Como resolver o problema de falha de vedação de tubos de aço inoxidável para GNL em ambientes de baixa temperatura

Como resolver o problema de falha de vedação de tubos de aço inoxidável para GNL em ambientes de baixa temperatura? 

Para resolver o problema de falha de vedação em tubos de aço inoxidável para GNL em condições de baixa temperatura, é necessário abordar o problema a partir de quatro dimensões principais: seleção da vedação, otimização da estrutura de conexão, controle do processo de instalação e combinação de materiais, para formar uma solução de proteção abrangente. As medidas específicas são as seguintes: 

1. Selecione com precisão componentes de vedação resistentes à baixa temperatura: Combine a elasticidade e a resistência ao clima para condições de trabalho em baixa temperatura

Os componentes de vedação são a primeira linha de defesa contra vazamentos. Devem ser priorizados materiais que possam manter a elasticidade e resistir à quebra em baixas temperaturas. Os critérios principais de seleção e os tipos recomendados são os seguintes: 

Requisitos de desempenho principais: Devem atender a uma taxa de deformação por compressão de ≤20% a -162°C (ponto de ebulição do GNL) (padrão GB/T 7759), taxa de retenção da resistência à tração ≥70% e resistir à inchamento do meio do GNL (taxa de inchamento ≤5%).

Tipos de vedação recomendados:

Vedagens estáticas (flanges, interfaces de válvulas): É preferível usar gaxetas de borracha perfluoroéter (FFKM) ou borracha EPDM modificada. A primeira tem a melhor estabilidade química e a baixa temperatura (pode resistir de -200°C a 260°C) e é adequada para sistemas de GNL de alta pressão e alta pureza; a segunda tem um custo mais baixo e é adequada para condições operacionais convencionais de média e baixa pressão. É estritamente proibido o uso de borracha nitrílica (NBR) e outros materiais que tendem a ficar frágeis em baixas temperaturas.

Vedagens dinâmicas (tornilos de válvulas, eixos de bombas): Use uma combinação de politetrafluoretileno preenchido (PTFE) e molas de metal. O PTFE é resistente a baixas temperaturas (-200°C) e tem um baixo coeficiente de atrito, enquanto a mola pode compensar a contração da vedação em baixas temperaturas para garantir a pressão de vedação contínua.

2. Otimize a estrutura de conexão do flange: Compense a contração e a tensão em baixas temperaturas

As conexões de flange são áreas de alto risco de falha do selo. É necessário um projeto estrutural para compensar o espaço na superfície de vedação e a redução da pré - tensão dos parafusos causada pela contração a baixa temperatura: 

Adote flange em formato de língua e ranhura / macho e fêmea: Em comparação com o flange plano, a superfície de vedação do flange em formato de língua e ranhura é uma estrutura de acoplamento "língua - ranhura", que pode restringir o deslocamento do elemento de vedação a baixas temperaturas e evitar o desalinhamento da superfície de vedação devido à contração; ao mesmo tempo, a ranhura pode armazenar graxa de vedação (como graxa de vedação à base de silicone a baixa temperatura), melhorando ainda mais o desempenho de vedação.

Configure a estrutura de compensação da força de pré - tensão dos parafusos:

Selecione parafusos com tenacidade a baixa temperatura: O material do parafuso deve ser compatível com o material do tubo (por exemplo, parafusos de aço inoxidável 316L com flanges 316L) para evitar a perda da força de pré - tensão devido a diferenças nos coeficientes de expansão linear (por exemplo, quantidades diferentes de contração de parafusos de aço carbono e flanges de aço inoxidável); partes críticas podem usar parafusos de liga a baixa temperatura (como Inconel 625), que têm melhor tenacidade a baixa temperatura e propriedades anti - relaxamento.

Use disc spring washers: Instale molas em disco resistentes a baixas temperaturas (material: aço inoxidável 17-7PH) entre os parafusos e as flange. A deformação elástica das molas compensa a contração dos parafusos em baixas temperaturas, mantendo uma pressão de contato constante na superfície de vedação e evitando a perda da força de pré - carga. 

3. Controle rigorosamente os procedimentos de instalação: Elimine os perigos de instalação

Desvios operacionais durante o processo de instalação são uma causa significativa de falha na vedação. As seguintes exigências de instalação devem ser cumpridas: 

Pré - tratamento da superfície de vedação: A superfície de vedação da flange deve ser completamente desengordurada com álcool e seca para remover manchas de óleo, limalhas de ferro e outras impurezas (para evitar danos à superfície de vedação devido ao congelamento em baixas temperaturas); a rugosidade da superfície deve ser controlada entre Ra 1,6 - 3,2μm (medida por um medidor de rugosidade), e não deve haver arranhões, depressões ou outros defeitos.

Processo de aperto dos parafusos:

Use o método de aperto diagonal passo a passo (aperte em sequência em forma de "xis" em 3 - 4 passos) para garantir uma distribuição uniforme da força na superfície da flange e evitar deformações locais;

Use uma chave de torque para apertar até o torque projetado (por exemplo, o torque para parafusos M20 é de aproximadamente 180 - 220N・m, que precisa ser determinado com base no material e especificação do parafuso), e é estritamente proibido apertar excessivamente (causando fratura frágil do parafuso) ou apertar insuficientemente (pré - carga insuficiente).

Reserve a margem de contração do selo: Quando instalado em temperatura ambiente, a compressão do selo deve ser aumentada em 5% - 10% em relação ao valor projetado (por exemplo, se a compressão projetada for de 2mm, deve ser comprimida realmente para 2.1 - 2.2mm) para compensar a contração em temperaturas baixas e garantir que não haja espaços na superfície do selo. 

4. Fortaleça a Operação e Manutenção do Sistema: Prevenha Falhas de Longo Prazo

A confiabilidade a longo prazo dos sistemas selados deve ser garantida por meio de manutenção e monitoramento regulares. As principais medidas incluem: 

Detecção regular de vazamentos: Após a comissionamento, use um espectrômetro de massa de hélio (com sensibilidade ≤ 1×10⁻⁹ Pa・m³/s) para inspecionar as interfaces de flange e válvula mensalmente, com foco nas zonas afetadas pelo calor da solda e nas conexões por parafusos. Quando for detectada uma microvazamento, aperte prontamente os parafusos ou substitua os selos para evitar que a vazamento piorasse. 

Evite mudanças repentinas de temperatura: Ao iniciar ou parar o sistema, controle a taxa de resfriamento / aquecimento (≤5℃/min) ajustando gradualmente a abertura da válvula para evitar que os componentes de vedação se contraiam / expandam bruscamente devido a mudanças repentinas de temperatura, o que pode causar a separação da superfície de vedação.

Gerenciamento do ciclo de substituição do elemento de vedação: Determine o ciclo de substituição com base no material do elemento de vedação (por exemplo, é recomendado substituir os elementos de vedação FFKM a cada 3-5 anos e os elementos de vedação EPDM a cada 2-3 anos). Mesmo se não for encontrada nenhuma vazamento, a substituição regular é necessária para evitar a falha do vedamento causada pelo envelhecimento do material.