Tenuta di petrolio e gas a valle: scelta delle guarnizioni che reggono nel servizio di raffineria

Una flangia piangente su una linea di carica di un idrocracker si annuncia raramente. Si presenta prima come un leggero odore di idrocarburo sulla passerella, una macchia scura sull'isolamento o un'immagine termica che legge due gradi più calda rispetto al resto della testata. Nel momento in cui diventa uno spruzzo visibile, l'unità sta pianificando un'interruzione non pianificata e un giunto che costa poche centinaia di dollari ha portato con sé una settimana di produzione.

Il resto di questo articolo illustra quali stili di guarnizione si adattano a quali servizi a valle, cosa controllano effettivamente gli standard pertinenti e i dettagli pratici che decidono se un giunto sopravvive a un periodo di cinque anni.

Perché la tenuta a valle è un problema diverso

Il downstream copre tutto ciò che avviene dopo la testa pozzo: unità di processo di raffineria, impianti chimici e petrolchimici, terminali di stoccaggio, scaffali di carico e condotte di distribuzione. Gli stili delle guarnizioni si sovrappongono a quelli utilizzati a monte, ma il profilo di servizio no.

Tre differenze guidano la maggior parte delle decisioni relative alla sigillatura.

• Ciclo, non stato stazionario. Gli idrotrattatori, i reformer e le unità catalitiche si riscaldano e si raffreddano ripetutamente durante la rigenerazione, l'avvio e l'arresto. Ogni ciclo lascia che il carico del bullone si allenti un po', e una guarnizione che ha mantenuto 40 bar il primo giorno può scendere a 12 bar dopo il decimo ciclo se non riesce a recuperare il suo spessore.
• Migliaia di piccole articolazioni. Una singola unità di processo può contenere più connessioni flangiate di piccolo diametro dell'intero impianto a monte che la alimenta. Statisticamente, è qui che compaiono le perdite, non sulla linea principale da 24 pollici.
• Corrosione e isolamento elettrico. Materiali misti, servizio inadeguato e tubazioni protette catodicamente rendono i giunti di isolamento e il corretto accoppiamento dei materiali parte delle specifiche di sigillatura piuttosto che un ripensamento.

Anche la scala conta. MarketsandMarkets ha stimato che il mercato globale delle guarnizioni per la lavorazione del petrolio e del gas ammontava a circa 5,7 miliardi di dollari nel 2018, che si prevede raggiungerà i 6,4 miliardi di dollari entro il 2023, e gli impianti di lavorazione piuttosto che i siti di perforazione rappresentano la quota maggiore di tale domanda.

Quale stile di guarnizione si adatta a quale servizio a valle

Cinque stili di guarnizione coprono la stragrande maggioranza dei giunti flangiati a valle. Le differenze che contano nella pratica sono la richiesta di carico dei bulloni, la temperatura massima e se il giunto può tollerare un rifacimento.

Guarnizioni spirometalliche per giunti flangiati di raffinerie e prodotti chimici Panoramica delle categorie di guarnizioni a spirale con avvolgimento in metallo, riempitivi morbidi e stili per giunti flangiati per raffinerie, prodotti chimici e potenza. Visualizza il prodotto →

Per la maggior parte delle tubazioni dei processi di raffineria, la guarnizione a spirale rimane la scelta predefinita perché bilancia due cose contemporaneamente: il materiale di riempimento morbido esegue la sigillatura, mentre l'avvolgimento metallico a V fornisce il ritorno elastico che mantiene il carico sul giunto mentre si raffredda. Laddove il carico dei bulloni è limitato o la flangia è stretta, le costruzioni in metallo ondulato o con profilo kamm sono generalmente una soluzione migliore rispetto all'inserimento forzato di una guarnizione più pesante nel giunto.

Adeguamento della guarnizione alle effettive condizioni di servizio

La selezione normalmente inizia con la valutazione della flangia e la temperatura di progetto, ma quattro variabili decidono se il giunto regge davvero: carico disponibile del bullone, condizioni del rivestimento, mezzi e corrosione e numero di cicli termici previsti tra le riprese.

