Val av tätningskomponenter för media som innehåller naturgas och vätesulfid: En guide för tuffa förhållanden

Inom olje-, naturgas- och kemiindustrin innebär hantering av naturgas rik på vätesulfid (H₂S), ofta kallad "sur gas", extrema utmaningar för utrustningens tillförlitlighet och säkerhet. Vätesulfid är inte bara mycket giftigt, brandfarligt och explosivt, utan också starkt frätande. Det kan orsaka metallsulfidspänningssprickbildning (SSC) och väteinducerad sprickbildning (HIC), samtidigt som det orsakar svullnad, härdning och nedbrytning av icke-metalliska tätningsmaterial. Därför är det avgörande att välja lämpliga tätningskomponenter för sådana medier, vilket direkt påverkar produktionssäkerheten, miljöskyddet och utrustningens långsiktiga drift.

​I. Analys av driftsförhållanden och kärnutmaningar​

Innan man väljer tätningar är det viktigt att man fullt ut förstår mediets egenskaper:

1. ​Vätesulfids (H₂S) korrosivitetH₂S löses upp i vatten och bildar en svag syra, som kraftigt korroderar många elastomerer och metaller. Den kan bryta molekylkedjorna i tätningsmaterial, vilket gör att de förlorar elasticitet, blir spröda eller sväller kraftigt, vilket leder till fel.
2. ​Egenskaper hos naturgas (främst metan)Naturgas i sig är ett opolärt medium och kan orsaka svullnad i vissa gummin. System är oftahögtryck, vilket kräver att tätningar har utmärkt extruderingsmotstånd och låg sättning.
3. ​Kombinerade driftsförhållandenMedietemperatur, tryck, koncentration och närvaron av vatten (vilket avsevärt förvärrar H₂S-korrosion) är alla kritiska faktorer. Vanliga driftstemperaturer varierar från omgivningstemperatur till över 100 °C.

​II. Rekommenderat val av tätningsmaterial​

Baserat på ovanstående utmaningar har följande tätningsmaterial visat sig vara tillförlitliga för naturgasmiljöer som innehåller vätesulfid:

​1. Perfluorelastomer (FFKM)​​

• ​PrestandaDetta är för närvarandehögsta betygalternativet, känt som "elastomerernas kung". Det erbjuder utmärkt kemisk inertitet och motstår nästan alla kemikalier, inklusive koncentrerad svavelsyra, starka baser och aggressiv vätesulfid. Dess högtemperaturbeständighet är enastående (kontinuerlig användning upp till 280-300 °C+).
• ​AnsökanExtrema förhållanden med hög temperatur, högt tryck och hög H₂S-koncentration, såsom brunnshuvudutrustning, högtrycksventiler och kompressortätningar. Även om det är dyrt är det det primära valet för att säkerställa absolut säkerhet.
• ​Vanliga betygChemraz®, Perlast®, etc.

​2. Hydrogenerat nitrilbutadiengummi (HNBR)​

• ​PrestandaJämfört med standardnitrilgummi (NBR) erbjuder HNBR förbättrad värmebeständighet, kemisk beständighet och åldringsbeständighet genom en hydreringsprocess. Det ger god beständighet mot olje- och gasmedier och måttliga koncentrationer av H₂S, tillsammans med hög mekanisk hållfasthet och god slitstyrka.
• ​AnsökanMedeltemperatur (vanligtvis -25 °C till 150 °C), medeltryck och måttliga korrosionsförhållanden. Det är ett kostnadseffektivt alternativ som ofta används för ventiltätningar, O-ringar och flänspackningar.
• ​NoteraEj lämplig för extrema miljöer med mycket hög H₂S-koncentration och hög temperatur samtidigt.

​3. Fluorelastomer (FKM/Viton®)​

• ​PrestandaFKM har länge varit en av de mest använda högpresterande elastomererna i surgasmiljöer. Den erbjuder utmärkt motståndskraft mot höga temperaturer (ca 200–230 °C), oljor och många kemikalier (inklusive H₂S).
• ​AnsökanLämplig för de flesta naturgasmiljöer som innehåller H₂S, ett idealiskt val som balanserar prestanda och kostnad. Används ofta för O-ringar, V-ringar, flänspackningar och ventilskaftstätningar.
• ​Viktig anmärkningVar medveten om FKM:sdålig prestanda vid låg temperaturoch potentiell långsiktig prestandaförsämring i ånga eller varmt vatten. Bekräfta att den specifika blandningen är lämplig för sura temperaturer.

