Il numero di soluzioni di tenuta affidabili per il servizio a bassa temperatura negli impianti GNL è limitato. I due principali polimeri attualmente utilizzati sono la tenuta energizzata a molla in PTFE o le tenute UHMW-PE.

La sfida dell'utilizzo del gas naturale liquefatto

La fuoriuscita di GNL (gas naturale liquefatto) a bassa temperatura è pericolosa per la salute e sicurezza dei lavoratori e per il funzionamento dell'impianto. I problemi come tossicità, freddo, soffocamento, infiammabilità ed esplosione causati dalla rapida espansione del gas naturale liquefatto indicano che è necessaria una tenuta affidabile e a prova di perdite.

Potrebbe essere difficile trovare una soluzione di tenuta efficace per l'ambiente di lavoro a bassa temperatura dell'impianto di GNL. Ricordiamo che l'azoto esiste in forma liquida alla normale pressione atmosferica compresa tra -346°F e -320,44°F. Il suo rapporto di espansione liquido/gas è molto alto, 1:694, il che significa che quando bolle (a partire dal punto di ebollizione di - 320,44°f), si espanderà fino a 694 volte il suo volume originario. Se si verifica in un ambiente sigillato, ciò può comportare variazioni di pressione estremamente elevate e la maggior parte delle tenute GNL deve rimanere funzionante sotto vuoto o pressione estremamente elevata.

Sigillatura a bassa temperatura dell'impianto GNL

La temperatura coinvolta nel GNL è proprio nella posizione in cui molti materiali elastomerici e polimerici perdono elasticità e iniziano a comportarsi come materiali fragili. Alcuni sigilli subiranno anche fluttuazioni dimensionali associate a variazioni di temperatura, aumentando ulteriormente la probabilità di guasto. Se la fluttuazione della temperatura è periodica, si verificheranno problemi legati allo stress periodico. Un altro problema associato alle tenute criogeniche dinamiche è la lubrificazione: a temperature così basse, le soluzioni di lubrificazione standard semplicemente non funzionano.

Le opzioni di tenuta sono limitate a due polimeri UHMW o PTFE e le molle antiritiro a pieno contatto sono essenziali.

Entrambi questi materiali della camicia di tenuta possono essere designati come PTFE e sono generalmente conosciuti con il nome commerciale Teflon o florolon 1000. PE o UHMW ad altissimo peso molecolare, fluorolon 5000 può sopportare basse temperature in ambienti a bassa temperatura senza infragilimento (alcuni gradi possono sopportare temperature fino a - 350 ° f), o cedere rapidamente all'influenza dello stress ciclico. Inoltre, UHMW e PTFE sono autolubrificanti, a basso attrito, supportano il funzionamento a secco e sono materiali antiaderenti/scorrevoli. Inoltre, entrambi i prodotti sono compatibili con una varietà di sostanze chimiche, comprese quelle che si possono incontrare negli impianti di GNL.

Una tenuta energizzata a molla è un gruppo tenuta comprendente una molla energizzata che forza un labbro di tenuta contro una superficie di accoppiamento per ottenere una tenuta altamente a tenuta. Se combinato con il labbro in PTFE, questo design di tenuta è considerato la scelta ideale per applicazioni a bassa temperatura che coinvolgono GNL. Gli attuatori a molla aggiungono elasticità permanente alle guarnizioni e compensano l'usura del labbro, l'eccentricità, il disallineamento dell'hardware e (forse soprattutto, quando viene utilizzato il GNL) pressioni estreme e variazioni dimensionali.

Quando sono coinvolti bassa temperatura e movimento statico, alternativo o rotatorio, la geometria consigliata dell'attuatore a molla è una semplice molla elicoidale. Tuttavia, il movimento oscillante o statico può richiedere l'uso di molle solide. I materiali consigliati per le molle includono acciaio inossidabile 17-7 temprato per precipitazione, acciaio inossidabile 301/304 o, in alcune applicazioni, Hastelloy, acciaio inossidabile 316, Inconel o Elgiloy.

Il design della tenuta a bassa temperatura per gli impianti di GNL può essere impegnativo e deve soddisfare standard di affidabilità e sicurezza estremamente elevati, ma la tenuta energizzata a molla in PTFE è un ottimo punto di partenza.