Selectarea componentelor de etanșare pentru medii care conțin gaze naturale și hidrogen sulfurat: un ghid pentru condiții dificile

În industriile petrolului, gazelor naturale și chimice, manipularea gazelor naturale bogate în hidrogen sulfurat (H₂S), adesea numite „gaz acru”, prezintă provocări extreme pentru fiabilitatea și siguranța echipamentelor. Hidrogenul sulfurat nu este doar extrem de toxic, inflamabil și exploziv, ci și puternic coroziv. Poate provoca fisuri sub stres cauzate de sulfuri metalice (SSC) și fisuri induse de hidrogen (HIC), provocând totodată umflarea, întărirea și degradarea materialelor de etanșare nemetalice. Prin urmare, selectarea componentelor de etanșare adecvate pentru astfel de medii este crucială, având un impact direct asupra siguranței producției, protecției mediului și funcționării pe termen lung a echipamentelor.

​I. Analiza condițiilor de funcționare și principalele provocări​

Înainte de a selecta etanșările, este esențial să înțelegeți pe deplin proprietățile mediului:

1. ​Corozivitatea hidrogenului sulfurat (H₂S)H₂S se dizolvă în apă pentru a forma un acid slab, care corodează puternic mulți elastomeri și metale. Poate rupe lanțurile moleculare ale materialelor de etanșare, făcându-le să piardă elasticitatea, să devină fragile sau să se umfle excesiv, ducând la defecțiuni.
2. ​Proprietățile gazelor naturale (în principal metan)Gazul natural în sine este un mediu nepolar și poate provoca umflarea anumitor tipuri de cauciuc. Sistemele sunt adeseapresiune înaltă, necesitând ca etanșările să aibă o rezistență excelentă la extrudare și o deformare redusă la compresie.
3. ​Condiții de funcționare combinateTemperatura mediului, presiunea, concentrația și prezența apei (care exacerbează semnificativ coroziunea H₂S) sunt factori critici. Temperaturile de funcționare obișnuite variază de la temperatura ambiantă până la peste 100°C.

​II. Selectarea materialului de etanșare recomandat​

Pe baza provocărilor menționate mai sus, următoarele materiale de etanșare s-au dovedit fiabile pentru mediile cu gaze naturale care conțin hidrogen sulfurat:

​1. Perfluoroelastomer (FFKM)​​

• ​PerformanţăAcesta este în prezentcel mai înalt grad​, cunoscută sub numele de „regele elastomerilor”. Oferă o inerție chimică excelentă, rezistând la aproape toate substanțele chimice, inclusiv acid sulfuric concentrat, baze tari și hidrogen sulfurat agresiv. Rezistența sa la temperaturi ridicate este remarcabilă (utilizare continuă până la 280-300°C+).
• ​AplicațieCondiții extreme cu temperatură ridicată, presiune ridicată și concentrație mare de H₂S, cum ar fi echipamentele de la capul de sondă, valvele de înaltă presiune și etanșările compresorului. Deși costisitoare, este alegerea principală pentru asigurarea siguranței absolute.
• ​Note comuneChemraz®, Perlast® etc.

​2. Cauciuc nitril butadienic hidrogenat (HNBR)​

• ​PerformanţăComparativ cu cauciucul nitrilic standard (NBR), HNBR oferă o rezistență îmbunătățită la căldură, rezistență chimică și rezistență la îmbătrânire printr-un proces de hidrogenare. Oferă o bună rezistență la mediile petroliere și gazoase și la concentrații moderate de H₂S, împreună cu o rezistență mecanică ridicată și o bună rezistență la uzură.
• ​AplicațieTemperatură medie (de obicei -25°C până la 150°C), presiune medie și condiții de coroziune moderată. Este o opțiune rentabilă, adesea utilizată pentru etanșări de supape, inele O și garnituri de flanșă.
• ​NotaNu este potrivit pentru medii extreme cu concentrații foarte mari de H₂S și temperaturi ridicate simultane.

​3. Fluoroelastomer (FKM/Viton®)​

• ​PerformanţăFKM a fost mult timp unul dintre cei mai utilizați elastomeri de înaltă performanță în mediile cu gaze acide. Oferă o rezistență excelentă la temperaturi ridicate (aproximativ 200-230°C), uleiuri și multe substanțe chimice (inclusiv H₂S).
• ​AplicațiePotrivit pentru majoritatea mediilor cu gaze naturale care conțin H₂S, este o alegere ideală care echilibrează performanța și costul. Utilizat pe scară largă pentru inele O, inele V, garnituri de flanșă și etanșări ale tijei supapelor.
• ​Notă importantăFiți atenți la FKM-uriperformanță slabă la temperaturi scăzuteși o potențială degradare a performanței pe termen lung în abur sau apă fierbinte. Confirmați că respectivul compus este potrivit pentru utilizare în acide.

