Uszczelnianie ropy i gazu na dalszych etapach łańcucha dostaw: wybór uszczelek, które wytrzymają pracę w rafineriach

Kołnierz płaczący na linii ładowania hydrokrakingu rzadko się ujawnia. Pojawia się najpierw jako słaby zapach węglowodorów na chodniku, ciemna plama na izolacji lub obraz termowizyjny, który wskazuje, że jest o dwa stopnie cieplejszy niż reszta kolektora. Zanim stanie się widocznym rozpryskiem, jednostka planuje nieplanowany przestój, a produkcja złącza kosztującego kilkaset dolarów zajęła tydzień.

W pozostałej części tego artykułu opisano, jakie rodzaje uszczelek odpowiadają danym usługom końcowym, co faktycznie regulują odpowiednie normy oraz praktyczne szczegóły decydujące o tym, czy złącze przetrwa okres pięciu lat.

Dlaczego uszczelnianie na dalszym odcinku stanowi inny problem

Downstream obejmuje wszystko za głowicą odwiertu: instalacje rafineryjne, zakłady petrochemiczne i chemiczne, terminale magazynowe, regały załadunkowe i rurociągi dystrybucyjne. Style uszczelek pokrywają się z tymi stosowanymi wcześniej, ale profil obciążenia nie.

Trzy różnice decydują o większości decyzji dotyczących zapieczętowania.

• Jazda na rowerze, a nie stan ustalony. Urządzenia do hydrorafinacji, reformery i jednostki katalityczne wielokrotnie nagrzewają się i schładzają podczas regeneracji, rozruchu i wyłączania. W każdym cyklu obciążenie śruby nieco się rozluźnia, a uszczelka, która pierwszego dnia utrzymywała ciśnienie 40 barów, po dziesiątym cyklu może pęknąć przy ciśnieniu 12 barów, jeśli nie odzyska swojej grubości.
• Tysiące małych stawów. Pojedyncza jednostka procesowa może zawierać więcej połączeń kołnierzowych o małej średnicy niż cała instalacja poprzedzająca ją zasilająca. Statystycznie to właśnie tam pojawiają się przecieki – a nie na 24-calowej głównej żyłce.
• Korozja i izolacja elektryczna. Mieszane materiały, kwaśne media i rurociągi chronione katodowo sprawiają, że złącza izolacyjne i prawidłowe dobranie materiałów stanowią część specyfikacji uszczelnienia, a nie refleksję.

Skala też ma znaczenie. MarketsandMarkets oszacowało, że światowy rynek uszczelnień do przetwarzania ropy i gazu wyniesie w 2018 r. około 5,7 miliarda dolarów, a do 2023 roku osiągnie wartość 6,4 miliarda dolarów, przy czym większą część tego popytu mają zakłady przetwórcze, a nie miejsca wierceń.

Który typ uszczelki pasuje do danej usługi na dalszym etapie łańcucha dostaw

Pięć rodzajów uszczelek obejmuje zdecydowaną większość dalszych połączeń kołnierzowych. Różnice, które mają znaczenie w praktyce, to zapotrzebowanie na obciążenie śrub, górna temperatura i to, czy złącze może tolerować przeróbkę.

Uszczelki spiralne do połączeń kołnierzowych w rafineriach i przemyśle chemicznym Przegląd kategorii uszczelek spiralnie zwijanych z metalowym uzwojeniem, miękkimi wypełniaczami i rodzajami do połączeń kołnierzowych dla rafinerii, przemysłu chemicznego i mocy. Zobacz produkt →

W przypadku większości rurociągów procesowych w rafineriach uszczelka zwijana spiralnie pozostaje wyborem domyślnym, ponieważ równoważy dwie rzeczy na raz: miękki wypełniacz zapewnia uszczelnienie, podczas gdy metalowe uzwojenie w kształcie litery V zapewnia sprężynę powrotną, która utrzymuje obciążenie złącza podczas stygnięcia. Tam, gdzie obciążenie śrub jest ograniczone lub kołnierz jest wąski, konstrukcje z blachy falistej lub profilu kamm są zwykle lepszym rozwiązaniem niż wciskanie cięższej uszczelki w złącze.

Dopasowanie uszczelki do rzeczywistych warunków pracy

Wybór zwykle rozpoczyna się od wartości znamionowej kołnierza i temperatury projektowej, ale o tym, czy złącze rzeczywiście wytrzyma, decydują cztery zmienne: dostępne obciążenie śruby, stan okładziny, media i korozja oraz liczba oczekiwanych cykli termicznych pomiędzy kolejnymi naprawami.

