל הכימיקלים, כולל חומצה גופרתית מרוכזת, בסיסים חזקים ומימן גופרתי אגרסיבי. עמידותה בטמפרטורות גבוהות יוצאת דופן (שימוש רציף עד 280-300 מעלות צלזיוס ומעלה).
• ​בַּקָשָׁהתנאים קיצוניים עם טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה וריכוז גבוה של H₂S, כגון ציוד ראש באר, שסתומי לחץ גבוה ואטמי מדחס. למרות היותו יקר, זוהי הבחירה העיקרית להבטחת בטיחות מוחלטת.
• ​ציונים נפוצים: Chemraz®, Perlast® וכו'.

​2. גומי ניטריל בוטאדיאן מוקשה (HNBR)​

• ​ביצועיםבהשוואה לגומי ניטריל סטנדרטי (NBR), HNBR מציע עמידות משופרת בחום, עמידות כימית ועמידות הזדקנות באמצעות תהליך הידרוגנציה. הוא מספק עמידות טובה לתמיסות נפט וגז וריכוזים מתונים של H₂S, יחד עם חוזק מכני גבוה ועמידות טובה בפני שחיקה.
• ​בַּקָשָׁהטמפרטורה בינונית (בדרך כלל -25°C עד 150°C), לחץ בינוני ותנאי קורוזיה מתונים. זוהי אפשרות חסכונית המשמשת לעתים קרובות עבור אטמי שסתומים, טבעות O ואטמי אוגן.
• ​פֶּתֶקלא מתאים לסביבות קיצוניות עם ריכוז H₂S גבוה מאוד וטמפרטורה גבוהה בו זמנית.

​3. פלואוראלסטומר (FKM/Viton®)​

• ​ביצועיםFKM נחשב זה מכבר לאחד האלסטומרים בעלי הביצועים הגבוהים הנפוצים ביותר בסביבות גז חמוץ. הוא מציע עמידות מצוינת לטמפרטורות גבוהות (כ-200-230 מעלות צלזיוס), שמנים וכימיקלים רבים (כולל H₂S).
• ​בַּקָשָׁהמתאים לרוב סביבות הגז הטבעי המכילות H₂S, זוהי בחירה אידיאלית המאזנת ביצועים ועלות. בשימוש נרחב עבור טבעות O, טבעות V, אטמי אוגן ואטמי גזע שסתומים.
• ​הערה חשובהשימו לב ל-FKMביצועים גרועים בטמפרטורה נמוכהופגיעה אפשרית בביצועים לטווח ארוך בקיטור או במים חמים. יש לוודא שהתרכובת הספציפית מתאימה לשירות חמוץ.

​4. פוליאטטראפלואורואתילן (PTFE) וחומריו המרוכבים​

• ​ביצועיםPTFE, המכונה "מלך הפלסטיק", מציע אינרטיות כימית כמעט מושלמת, ועמיד לחלוטין בפני H₂S וחומצות, בסיסים וממסים בכל ריכוז. טווח הטמפרטורות שלו רחב ביותר (-180°C עד 260°C), ויש לו מקדם חיכוך נמוך מאוד.
• ​בַּקָשָׁהמשמש בדרך כלל לטבעות אריזה, מושבי שסתומים, טבעות נגד שיחול ואטמי שפתיים. PTFE טהור נוטה לזרימה קרה ובעל עמידות נמוכה, ולכן הוא לרוב מעורבב עם סיבי זכוכית, גרפיט, סיבי פחמן וכו', כדי לשפר את החוזק המכני, עמידות הזחילה ועמידות בפני שחיקה.
• ​טפסיםמשמש לעתים קרובות עבור אטמים יצוקים או טבעות אריזה מעובדות.