​4. Politetrafluoroetilenă (PTFE) și compozitele sale​

• ​PerformanţăPTFE, cunoscut drept „regele materialelor plastice”, oferă o inerție chimică aproape perfectă, rezistând complet la H₂S și acizi, baze și solvenți la orice concentrație. Intervalul său de temperatură este extrem de larg (-180°C până la 260°C) și are un coeficient de frecare foarte scăzut.
• ​AplicațieUtilizat în mod obișnuit pentru inele de etanșare, scaune de supape, inele anti-extrudare și garnituri cu buze. PTFE-ul pur este predispus la curgere la rece și are o rezistență slabă, așa că este adesea combinat cu fibră de sticlă, grafit, fibră de carbon etc., pentru a îmbunătăți rezistența mecanică, rezistența la fluaj și rezistența la uzură.
• ​FormulareAdesea utilizat pentru etanșări turnate sau inele de etanșare prelucrate.

​5. Garnituri metalice​

• ​PerformanţăPentru presiuni ultra-înalte, temperaturi ultra-înalte sau condiții extreme în care elastomerii nu sunt potriviți, etanșările metalice sunt soluția ideală. Printre materialele comune se numărăoțel inoxidabil 316L, ​Aliaj 625 (Inconel 625), ​Aliaj C276 (Hastelloy C276)și alte aliaje rezistente la coroziune.
• ​FormulareDe obicei, inele O metalice (solide sau goale), inele C metalice, etanșări acționate de arc. Acestea se bazează pe deformarea elastică a metalului pentru a realiza o etanșare și pot rezista la presiuni și temperaturi foarte ridicate.
• ​AplicațiePomi de Crăciun la gura de sondă, valve de înaltă presiune, reactoare și conexiuni la conducte.

​III. Materiale de evitat​

• ​Cauciuc nitrilic standard (NBR)Rezistență insuficientă la H₂S și temperaturi ridicate; se degradează rapid.
• ​Monomer de etilen propilen dienă (EPDM)Deși este rezistent la abur, are o rezistență foarte slabă la uleiuri și hidrocarburi, umflându-se sever în ulei.
• ​Neopren (CR)Rezistență generală slabă la acizi; performanța este mult inferioară față de FKM/HNBR.
• ​Unii poliuretani (PU)Predispus la hidroliză și nu este rezistent la coroziunea H₂S.

​IV. Selecție și considerații​

1. ​Confirmați parametrii de funcționareTemperatura, presiunea, concentrația de H₂S și CO₂ și prezența apei stau la baza selecției.
2. ​Consultați standardeleRespectați standardele industriale precum NACE MR0175/ISO 15156 (Industriile petrolului și gazelor naturale — Materiale destinate utilizării în medii care conțin H₂S în producția de petrol și gaze), care oferă îndrumări detaliate privind selectarea materialelor metalice și nemetalice.
3. ​Testarea compatibilității materialelorÎn caz de incertitudine, solicitați întotdeauna diagrame de compatibilitate chimică de la furnizorul garniturii sau efectuați teste de imersie simulând condițiile de funcționare pentru a verifica performanța.
4. ​Proiectarea sigiliuluiMaterialele excelente necesită un design precis (raport de compresie adecvat, utilizarea de inele anti-extrudare) pentru a funcționa optim.
5. ​Calificările furnizoruluiAlegeți furnizori de etanșări calificați și experimentați pentru a asigura autenticitatea materialelor și procese de fabricație fiabile.

​Concluzie​

La manipularea gazelor naturale și a mediilor cu hidrogen sulfurat,siguranța este prioritatea principalăAlegerea componentelor de etanșare nu ar trebui să se bazeze în primul rând pe cost, ci pefiabilitatea și adecvarea materialului.

• ​Recomandare principalăPentru majoritatea condițiilor,Fluoroelastomer (FKM)este o alegere economică și fiabilă.
• ​Condiții extremePentru temperaturi ridicate, presiuni ridicate și coroziune ridicată,Perfluoroelastomer (FFKM)saugarnituri metalice din aliaje specialesunt o investiție necesară.
• ​Aplicații speciale: ​Compozite PTFEșiCauciuc nitrilic hidrogenat (HNBR)au performanțe excelente în intervalele lor aplicabile.

Alegerea componentei de etanșare potrivite înseamnă construirea unei bariere sigure, fiabile și de lungă durată. Este o decizie tehnică critică pentru asigurarea siguranței personalului, prevenirea poluării mediului și garantarea continuității producției.