¿Qué es la descompresión explosiva?
Muchos fabricantes y operadores de la industria del petróleo y el gas tienen problemas de fugas con las juntas de elastómero, especialmente cuando se produce una caída de presión. Esto ocurre principalmente en juntas que crean una barrera contra medios gaseosos si el gas a alta presión cae a un nivel de presión muy bajo en un período de tiempo muy corto. El resultado de este proceso suele ser el daño de las juntas tóricas de Viton. El material elastómero está roto en varios lugares o forma ampollas en la superficie. Este fenómeno se llama descompresión explosiva.
Para las altas exigencias de las juntas de elastómero contra la descompresión explosiva (AED / Anti Explosive Decompression), todas las válvulas de bola de muñón suministradas por Válvula ZECO están equipados con juntas tóricas de Viton AED. La mayoría de las marcas disponibles están equipadas con juntas tóricas certificadas según el estándar NORSOK M-710 (el estándar internacional líder en este campo).
¿Qué es la junta tórica de descompresión explosiva?
Las juntas tóricas de elastómero estándar proporcionan rendimiento FE Clase A en cuanto a temperatura, presión y fluidos. El agua, los aromáticos, las aminas, el CO2, el glicol, el metanol, etc., pueden hinchar la matriz hasta el punto de estallar en el confinamiento de la ranura de la junta tórica o atacar químicamente al polímero mismo. Las bajas temperaturas (situaciones de purga) requieren juntas tóricas especiales resistentes a la DE, ya que los elastómeros estándar se vuelven duros y ya no pueden seguir el movimiento lateral del vástago.
El componente de las válvulas que conduce a la "ventana operativa" más limitada son las juntas tóricas de elastómero. Estas juntas tóricas se encuentran principalmente en válvulas de bola montadas en muñones. A bajas temperaturas, los elastómeros se vuelven más duros, menos resistentes y pierden su memoria. Para los sellos estáticos, la tolerancia a las bajas temperaturas es algo mejor, ya que no se necesita una gran dependencia de la resiliencia. En servicio a -29 °C, se recomiendan sellos de labio (en consecuencia, se especifica 'AED').
Cabe señalar que en Australia las juntas tóricas Viton AED se especifican con carta blanca en todos los tamaños y clases, incluso en servicio dulce estándar a temperatura estándar e incluso para bolas flotantes. Incluso la compañía Shell Oil solo especifica juntas tóricas AED para clase 600 y superiores en sus válvulas de muñón. Clase 150 y 300, especialmente en servicio estándar a temperaturas normales el fenómeno no ocurre ni ocurre incluso en válvulas clase 900, 1500, válvulas de bola flotante a temperaturas normales en tamaños más pequeños hasta 100NB.
Además, las válvulas de bola flotante a menudo contienen solo un sello de respaldo estático del vástago que se ve menos afectado, y las válvulas de bola flotante normalmente no tienen juntas tóricas de asiento dinámico.
Los componentes que requieren una atención detallada son el agua, el metanol, el glicol, las aminas, el amoníaco, el CO2 y el H2S. Cuando moléculas relativamente pequeñas y/o migran hacia la estructura polimérica abierta o elastómero, se produce hinchamiento. Hay disponibles muchos otros grados de elastómeros resistentes a la ED, como Aflas®, East-O-Lion 985® (HBNR), etc., según el servicio, la temperatura, etc.
Existe una grave limitación de alta presión en servicios gaseosos o volátiles cuando los componentes ligeros del fluido se difunden en el elastómero con el tiempo y se expanden en la matriz tras una rápida descompresión antes de que puedan difundirse nuevamente. El efecto se llama Descompresión Explosiva (ED) y aparece a presiones particularmente bajas cuando hay CO2 o H2O presentes.
Sellos de descompresión antiexplosivos (DEA)
Los sellos AED y las juntas tóricas AED están disponibles en PPE en una variedad de tipos de materiales elastómeros que incluyen HNBR, FEPM (Aflas®), FKM y FFKM bajo las marcas EnDura®, Perlast® y Perlast® ICE.
Además de Viton, otro material de junta tórica aceptado es el HNBR (que es inherentemente resistente al DEA). En la clase 1500 y superiores, las principales empresas como Shell suelen especificar sellos de labio mucho más caros. Sin embargo, como mínimo en tamaños más grandes en válvulas de muñón, se requieren anillos de respaldo de nailon o PEEK inmediatamente detrás de la junta tórica de Viton (una práctica que el diseño chino con insignias occidentales no realiza).
El servicio de dióxido de carbono, por ejemplo, es un ejemplo de una condición de servicio en la que se requieren juntas tóricas resistentes a la DE para las válvulas de bola de muñón. Aparte de la necesidad de evitar que el dióxido de carbono líquido quede atrapado en el orificio de la bola, el diseñador debe tener cuidado en la elección de los materiales del resto de componentes que componen una válvula.
Los elastómeros contienen huecos e inclusiones rígidas que se producen durante la fabricación. Los fluidos en contacto con el material son absorbidos y difundidos por todo el material. A alta presión el fluido permanece líquido; cuando la presión cae, el fluido se expandirá hasta convertirse en un gas que puede causar daños mecánicos como extrusión y formación de ampollas y sufrir una rápida descompresión del gas (RGD), a menudo denominada descomposición explosiva; en consecuencia, se requieren juntas tóricas resistentes a ED.
El problema con algunos materiales de juntas o sellos es el RGD (descompresión explosiva). Para múltiples aplicaciones de descompresión, donde la presión aumenta y disminuye, se pueden formar y crecer grietas con tensiones mucho más bajas que los puntos de ruptura. Si el número de ciclos es mayor que el número de ciclos de fatiga hasta la falla, entonces crecerán las grietas y, eventualmente, el material fallará.
Pruebas de descompresión explosiva
PPE es un fabricante y desarrollador líder de soluciones de sellado de descompresión antiexplosivos (DEA). Los laboratorios de desarrollo de materiales de PPE, ubicados en el Reino Unido y Houston, albergan modernas instalaciones de pruebas de DE para caucho en la industria.
Los bancos de pruebas de alta presión son capaces de presurizar varias geometrías de sellos hasta 13,8 MPa o 20 000 psi durante cualquier período de tiempo, cualquier número de ciclos de despresurización y a cualquier temperatura hasta 250 °C (482 °F). Los equipos se pueden utilizar para probar materiales según diversos estándares de la industria o realizar pruebas personalizadas para simular operaciones de campo reales.
Los bancos de pruebas de PPE son capaces de realizar pruebas según estándares como TOTAL GS PVV 142, NORSOK M710, NACE TM0297 e ISO 23936-2. Los insertos del soporte de junta tórica son intercambiables para adaptarse a varios niveles de compresión en geometrías de cara y pistón.
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