Temperatura to tylko połowa obrazu. Uszczelka przystosowana do pracy ciągłej w temperaturze 450°C może nadal ulec uszkodzeniu w urządzeniu, w którym temperatura waha się od 200°C do 400°C co dwa tygodnie, ponieważ liczy się to, jaką część pierwotnego obciążenia śruby uszczelka powróci po skurczeniu złącza.

Wykończenie powierzchni to zmienna najczęściej pomijana podczas naprawy. Uszczelka zwijana spiralnie, przeznaczona dla okładzin ząbkowanych Ra o grubości od 3,2 do 6,3 µm, zachowuje się bardzo różnie na gładkiej, zużytej lub porysowanej powierzchni oraz wykończenie i stan powierzchni kołnierza często wyjaśnia, dlaczego identyczna uszczelka uszczelnia na jednym kołnierzu, a płacze na drugim.

Normy i atesty, które mają rzeczywistą wagę

W zamówieniach na niższym szczeblu zazwyczaj wymieniane są standardy, a nie marki, dlatego warto wiedzieć, co faktycznie kontroluje każdy z nich.

• ASME B16.20 — wymiary, tolerancje i oznakowanie uszczelek spiralnych, złączy pierścieniowych i płaszczowych, a także dopuszczalne temperatury wypełniacza.
• ASME B16.5 / B16.47 i EN 1092-1 — standardy kołnierzy, którym musi odpowiadać uszczelka pod względem otworu, okręgu śrubowego i okładziny.
• ASME PCC-1 — wytyczne dotyczące montażu złącza śrubowego, w tym docelowe naprężenie śruby, kolejność smarowania i dokręcania.
• NACE MR0175 / ISO 15156 — twardość materiału i limity metalurgiczne dla usług kwaśnych.
• EN 10204 3.1 — rodzaj certyfikatu materiałowego zwykle wymaganego dla komponentów metalowych.
• API 6A i ISO 9001:2015 — zatwierdzenia produktów i systemów jakości, o które dalsi operatorzy i wykonawcy EPC proszą imiennie.

Na przykład firma Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd. działa zgodnie z normą ISO 9001:2015 i posiada certyfikat produktu API 6A oraz została uznana za dostawcę dla grup przemysłowych, w tym GE, Shell i ExxonMobil. Zatwierdzenia te stanowią przydatny filtr podczas kwalifikacji dostawcy, ponieważ kompresują długą listę kontrolną w jedno pytanie.

Uszczelki pierścieniowe i Kammprofile do najtwardszych połączeń

Dominują dwa style, gdy klasa ciśnienia, temperatura lub cykliczność wypychają z okna bardziej miękkie uszczelki.

Uszczelki pierścieniowe

Złącze pierścieniowe uszczelnia liniowy styk pomiędzy obrobionym metalowym pierścieniem a rowkiem na powierzchni czołowej kołnierza. Nie ma miękkiego wypełniacza, który by cokolwiek kompensował, i dlatego właśnie działa w przypadku połączeń wodorowych pod wysokim ciśnieniem i połączeń o wysokiej integralności – a także dlatego szybko ulega awarii, gdy rowek jest porysowany, pierścień jest poza tolerancją lub śruby nie są równomiernie dokręcone. Wymagania dotyczące obciążenia śruby są wysokie i należy sprawdzić rowek, a nie zakładać.

Uszczelki pierścieniowe do wysokociśnieniowych zastosowań w przemyśle naftowym, gazowym i petrochemicznym Metaliczne uszczelki RTJ do uszczelniania pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, w wersjach R, RX, BX, IX, soczewkowych i pokrytych gumą. Zobacz produkt →

Uszczelki Kammprofile

Uszczelka kammprofile wykorzystuje ząbkowany metalowy rdzeń z cienką miękką okładziną po każdej stronie. Zachowuje się jak hybryda: wymaga mniejszego obciążenia śrubowego niż złącze pierścieniowe, dobrze regeneruje się w wyniku cykli termicznych i radzi sobie z połączeniami kołnierzowymi wokół płaszczy wymiennika i pokryw kanałów, w których uszczelka zwijana spiralnie pracowałaby prawie na granicy swoich możliwości.

