Superando desafios de vedação

Salvar na lista de leitura Engenharia de hidrocarbonetos, quinta-feira, 28 de abril de 2016 11h30

A vedação em altas temperaturas (normalmente 400°C e acima) é um desafio porque os materiais padrão, como o grafite expandido, não podem ter um desempenho confiável por longos períodos de tempo nessas condições. Isso resulta em falha da junta aparafusada e ocorrência de vazamento. Até agora, foi necessário fazer concessões na seleção do material, 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 Thermiculite e grafite inibida e padrão. Observe que embora a oxidação seja marginalmente retardada para a grafite inibida, ela ainda se degrada, enquanto a termiculita não é afetada ao longo do tempo.

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

Uma junta espiral estilo HOT com mica no diâmetro externo e no diâmetro interno. Observe a perda de grafite da espiral devido à oxidação mesmo com a 'barreira' de mica. O vazamento da junta resultou no desligamento de uma fábrica de dióxido de titânio.

Tradicionalmente, as opções disponíveis para os utilizadores de juntas têm sido a utilização de grafite ou mica, ou uma combinação dos dois materiais, num esforço para compensar as suas fraquezas inerentes. Embora a grafite vede bem à temperatura ambiente, por ser um material orgânico, a temperaturas moderadas a altas o carbono oxida e com o tempo a vedação perde a sua integridade e o desempenho diminui. Isto pode acontecer de forma surpreendentemente rápida, mesmo em temperaturas moderadas, e é acelerado à medida que as temperaturas aumentam. Mesmo quando a grafite é tratada com produtos químicos inibidores de oxigénio, o seu efeito é apenas temporário.

A grafite é carbono e o carbono oxida e causa a degradação da vedação. Nos casos mais extremos, a grafite é totalmente oxidada, o que resulta numa perda total de contenção – o que pode ser catastrófico.

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

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

Isto 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 gases eficaz e, portanto, a grafite ainda é atacada e, em última análise, essas juntas de estilo de alta temperatura operacional (QUENTES) falham. .

Em algumas aplicações a temperaturas muito elevadas, ou onde a grafite é quimicamente incompatível ou promove corrosão, as empresas têm tentado utilizar apenas mica, mas estas juntas não proporcionam uma vedação adequada e por isso não podem ser consideradas uma opção viável. Outras tecnologias foram testadas, tais como materiais à base de talco hidrofóbico, mas embora estes afirmem oferecer bom desempenho, foram registadas falhas graves em serviço devido ao material não oferecer integridade fiável a longo prazo.

Cada vez mais, as temperaturas dos processos aumentam e os operadores procuram prolongar os intervalos de manutenção. Isto requer materiais de vedação que possam suportar essas altas temperaturas, ao mesmo tempo que oferecem confiabilidade a longo prazo. A segurança é fundamental e, portanto, escolher uma solução comprovada e confiável é fundamental.