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Nov 03, 2023

Superare le sfide legate alla tenuta

Salva nell'elenco Hydrocarbon Engineering, giovedì 28 aprile 2016 11:30

La sigillatura ad alte temperature (tipicamente 400°C e oltre) è impegnativa perché i materiali standard, come la grafite espansa, non possono funzionare in modo affidabile per lunghi periodi di tempo in tali condizioni. Ciò provoca il cedimento del giunto bullonato e il verificarsi di una perdita. Finora è stato necessario scendere a compromessi nella scelta dei materiali, il che ha un effetto negativo sulle prestazioni di tenuta di un giunto bullonato nel tempo a temperature elevate.

Grafico che mostra il confronto tra Thermiculite e grafite sia inibita che standard. Si noti che sebbene l'ossidazione sia leggermente ritardata per la grafite inibita, essa continua a degradarsi, mentre la Thermiculite non viene influenzata nel tempo.

I processi ad alta temperatura sono presenti in molti settori, tra cui petrolio e gas, lavorazione chimica e produzione di energia. Applicazioni specifiche includono cracking catalitico fluido, produzione di fertilizzanti a base di nitrato di ammonio, produzione di etilene, sistemi di torcia, turbine a vapore e a gas, sistemi di scarico e, più recentemente, celle a combustibile a ossido solido (SOFC) e sistemi di energia solare termica concentrata che utilizzano fluidi di trasferimento di calore a sali fusi. I sali fusi operano a temperature elevate e sono chimicamente aggressivi, aggiungendo quindi un’ulteriore sfida alla tenuta.

Una guarnizione a spirale a spirale stile HOT con mica su diametro esterno e diametro interno. Da notare la perdita di grafite dalla spirale dovuta all'ossidazione anche con la 'barriera' di mica. La perdita della guarnizione ha provocato la chiusura di un impianto di biossido di titanio.

Tradizionalmente, le opzioni a disposizione degli utilizzatori di guarnizioni consistevano nell'utilizzare grafite o mica, o una combinazione dei due materiali, nel tentativo di compensare le loro debolezze intrinseche. Mentre la grafite sigilla bene a temperatura ambiente, poiché è un materiale organico, a temperature da moderate ad elevate il carbonio si ossida e col tempo la guarnizione perde la sua integrità e le prestazioni diminuiscono. Ciò può avvenire in modo sorprendentemente rapido, anche a temperature moderate, e viene accelerato con l’aumento delle temperature. Anche quando la grafite viene trattata con sostanze chimiche che inibiscono l'ossigeno, il loro effetto è solo temporaneo.

La grafite è carbonio e il carbonio si ossida provocando il degrado della guarnizione. Nei casi più estremi la grafite è completamente ossidata, il che si traduce in una perdita totale di contenimento – ciò può essere catastrofico.

Confronto dei tassi di perdita tra la guarnizione a spirale in mica (blu) e la guarnizione a spirale Thermiculite 835 (arancione). Anche in caso di sollecitazioni superficiali molto elevate la guarnizione in mica soffre di perdite apprezzabili.

Un'opzione alternativa utilizzata per ritardare l'inizio dell'ossidazione della grafite è quella di proteggere la guarnizione utilizzando una barriera. La mica presenta un'eccellente resistenza termica, tuttavia poiché è porosa non funziona bene come sigillante.

Ciò significa che, sebbene in teoria la mica fornisca resistenza termica e protegga l'elemento di tenuta in grafite, in realtà non fornisce un'efficace tenuta ai gas, quindi la grafite viene comunque attaccata e alla fine queste guarnizioni ad alta temperatura operativa (HOT) falliscono. .

In alcune applicazioni a temperature molto elevate, o dove la grafite è chimicamente incompatibile o favorisce la corrosione, le aziende hanno tentato di utilizzare esclusivamente mica, ma queste guarnizioni non forniscono una tenuta adeguata e quindi non possono essere considerate un'opzione praticabile. Sono state provate altre tecnologie, come i materiali idrofobi a base di talco, ma sebbene queste affermino di offrire buone prestazioni, sono stati registrati gravi guasti in servizio a causa del materiale che non offre un'integrità affidabile a lungo termine.

Le temperature di processo aumentano sempre di più e gli operatori cercano di estendere gli intervalli di manutenzione. Ciò richiede materiali per guarnizioni in grado di resistere a temperature elevate, offrendo allo stesso tempo affidabilità a lungo termine. La sicurezza è fondamentale e quindi la scelta di una soluzione collaudata e affidabile è fondamentale.