Wymiennik ciepła i izolowane złącza: pomijane punkty uszczelniające

Wymienniki ciepła skupiają problemy z uszczelnieniem na małym obszarze. Uszczelka znajduje się pomiędzy kołnierzem płaszcza a kanałem lub płytą pokrywy, gradienty temperatury na złączu są strome, a obciążenie śruby musi wytrzymać dwie powierzchnie jednocześnie. Uszczelki wymiennika są zwykle zamawiane jako kompletny zestaw na jednostkę, dzięki czemu wszystkie złącza w wiązce są wymieniane razem, a obciążenie śrub pozostaje zrównoważone.

Zestawy uszczelek izolacyjnych rozwiązują inny problem. Tam, gdzie rurociąg jest chroniony katodowo, przewodzące złącze kołnierzowe staje się miejscem korozji, a zestaw izolacyjny z uszczelką izolacyjną, tulejami i podkładkami przerywa tę ścieżkę elektryczną. Obowiązek zapieczętowania nie jest niczym niezwykłym; integralność elektryczna nie jest taka, a brak jednej podkładki izolacyjnej psuje całą instalację.

Niestandardowe uszczelki wymienników ciepła do jednostek płaszczowych, rurowych i płytowych Niestandardowe uszczelki wymienników ciepła z płaszczem metalowym i profilem kamm do urządzeń petrochemicznych, energetycznych, chłodniczych okrętów i przemysłowych urządzeń chłodniczych. Zobacz produkt →

Gdzie właściwie zaczynają się wycieki: montaż i obciążenie śrub

Branżowe wytyczne dotyczące połączeń śrubowych, w tym ASME PCC-1, zmierzają do tego samego przesłania: uszczelka rzadko jest najsłabszym ogniwem – jest nim zespół. Praktyczna sekwencja zwrotu w dół strumienia wygląda następująco.

1. Sprawdź okładzinę kołnierza zgodnie ze specyfikacją uszczelki; zamiast próbować zaklejać twarze, należy odrzucać porysowane, skorodowane lub mocno podziurawione twarze.
2. Oczyść obie powierzchnie i rowek oraz sprawdź wymiary uszczelki, otwór i grubość z rysunkiem, zanim zbliży się ona do złącza.
3. Nałóż równomiernie określony smar na gwinty i powierzchnie nakrętek; zmiany smarowania zapewniły obciążenie śruby większe, niż większość ludzi się spodziewa.
4. Unieś złącze w wielu przejściach, korzystając ze wzoru z procedury montażu, a nie pojedynczego ruchu okrężnego.
5. Na koniec sprawdź naprężenie lub moment obrotowy śruby, zapisz wartości i oznacz złącze do następnego przeglądu.

Ponowne dokręcenie po osiągnięciu przez jednostkę temperatury roboczej jest czasami właściwe, a czasami nie, w zależności od typu uszczelki i procedury. Stosowanie metody pisemnej ma większe znaczenie niż nawyk.

Co wysłać producentowi uszczelek

Opóźnienia w notowaniach w tej branży prawie zawsze wynikają z braku wspólnych danych. Wysłanie następujących informacji w jednej wiadomości eliminuje większość sytuacji związanych z przesyłaniem wiadomości w obie strony.

• Standard kołnierza, rozmiar nominalny, klasa ciśnienia i typ okładziny.
• Wymiary uszczelki lub rysunek z zaznaczeniem, łącznie z otworem i średnicą zewnętrzną.
• Materiał uzwojenia i wypełniacza oraz wszelkie wymagania dotyczące twardości w przypadku usług kwaśnych.
• Wymagany typ certyfikatu, na przykład EN 10204 3.1.
• Ilość według rozmiaru oraz informację, czy potrzebny jest pełny zestaw wymiennika.

W przypadku powtarzających się zamówień warto zachować oryginalną specyfikację w aktach — zapobiega to „równoważnemu” zastąpieniu, które po cichu zmienia gatunek wypełniacza.

Często zadawane pytania

Uszczelnienie w dalszej części procesu bardziej nagradza przygotowanie niż materiały najwyższej jakości. Wybór odpowiedniego typu uszczelki do danej usługi, sprawdzenie kołnierza i obciążenia śrub oraz przestrzeganie pisemnej procedury montażu zapobiegnie większej liczbie wycieków niż jakakolwiek pojedyncza aktualizacja arkusza specyfikacji.

Dla operatorów rafinerii i petrochemii poszukujących niezawodnego partnera w zakresie uszczelek, Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd. projektuje i produkuje asortyment uszczelek spiralnych, złączek pierścieniowych, profili kamm, blach falistych, niemetalowych, wymienników ciepła i uszczelek izolacyjnych, a także surowce do uszczelek, w swoim zakładzie produkcyjnym o powierzchni 20 000 m².