석유, 천연가스, 화학 산업에서 흔히 "사워가스(sour gas)"라고 불리는 황화수소(H₂S)가 풍부한 천연가스를 취급하는 것은 장비의 신뢰성과 안전성에 심각한 문제를 야기합니다. 황화수소는 독성, 인화성, 폭발성이 높을 뿐만 아니라 부식성도 강합니다. 금속 황화물 응력 균열(SSC)과 수소 유도 균열(HIC)을 유발할 수 있으며, 비금속 밀봉재의 팽창, 경화, 열화를 유발합니다. 따라서 이러한 매체에 적합한 밀봉 부품을 선택하는 것은 생산 안전, 환경 보호, 그리고 장비의 장기 작동에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요합니다.
I. 운영 조건 분석 및 핵심 과제
씰을 선택하기 전에 미디어의 속성을 완전히 이해하는 것이 필수적입니다.
- 황화수소(H₂S)의 부식성: H₂S는 물에 용해되어 약산을 형성하여 많은 엘라스토머와 금속을 강하게 부식시킵니다. 또한 밀봉재의 분자 사슬을 끊어 탄성을 잃거나, 취성을 일으키거나, 과도하게 팽창하여 파손을 초래할 수 있습니다.
- 천연가스(주로 메탄)의 특성: 천연가스 자체는 비극성 매질이며 특정 고무의 팽창을 유발할 수 있습니다. 시스템은 종종고압, 씰은 우수한 압출 저항성과 낮은 압축 변형을 가져야 합니다.
- 결합된 작동 조건: 매체 온도, 압력, 농도, 그리고 수분의 존재(H₂S 부식을 크게 악화시킴)는 모두 중요한 요소입니다. 일반적인 작동 온도는 상온에서 100°C 이상까지 다양합니다.
II. 권장 씰 재질 선택
위의 과제를 바탕으로, 다음의 밀봉재는 황화수소를 함유한 천연가스 환경에서 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었습니다.
1. 퍼플루오로엘라스토머(FFKM)
- 성능: 현재 이것은 최고 등급"엘라스토머의 왕"으로 알려진 이 제품은 탁월한 화학적 불활성을 제공하여 진한 황산, 강염기, 공격적인 황화수소를 포함한 거의 모든 화학 물질에 대한 내성을 지닙니다. 고온 내성도 탁월하여 최대 280~300°C 이상까지 연속 사용이 가능합니다.
- 애플리케이션: 웰헤드 장비, 고압 밸브, 압축기 씰 등 고온, 고압, 고농도 황화수소(H₂S) 농도를 가진 극한 환경에서 사용됩니다. 비용이 많이 들지만, 절대적인 안전을 보장하기 위한 주요 선택입니다.
- 공통 등급: Chemraz®, Perlast® 등
2. 수소화 니트릴 부타디엔 고무(HNBR)
- 성능: HNBR은 일반 니트릴 고무(NBR)에 비해 수소화 공정을 통해 향상된 내열성, 내화학성, 내노화성을 제공합니다. 석유 및 가스 매체와 적당한 H₂S 농도에 대한 우수한 내성을 제공하며, 높은 기계적 강도와 우수한 내마모성을 제공합니다.
- 애플리케이션: 중간 온도(일반적으로 -25°C ~ 150°C), 중간 압력, 그리고 중간 정도의 부식 조건에서 사용됩니다. 밸브 씰, O-링, 플랜지 개스킷에 자주 사용되는 비용 효율적인 옵션입니다.
- 메모: 매우 높은 H₂S 농도와 높은 온도가 동시에 발생하는 극한 환경에는 적합하지 않습니다.
3. 플루오로엘라스토머(FKM/Viton®)
- 성능: FKM은 오랫동안 사워가스 환경에서 가장 널리 사용되는 고성능 엘라스토머 중 하나였습니다. 고온(약 200~230°C), 오일, 그리고 다양한 화학물질(H₂S 포함)에 대한 뛰어난 내성을 제공합니다.
- 애플리케이션: H₂S를 함유한 대부분의 천연가스 환경에 적합하며, 성능과 비용의 균형을 고려한 이상적인 선택입니다. O-링, V-링, 플랜지 개스킷, 밸브 스템 씰 등에 널리 사용됩니다.
- 중요 참고 사항: FKM에 주의하세요저온 성능 저하 증기 또는 온수 사용 시 장기적인 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 특정 화합물이 사워(sour) 환경에 적합한지 확인하십시오.
4. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 그 복합재
- 성능: "플라스틱의 왕"으로 불리는 PTFE는 거의 완벽한 화학적 불활성을 제공하여 H₂S와 모든 농도의 산, 염기, 용매에 완벽하게 저항합니다. 온도 범위는 매우 넓으며(-180°C ~ 260°C), 마찰 계수가 매우 낮습니다.
- 애플리케이션: 패킹 링, 밸브 시트, 압출 방지 링, 립 씰 등에 일반적으로 사용됩니다. 순수 PTFE는 저온 유동에 취약하고 복원력이 약하기 때문에 기계적 강도, 크리프 저항성, 내마모성을 향상시키기 위해 유리 섬유, 흑연, 탄소 섬유 등과 혼합하여 사용하는 경우가 많습니다.
- 양식: 성형된 씰이나 기계로 가공된 패킹 링에 자주 사용됩니다.
5. 금속 씰
- 성능: 초고압, 초고온 또는 엘라스토머가 적합하지 않은 극한 환경에서는 금속 씰이 최고의 솔루션입니다. 일반적인 재질은 다음과 같습니다.스테인리스 스틸 316L, 합금 625(인코넬 625), 합금 C276(하스텔로이 C276)및 기타 내식성 합금.
- 양식: 일반적으로 금속 O-링(단면 또는 중공), 금속 C-링, 스프링 에너자이징 씰이 사용됩니다. 이러한 씰은 금속의 탄성 변형을 이용하여 밀봉을 형성하며, 매우 높은 압력과 온도를 견딜 수 있습니다.
- 애플리케이션: 웰헤드 크리스마스 트리, 고압 밸브, 반응기 및 파이프라인 연결부.
III. 피해야 할 재료
- 표준 니트릴 고무(NBR): H₂S와 고온에 대한 저항성이 부족하여 빠르게 저하됩니다.
- 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM): 증기에는 강하지만, 오일과 탄화수소에는 매우 약하고 오일에 심하게 부풀어 오릅니다.
- 네오프렌(CR): 일반적으로 내산성이 약합니다. 성능은 FKM/HNBR보다 훨씬 떨어집니다.
- 일부 폴리우레탄(PU): 가수분해되기 쉽고 H₂S 부식에 대한 저항성이 없습니다.
IV. 선택 및 고려 사항
- 작동 매개변수 확인: 온도, 압력, H₂S 및 CO₂ 농도, 수분 존재 여부가 선택의 기준입니다.
- 표준을 참조하세요: 석유 및 천연가스 산업 - 석유 및 가스 생산 시 H₂S가 포함된 환경에서 사용하기 위한 재료(석유 및 천연가스 산업)와 같은 산업 표준을 따르세요. 이 표준은 금속 및 비금속 재료 선택에 대한 자세한 지침을 제공합니다.
- 재료 적합성 테스트: 확실하지 않은 경우 항상 씰 공급업체에 화학적 호환성 차트를 요청하거나 작동 조건을 시뮬레이션한 침지 테스트를 수행하여 성능을 확인하세요.
- 씰 디자인: 우수한 소재는 최적의 성능을 발휘하기 위해 적절한 압축 비율, 압출 방지 링 사용과 같은 논리적 설계가 필요합니다.
- 공급업체 자격: 재료의 진위성과 신뢰할 수 있는 제조 공정을 보장하기 위해 자격을 갖춘 경험이 풍부한 씰 공급업체를 선택하세요.
결론
천연가스 및 황화수소 매체를 취급할 때,안전이 최우선입니다. 밀봉 구성 요소의 선택은 주로 비용이 아닌 다음을 기준으로 해야 합니다.재료의 신뢰성 및 적합성.
- 1차 권장 사항: 대부분의 조건에서는플루오로엘라스토머(FKM) 경제적이고 신뢰할 수 있는 선택입니다.
- 극한 상황: 고온, 고압, 고부식성용퍼플루오로엘라스토머(FFKM) 또는 특수 합금 금속 씰 필요한 투자입니다.
- 특수 응용 분야: PTFE 복합재 그리고 수소화 니트릴 고무(HNBR)각각의 적용 범위 내에서 우수한 성과를 보입니다.
올바른 밀봉 부품을 선택하는 것은 안전하고 신뢰할 수 있으며 오래 지속되는 장벽을 구축하는 것입니다. 이는 인명 안전, 환경 오염 방지, 그리고 생산 연속성을 보장하기 위한 중요한 기술적 결정입니다.
게시 시간: 2025년 9월 2일