Joints toriques de décompression explosive dans un robinet à tournant sphérique

Qu’est-ce que la décompression explosive ?

De nombreux fabricants et opérateurs de l’industrie pétrolière et gazière rencontrent des problèmes de fuite avec les joints en élastomère, notamment en cas de chute de pression. Cela se produit principalement dans les joints qui créent une barrière contre les fluides gazeux si le gaz sous haute pression tombe à un niveau de pression très basse en très peu de temps. Le résultat de ce processus est souvent un endommagement des joints toriques Viton. Le matériau élastomère est soit déchiré à divers endroits, soit cloqué en surface. Ce phénomène est appelé décompression explosive.

Pour les exigences élevées en matière de joints élastomères contre la décompression explosive (AED / Anti Explosive Decompression), tous les robinets à tournant sphérique fournis par Soupape ZECO sont équipés de joints toriques Viton AED. La plupart des marques proposées sont équipées de joints toriques certifiés NORSOK standard M-710 (la principale norme internationale dans ce domaine).

Qu'est-ce que le joint torique de décompression explosive ?

Les joints toriques en élastomère standard offrent des performances FE de classe A en termes de température, de pression et de fluides. L'eau, les aromatiques, les amines, le CO2, le glycol, le méthanol, etc. peuvent soit gonfler la matrice jusqu'au point d'éclatement dans le confinement de la rainure du joint torique, soit attaquer chimiquement le polymère lui-même. Les basses températures (situations de purge) nécessitent des joints toriques spéciaux résistants aux DE, car les élastomères standard deviennent durs et ne peuvent plus suivre le mouvement latéral de la tige.

Le composant des vannes qui conduit à la « fenêtre de fonctionnement » la plus limitée sont les joints toriques en élastomère. De tels joints toriques se trouvent principalement dans les vannes à bille montées sur tourillon. À basse température, les élastomères deviennent plus durs, moins résistants et perdent leur mémoire. Pour les joints statiques, la tolérance aux basses températures est légèrement meilleure, car il n’y a pas de forte dépendance à l’égard de la résilience nécessaire. En service -29c, des joints à lèvres sont recommandés (par conséquent, en spécifiant « AED »).

Il convient de noter qu'en Australie, les joints toriques Viton AED sont spécifiés carte blanche dans toutes les tailles et classes, même en service sucré standard à température standard et même pour les billes flottantes. Même la société Shell Oil ne spécifie que des joints toriques AED pour la classe 600 et supérieure dans ses vannes à tourillon. Classes 150 et 300, en particulier en service standard à températures normales, le phénomène ne se produit pas et ne se produit même pas dans les vannes des classes 900, 1500, les vannes à bille flottante à températures normales dans des tailles plus petites jusqu'à 100NB.

De plus, les vannes à bille flottante ne contiennent souvent qu'un seul joint de tige de secours statique qui est moins affecté, et les vannes à bille flottante n'ont normalement pas de joints toriques à siège dynamique.

Les constituants nécessitant une attention particulière sont l'eau, le méthanol, le glycol, les amines, l'ammoniac CO2 et le H2S. Lorsque des molécules relativement petites et/ou migrent dans la structure polymère ouverte ou l'élastomère, un gonflement se produit. De nombreux autres grades d'élastomères résistants aux ED sont disponibles tels que Aflas®, East-O-Lion 985® (HBNR), etc., en fonction du service, de la température, etc.

Une sérieuse contrainte de haute pression existe dans les services gazeux ou volatils lorsque les composants légers du fluide se diffusent dans l'élastomère au fil du temps et se dilatent dans la matrice lors d'une décompression rapide avant de pouvoir se diffuser à nouveau. L'effet est appelé décompression explosive (ED) et apparaît à des pressions particulièrement basses en présence de CO2 ou de H2O.

Sceaux anti-explosifs à décompression (AED)

Les joints AED et les joints toriques AED sont disponibles auprès de PPE dans une gamme de types de matériaux élastomères, notamment HNBR, FEPM (Aflas®), FKM et FFKM sous les marques EnDura®, Perlast® et Perlast® ICE.

En plus du Viton, un autre matériau de joint torique accepté est le HNBR (qui est intrinsèquement résistant aux DAE). Dans la classe 1 500 et au-dessus, des joints à lèvres beaucoup plus chers sont généralement spécifiés par de grandes entreprises comme Shell. Cependant, au minimum dans les vannes à tourillon de plus grande taille, des anneaux de secours en nylon ou en PEEK sont requis immédiatement derrière le joint torique Viton (une pratique que la conception chinoise avec les badges occidentaux ne fait pas).

Le service au dioxyde de carbone, par exemple, est un exemple de condition de service où des joints toriques résistants aux DE sont requis pour les vannes à tourillon. Outre la nécessité d'éviter que le dioxyde de carbone liquide ne soit piégé dans le trou de la bille, le concepteur doit être prudent dans le choix des matériaux pour le reste des composants qui composent une vanne.

Les élastomères contiennent des vides et des inclusions rigides produits lors de la fabrication. Les fluides en contact avec le matériau sont absorbés et diffusés dans tout le matériau. À haute pression, le fluide reste sous forme liquide ; lorsque la pression chute, le fluide se dilate en gaz qui peut provoquer des dommages mécaniques tels que l'extrusion et le cloquage et subir une décompression rapide du gaz (RGD), souvent appelée décomposition explosive, par conséquent des joints toriques résistants aux DE sont nécessaires.

Le problème avec certains matériaux de joints ou de joints est celui de la RGD (décompression explosive). Pour les applications de décompression multiples, où la pression augmente et diminue, des fissures peuvent se former et se développer à des contraintes bien inférieures aux points de rupture. Si le nombre de cycles est supérieur au nombre de cycles de fatigue jusqu'à la rupture, les fissures se développeront et, éventuellement, le matériau se brisera.

Tests de décompression explosive

PPE est l'un des principaux fabricants et développeurs de solutions d'étanchéité anti-explosive et décompression (AED). Les laboratoires de développement de matériaux de PPE, situés au Royaume-Uni et à Houston, abritent des installations modernes d'essais ED pour le caoutchouc dans l'industrie.

Les bancs d'essai haute pression sont capables de pressuriser diverses géométries de joints jusqu'à 13,8 MPa ou 20 000 psi sur n'importe quelle période, n'importe quel nombre de cycles de dépressurisation et à n'importe quelle température jusqu'à 250°C (482°F). Les plates-formes peuvent être utilisées pour tester des matériaux par rapport à diverses normes industrielles ou effectuer des tests personnalisés pour simuler des opérations réelles sur le terrain.

Les bancs d'essai de PPE sont capables de tester selon des normes telles que TOTAL GS PVV 142, NORSOK M710, NACE TM0297 et ISO 23936-2. Les inserts de support de joint torique sont interchangeables pour s'adapter à différents niveaux de compression dans les géométries de face et de piston.

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