​4. Polytetrafluoreten (PTFE) och dess kompositer​

• ​PrestandaPTFE, känd som "plastkungen", erbjuder nästan perfekt kemisk inertitet och är helt motståndskraftig mot H₂S och syror, baser och lösningsmedel i alla koncentrationer. Dess temperaturområde är extremt brett (-180 °C till 260 °C) och den har en mycket låg friktionskoefficient.
• ​AnsökanAnvänds vanligtvis för packningsringar, ventilsäten, anti-extruderingsringar och läpptätningar. Ren PTFE är benägen för kallflytning och har dålig motståndskraft, så den blandas ofta med glasfiber, grafit, kolfiber etc. för att förbättra mekanisk hållfasthet, krypmotstånd och slitstyrka.
• ​FormulärAnvänds ofta för gjutna tätningar eller maskinbearbetade packningsringar.

​5. Metalltätningar​

• ​PrestandaFör ultrahöga tryck, ultrahöga temperaturer eller extrema förhållanden där elastomerer är olämpliga är metalltätningar den ultimata lösningen. Vanliga material inkluderarrostfritt stål 316L, ​Legering 625 (Inconel 625), ​Legering C276 (Hastelloy C276)och andra korrosionsbeständiga legeringar.
• ​FormulärVanligtvis metall-O-ringar (solida eller ihåliga), metall-C-ringar, fjäderaktiverade tätningar. De är beroende av metallens elastiska deformation för att uppnå en tätning och tål mycket höga tryck och temperaturer.
• ​AnsökanJulgranar till brunnshuvuden, högtrycksventiler, reaktorer och rörledningsanslutningar.

​III. Material att undvika​

• ​Standard nitrilgummi (NBR)Otillräcklig motståndskraft mot H₂S och höga temperaturer; bryts ner snabbt.
• ​Etylenpropylendienmonomer (EPDM)Även om den är ångbeständig, har den mycket dålig beständighet mot oljor och kolväten, och sväller kraftigt i olja.
• ​Neopren (CR)Generellt dålig syrabeständighet; prestandan är betydligt sämre än FKM/HNBR.
• ​Vissa polyuretaner (PU)Benägen för hydrolys och inte resistent mot H₂S-korrosion.

​IV. Urval och överväganden​

1. ​Bekräfta driftsparametrarTemperatur, tryck, H₂S- och CO₂-koncentration samt vattennärvaro är grunden för valet.
2. ​Se standarderFölj branschstandarder som NACE MR0175/ISO 15156 (Petroleum- och naturgasindustrier — Material för användning i H₂S-innehållande miljöer vid olje- och gasproduktion), som ger detaljerad vägledning om val av metalliska och icke-metalliska material.
3. ​MaterialkompatibilitetstestningVid osäkerhet, begär alltid kemiska kompatibilitetsdiagram från tätningsleverantören eller utför nedsänkningstester som simulerar driftsförhållanden för att verifiera prestandan.
4. ​TätningsdesignUtmärkta material kräver optimal design (lämplig kompressionsförhållande, användning av anti-extruderingsringar) för att fungera optimalt.
5. ​LeverantörskvalifikationerVälj kvalificerade och erfarna tätningsleverantörer för att säkerställa materialets äkthet och tillförlitliga tillverkningsprocesser.

​Slutsats​

Vid hantering av naturgas och vätesulfidmedier,säkerhet är högsta prioritetValet av tätningskomponenter bör inte i första hand baseras på kostnad utan påmaterialets tillförlitlighet och lämplighet.

• ​Primär rekommendationFör de flesta förhållanden,Fluorelastomer (FKM)är ett ekonomiskt och pålitligt val.
• ​Extrema förhållandenFör hög temperatur, högt tryck och hög korrosion,Perfluorelastomer (FFKM)ellerspecialtätningar i legeringsmetallär en nödvändig investering.
• ​Speciella tillämpningar: ​PTFE-kompositerochHydrogenerat nitrilgummi (HNBR)presterar utmärkt inom sina respektive tillämpliga intervall.

Att välja rätt tätningskomponent handlar om att bygga en säker, pålitlig och långvarig barriär. Det är ett avgörande tekniskt beslut för att säkerställa personalsäkerhet, förhindra miljöföroreningar och garantera produktionskontinuitet.