La temperatura è solo metà del quadro. Una guarnizione classificata per 450 °C in servizio costante potrebbe comunque guastarsi in un'unità che oscilla tra 200 °C e 400 °C ogni due settimane, perché ciò che conta è la quantità di carico del bullone originale che la guarnizione ritorna quando il giunto si contrae.

La finitura superficiale è la variabile che più spesso viene tralasciata durante un turnaround. Una guarnizione a spirale specificata per un rivestimento seghettato Ra da 3,2 a 6,3 µm si comporta in modo molto diverso su una superficie liscia, usurata o rigata e finitura e condizione della superficie della flangia spesso spiega perché una guarnizione identica sigilla su una flangia e piange su quella successiva.

Standard e approvazioni che hanno un peso reale

Gli appalti a valle di solito menzionano gli standard piuttosto che i marchi, quindi è utile sapere cosa controlla effettivamente ciascuno.

• ASME B16.20 — dimensioni, tolleranze e marcatura per guarnizioni a spirale, ring joint e incamiciate, oltre ai limiti di temperatura del riempitivo.
• ASME B16.5/B16.47 e EN 1092-1 — gli standard della flangia a cui la guarnizione deve corrispondere per quanto riguarda foro, circonferenza dei bulloni e rivestimento.
• ASME PCC-1 — guida all'assemblaggio dei giunti bullonati, compresa la sollecitazione target dei bulloni, la lubrificazione e la sequenza di serraggio.
• NACE MR0175/ISO 15156 — limiti di durezza del materiale e metallurgia per servizio acido.
• EN102043.1 — il tipo di certificato del materiale tipicamente richiesto per i componenti metallici.
• API 6A e ISO 9001:2015 — approvazioni di prodotti e sistemi di qualità che gli operatori a valle e gli appaltatori EPC richiedono nominativamente.

Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd., ad esempio, opera secondo la norma ISO 9001:2015 e possiede la certificazione di prodotto API 6A ed è stata riconosciuta come fornitore di gruppi industriali tra cui GE, Shell ed ExxonMobil. Tali approvazioni rappresentano un filtro utile durante la qualificazione del fornitore poiché comprimono una lunga lista di controllo in un'unica domanda.

Guarnizioni Ring Joint e Kammprofile per le giunzioni più difficili

Due stili dominano quando la classe di pressione, la temperatura o il ciclismo spingono le guarnizioni più morbide fuori dalla finestra.

Guarnizioni per giunti ad anello

Un giunto ad anello sigilla una linea di contatto tra un anello metallico lavorato e la scanalatura nella faccia della flangia. Non esiste un riempitivo morbido per compensare nulla, ed è proprio per questo che funziona con idrogeno ad alta pressione e collegamenti ad alta integrità - e anche perché fallisce rapidamente quando la scanalatura è graffiata, l'anello è fuori tolleranza o i bulloni non vengono sollevati in modo uniforme. I requisiti di carico dei bulloni sono elevati e la scanalatura deve essere ispezionata, non scontata.

Guarnizioni per giunti anulari per servizi petroliferi, gas e petrolchimici ad alta pressione Guarnizioni metalliche RTJ per tenuta ad alta pressione e alta temperatura, con stili R, RX, BX, IX, con lente e rivestiti in gomma. Visualizza il prodotto →

Guarnizioni a profilo Kamm

Una guarnizione a profilo kamm utilizza un'anima metallica seghettata con un sottile rivestimento morbido su ciascun lato. Si comporta come un ibrido: necessita di meno carico sui bulloni rispetto a un giunto ad anello, recupera bene attraverso il ciclo termico e gestisce le connessioni flangiate attorno ai gusci dello scambiatore e ai coperchi dei canali dove una guarnizione a spirale funzionerebbe quasi al suo limite.

