Surmonter les défis de l’étanchéité

Enregistrer dans la liste de lecture Ingénierie des Hydrocarbures, Jeudi 28 avril 2016 11h30

L'étanchéité à des températures élevées (généralement 400 °C et plus) est un défi car les matériaux standards, tels que le graphite expansé, ne peuvent pas fonctionner de manière fiable pendant de longues périodes dans de telles conditions. Cela entraîne une rupture du joint boulonné et une fuite. Jusqu'à présent, des compromis ont dû être faits lors du choix des matériaux, ce qui a un effet néfaste sur les performances d'étanchéité d'un assemblage boulonné au fil du temps à des températures élevées.

Graphique montrant la comparaison entre la thermiculite et le graphite inhibé et standard. Notez que même si l'oxydation est légèrement retardée pour le graphite inhibé, il se dégrade quand même, alors que la thermiculite n'est pas affectée au fil du temps.

Les processus à haute température sont observés dans de nombreuses industries, notamment le pétrole et le gaz, le traitement chimique et la production d’électricité. Les applications spécifiques comprennent le craquage catalytique fluide, la production d'engrais au nitrate d'ammonium, la production d'éthylène, les systèmes de torchage, les turbines à vapeur et à gaz, les systèmes d'échappement et, plus récemment, les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) et les systèmes d'énergie solaire thermique concentrée utilisant des fluides caloporteurs à sels fondus. Les sels fondus fonctionnent à des températures élevées et sont chimiquement agressifs, ajoutant ainsi un défi supplémentaire en matière d'étanchéité.

Un joint enroulé en spirale de style CHAUD avec du mica sur le diamètre extérieur et le diamètre intérieur. Notez la perte de graphite de la spirale due à l'oxydation, même avec la « barrière » de mica. Une fuite du joint a entraîné la fermeture d’une usine de dioxyde de titane.

Traditionnellement, les options disponibles pour les utilisateurs de joints consistaient à utiliser du graphite ou du mica, ou une combinaison des deux matériaux dans le but de compenser leurs faiblesses inhérentes. Alors que le graphite scelle bien à température ambiante, car il s'agit d'un matériau organique, à des températures modérées à élevées, le carbone s'oxyde et, avec le temps, le joint perd son intégrité et ses performances diminuent. Cela peut se produire étonnamment rapidement, même à des températures modérées, et s’accélère à mesure que les températures augmentent. Même lorsque le graphite est traité avec des produits chimiques inhibant l’oxygène, leur effet n’est que temporaire.

Le graphite est du carbone, et le carbone s'oxyde et provoque la dégradation du joint. Dans les cas les plus extrêmes, le graphite est entièrement oxydé, ce qui entraîne une perte totale de confinement, ce qui peut être catastrophique.

Comparaison des taux de fuite entre le joint spiralé en mica (bleu) et le joint spiralé Thermiculite 835 (orange). Même en cas de contraintes superficielles très élevées, le joint en mica subit des fuites appréciables.

Une autre option utilisée pour retarder le début de l’oxydation du graphite consiste à protéger le joint à l’aide d’une barrière. Le mica présente une excellente résistance thermique, mais comme il est poreux, il ne fonctionne pas bien comme scellant.

Cela signifie que, bien qu'en théorie le mica offre une résistance thermique et protège l'élément d'étanchéité en graphite, en réalité il ne fournit pas une étanchéité efficace aux gaz, et donc le graphite est toujours attaqué et finalement ces joints de style haute température de fonctionnement (HOT) échouent. .

Dans certaines applications à très haute température, ou lorsque le graphite est chimiquement incompatible ou favorise la corrosion, les entreprises ont tenté d'utiliser uniquement du mica, mais ces joints n'offrent pas une étanchéité adéquate et ne peuvent donc pas être considérés comme une option viable. D'autres technologies ont été essayées, telles que les matériaux hydrophobes à base de talc, mais bien que celles-ci prétendent offrir de bonnes performances, de graves défaillances en service ont été enregistrées en raison du fait que le matériau n'offre pas une intégrité fiable à long terme.

De plus en plus, les températures des processus augmentent et les opérateurs cherchent à prolonger les intervalles de maintenance. Cela nécessite des matériaux de joint capables de résister à ces températures élevées, tout en offrant également une fiabilité à long terme. La sécurité est essentielle et il est donc primordial de choisir une solution éprouvée et fiable.