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Apr 13, 2023

Superando desafios de vedação

Salvar para ler a lista Hydrocarbon Engineering, quinta-feira, 28 de abril de 2016 11:30

A vedação em altas temperaturas (normalmente 400°C e acima) é desafiadora porque materiais padrão, como grafite expandido, não podem funcionar de forma confiável por longos períodos de tempo nessas condições. Isso resulta na falha da junta aparafusada e na ocorrência de um vazamento. Até agora, era necessário fazer concessões na seleção de materiais, o que tem um efeito prejudicial no desempenho de vazamento de uma junta aparafusada ao longo do tempo em temperaturas elevadas.

Gráfico mostrando a comparação entre Termiculita e grafite inibido e padrão. Observe que, embora a oxidação seja ligeiramente atrasada para o grafite inibido, ele ainda se degrada, enquanto a termiculita não é afetada com o tempo.

Processos de alta temperatura são vistos em muitas indústrias, incluindo petróleo e gás, processamento químico e geração de energia. Aplicações específicas incluem craqueamento catalítico fluido, produção de fertilizante de nitrato de amônio, produção de etileno, sistemas de queima, turbinas a vapor e a gás, sistemas de exaustão e, mais recentemente, células de combustível de óxido sólido (SOFC) e sistemas de energia solar térmica concentrada usando fluidos de transferência de calor de sal fundido. Os sais fundidos operam em altas temperaturas e são quimicamente agressivos, adicionando, portanto, mais um desafio de vedação.

Uma junta enrolada em espiral estilo HOT com mica no OD e ID. Observe a perda de grafite da espiral devido à oxidação mesmo com a 'barreira' de mica. O vazamento da gaxeta resultou no desligamento de uma fábrica de dióxido de titânio.

Tradicionalmente, as opções disponíveis para os usuários de juntas têm sido usar grafite ou mica, ou uma combinação dos dois materiais em um esforço para compensar suas fraquezas inerentes. Enquanto o grafite sela bem em temperatura ambiente, por ser um material orgânico, em temperaturas moderadas a altas o carbono oxida e com o tempo o selo perde sua integridade e o desempenho diminui. Isso pode acontecer de forma surpreendentemente rápida, mesmo em temperaturas moderadas, e é acelerado à medida que as temperaturas sobem. Mesmo quando o grafite é tratado com produtos químicos inibidores de oxigênio, seu efeito é apenas temporário.

O grafite é carbono, e o carbono oxida e causa a degradação do selo. Nos casos mais extremos, o grafite é totalmente oxidado, o que resulta em uma perda total de contenção – isso pode ser catastrófico.

Comparação das taxas de vazamento entre a junta espiral de mica (azul) e a junta espiral Thermiculite 835 (laranja). Mesmo em tensões superficiais muito altas, a junta de mica sofre vazamentos apreciáveis.

Uma opção alternativa que tem sido utilizada para retardar o início da oxidação do grafite é proteger o selo com uma barreira. A mica apresenta excelente resistência térmica, porém, por ser porosa, não funciona bem como vedação.

Isso significa que, embora em teoria a mica forneça resistência térmica e proteja o elemento de vedação de grafite, na realidade ela não fornece uma vedação estanque a gás eficaz e, portanto, o grafite ainda é atacado e, finalmente, essas juntas de alta temperatura operacional (HOT) falham .

Em algumas aplicações de temperaturas muito altas, ou onde o grafite é quimicamente incompatível ou promove corrosão, as empresas tentaram usar apenas mica, mas essas juntas não fornecem uma vedação adequada e, portanto, não podem ser consideradas uma opção viável. Outras tecnologias foram tentadas, como materiais à base de talco hidrofóbico, mas embora afirmem oferecer bom desempenho, falhas graves em serviço foram registradas devido ao material não oferecer integridade confiável a longo prazo.

Cada vez mais, as temperaturas do processo estão subindo e os operadores estão procurando estender os intervalos de manutenção. Isso requer materiais de vedação que possam suportar essas altas temperaturas, além de oferecer confiabilidade a longo prazo. A segurança é crítica e, portanto, a escolha de uma solução comprovada e confiável é fundamental.