​5. אטמי מתכת​

• ​ביצועיםעבור לחץ גבוה במיוחד, טמפרטורה גבוהה במיוחד או תנאים קיצוניים שבהם אלסטומרים אינם מתאימים, אטמי מתכת הם הפתרון האולטימטיבי. חומרים נפוצים כולליםנירוסטה 316L, ​סגסוגת 625 (אינקונל 625), ​סגסוגת C276 (הסטלוי C276)וסגסוגות אחרות עמידות בפני קורוזיה.
• ​טפסיםבדרך כלל טבעות O ממתכת (מוצקות או חלולות), טבעות C ממתכת, אטמים המופעלים על ידי קפיצים. הם מסתמכים על עיוות אלסטי של מתכת כדי להשיג אטימה ויכולים לעמוד בלחצים וטמפרטורות גבוהים מאוד.
• ​בַּקָשָׁהעצי חג מולד של ראשי באר, שסתומי לחץ גבוה, כורים וחיבורי צנרת.

​ג. חומרים שיש להימנע מהם​

• ​גומי ניטריל סטנדרטי (NBR)עמידות לא מספקת ל-H₂S ולטמפרטורות גבוהות; מתכלה במהירות.
• ​מונומר אתילן פרופילן דיאן (EPDM)למרות עמידותו בפני קיטור, יש לו עמידות נמוכה מאוד לשמנים ופחמימנים, והוא מתנפח קשות בשמן.
• ​ניאופרן (CR)עמידות חומצית ירודה בדרך כלל; הביצועים נמוכים בהרבה מ-FKM/HNBR.
• ​חלק מהפוליאוריתנים (PU)נוטה להידרוליזה ואינו עמיד בפני קורוזיה של H₂S.

​IV. בחירה ושיקולים​

1. ​אישור פרמטרי הפעלהטמפרטורה, לחץ, ריכוז H₂S ו-CO₂, ונוכחות מים הם הבסיס לבחירה.
2. ​עיין בתקניםיש לפעול לפי תקני התעשייה כגון NACE MR0175/ISO 15156 (תעשיות הנפט והגז הטבעי - חומרים לשימוש בסביבות המכילות H₂S בייצור נפט וגז), המספק הנחיות מפורטות לבחירת חומרים מתכתיים ולא מתכתיים.
3. ​בדיקות תאימות חומריםבמקרה של חוסר ודאות, יש לבקש תמיד תרשימי תאימות כימית מספק האטמים או לבצע בדיקות טבילה המדמות תנאי הפעלה כדי לאמת את הביצועים.
4. ​עיצוב חותםחומרים מצוינים דורשים תכנון (יחס דחיסה מתאים, שימוש בטבעות נגד שיחול) כדי לתפקד בצורה אופטימלית.
5. ​הסמכות הספקבחרו ספקי אטמים מוסמכים ומנוסים כדי להבטיח את אותנטיות החומר ותהליכי ייצור אמינים.

​מַסְקָנָה​

בעת טיפול בגז טבעי ובמדיה של מימן גופרתי,בטיחות היא בראש סדר העדיפויותבחירת רכיבי האיטום לא צריכה להתבסס בעיקר על עלות אלא על...אמינות והתאמה של החומר.

• ​המלצה עיקריתעבור רוב המצבים,פלואוראלסטומר (FKM)היא בחירה חסכונית ואמינה.
• ​תנאים קיצונייםעבור טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה וקורוזיה גבוהה,פרפלואורואלסטומר (FFKM)אואטמי מתכת סגסוגת מיוחדיםמהוות השקעה הכרחית.
• ​יישומים מיוחדים: ​חומרים מרוכבים PTFEוגומי ניטריל מוקשה (HNBR)מתפקדים בצורה מצוינת בטווחים הרלוונטיים שלהם.

בחירת רכיב האיטום הנכון נועדה לבניית מחסום בטוח, אמין ועמיד לאורך זמן. זוהי החלטה טכנית קריטית להבטחת בטיחות הצוות, מניעת זיהום סביבתי והבטחת המשכיות הייצור.