Scambiatore di calore e giunti isolati: i punti di tenuta trascurati

Gli scambiatori di calore concentrano i problemi di tenuta in una piccola area. La guarnizione si trova tra una flangia del guscio e un canale o una piastra di copertura, i gradienti di temperatura attraverso il giunto sono ripidi e il carico del bullone deve sostenere due facce contemporaneamente. Le guarnizioni dello scambiatore vengono generalmente specificate come set completo per unità in modo che tutti i giunti del pacchetto vengano sostituiti insieme e i carichi dei bulloni rimangano bilanciati.

I kit di guarnizioni isolanti risolvono un problema diverso. Laddove una tubazione è protetta catodicamente, un giunto flangiato conduttivo diventa un sito di corrosione e un kit di isolamento con guarnizione isolante, manicotti e rondelle interrompe quel percorso elettrico. Il compito di sigillare è irrilevante; l'integrità elettrica non lo è e una singola rondella isolante mancante vanifica l'intera installazione.

Guarnizioni personalizzate per scambiatori di calore per unità a guscio, tubi e piastre Guarnizioni personalizzate per scambiatori di calore con rivestimento metallico e profilo kamm per apparecchiature petrolchimiche, energetiche, di raffreddamento marino e di refrigerazione industriale. Visualizza il prodotto →

Dove iniziano effettivamente le perdite: assemblaggio e carico dei bulloni

Le linee guida del settore sui giunti bullonati, inclusa ASME PCC-1, convergono sullo stesso messaggio: la guarnizione raramente è l’anello più debole, l’assemblaggio lo è. Una sequenza pratica per un turnaround a valle è simile a questa.

1. Verificare che la flangia sia rivolta rispetto alle specifiche della guarnizione; rifiutare facce rigate, corrose o gravemente bucherellate piuttosto che cercare di sigillarle.
2. Pulire entrambe le facce e la scanalatura e verificare le dimensioni, il foro e lo spessore della guarnizione rispetto al disegno prima che si avvicini al giunto.
3. Applicare uniformemente il lubrificante specificato sulle filettature e sulle facce dei dadi; i cambiamenti nella lubrificazione hanno fornito un carico sui bulloni maggiore di quanto la maggior parte delle persone si aspetta.
4. Sollevare il giunto in più passaggi utilizzando lo schema nella procedura di assemblaggio, non un singolo movimento circolare.
5. Controllare la sollecitazione o la coppia del bullone alla fine, registrare i valori ed etichettare il giunto per la prossima svolta.

Serrare nuovamente dopo che l'unità ha raggiunto la temperatura operativa a volte è appropriato e a volte no, a seconda del tipo di guarnizione e della procedura. Seguire il metodo scritto conta più dell’abitudine.

Cosa inviare a un produttore di guarnizioni

I ritardi nelle quotazioni in questo settore sono quasi sempre riconducibili alla mancanza di dati congiunti. L'invio di quanto segue in un unico messaggio rimuove la maggior parte del avanti e indietro.

• Standard della flangia, dimensione nominale, classe di pressione e tipo di rivestimento.
• Dimensioni della guarnizione o disegno annotato, inclusi foro e diametro esterno.
• Materiale di avvolgimento e di apporto, oltre a qualsiasi requisito di durezza per servizio acido.
• Tipo di certificato richiesto, ad esempio EN 10204 3.1.
• Quantità per dimensione e se è necessario un set scambiatore completo.

Per ordini ripetuti, vale la pena conservare le specifiche originali in archivio: impedisce una sostituzione "equivalente" che modifica silenziosamente il grado di riempimento.

Domande frequenti

La sigillatura a valle premia la preparazione più che i materiali di prima qualità. Scegliere lo stile di guarnizione giusto per il servizio, verificare la flangia e il carico dei bulloni e seguire una procedura di assemblaggio scritta preverrà più perdite di qualsiasi singolo aggiornamento alla scheda tecnica.

Per gli operatori di raffinerie e petrolchimici che cercano un partner affidabile per le guarnizioni, Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd. progetta e produce gamme di guarnizioni a spirale, ring joint, kammprofile, metalliche ondulate, non metalliche, per scambiatori di calore e isolanti, oltre a materie prime per guarnizioni, dal suo stabilimento di produzione di 20.000 m².