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Nov 30, 2023

Joints statiques pour conditions de froid extrême

La popularité du gaz naturel connaît une croissance exponentielle en raison de son faible coût, de sa faible

La popularité du gaz naturel connaît une croissance exponentielle en raison de son faible coût, de son faible risque de transport et de stockage et de son statut comme l'un des combustibles fossiles les plus propres. Avec une pression mondiale croissante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, la nécessité de répondre à la demande énergétique croissante tout en réduisant ces émissions est plus importante que jamais.

Les hydrocarbures sont composés d'hydrogène et de carbone qui libèrent de l'énergie lorsqu'ils se combinent avec l'oxygène pour former du H20 et du CO2. Le bois sec offre un rapport combustible du carbone à l'hydrogène d'environ 10 à 1. Le charbon a remplacé le bois et a alimenté la révolution industrielle avec un rapport de 2 à 1. Le pétrole tel que le kérosène a un rapport d'environ 1 à 2. Le gaz naturel est composé principalement de méthane (CH4), qui a un rapport de 1 à 4. C'est un gain d'efficacité de 40 fois du bois au gaz naturel et huit fois du charbon au CH4. Cette amélioration de l'efficacité énergétique rend également l'énergie plus propre car moins de cendres et de résidus sont créés. Le gaz naturel peut également être un contributeur majeur à l'effet de serre en raison de son intensité en hydrocarbures et conduit à l'importance de bien sceller le produit dans les joints d'étanchéité.

Il y a une révolution mondiale autour du gaz naturel - avec la technologie moderne d'extraction, il est acheminé et expédié dans le monde entier (Image 1). Le transport du gaz naturel liquide est unique car il doit être liquéfié, et pour ce faire, il doit être refroidi à environ -260 F (-162 C). À ce stade, le gaz se condense en sa forme liquide. Ceci est important car le gaz naturel liquéfié peut être comprimé à environ 1/600 de son volume d'origine, ce qui augmente considérablement la quantité pouvant être à la fois expédiée et stockée.

Du point de vue de l'étanchéité, les applications cryogéniques sont problématiques en raison des températures extrêmement froides qui provoquent la dilatation et la contraction de la connexion boulonnée. Les matériaux à base d'élastomère deviennent durs et cassants lorsqu'ils sont exposés à de basses températures et il n'est pas recommandé de dépasser -100 F (-73 C). À basse température, le matériau à base d'élastomère ne se conforme pas bien à la surface d'étanchéité et aux dentelures de la bride, ce qui peut provoquer un chemin de fuite. La fragilité d'un matériau de joint peut lui faire perdre ses propriétés de récupération, en particulier si l'application subit de fortes fluctuations de température. De plus, la fragilité peut provoquer la fissuration d'un matériau de joint, ce qui peut être catastrophique et poser des problèmes de sécurité.

Lorsqu'on parle de matériaux d'étanchéité cryogéniques, on utilise généralement deux types principaux : le graphite flexible et le polytétrafluoroéthylène (PTFE).

Le graphite flexible est souvent utilisé dans l'industrie de l'étanchéité pour sa capacité à bien sceller dans les applications à haute et basse température tout en ayant une bonne résistance chimique. Plus de faits sur le graphite flexible incluent:

Le PTFE est utilisé dans tous les types d'applications pour son inertie chimique et sa capacité à former un joint efficace à des contraintes de joint inférieures. (Voir Image 4.)

Les avantages du PTFE en tant que matériau de joint comprennent :

Avec le matériau PTFE vierge, le fluage est un problème. Mais avec les progrès de divers matériaux de remplissage, cela peut être annulé ou considérablement réduit.

Les certifications de test pour le gaz naturel liquéfié (GNL) et d'autres applications de service cryogénique qui pourraient indiquer que le matériau a été testé pour une utilisation à basse température comprennent :

Un autre problème - la perte de charge du boulon dans le joint lorsqu'il a un cycle thermique - peut compromettre le joint et provoquer une fuite. Il est essentiel de s'assurer que le joint a suffisamment d'énergie stockée à partir de l'analyse de la charge des boulons et, dans certains cas, l'utilisation de la technologie de ressort à disque à bride pour compléter la course du joint est nécessaire.

Enfin, bien que la sélection du matériau du joint dans les applications d'étanchéité GNL et cryogénique soit importante, on ne saurait trop insister sur le fait qu'une installation correcte reste un élément essentiel de l'assemblage de bride de joint boulonné (BJFA). L'utilisation de la valeur de couple recommandée par le fabricant tout en utilisant une méthode d'installation éprouvée telle que celles répertoriées dans ASME PCC-1, annexe F, doit toujours être la première étape.

Assurez-vous que l'installation est terminée à température ambiante et, tout comme le serrage à chaud, le resserrage à basse température n'est jamais recommandé.

Il est bon de savoir que la technologie d'étanchéité progresse pour résoudre de nouveaux défis alors que le monde évolue vers l'efficacité énergétique et continue de convertir ses sources d'énergie.

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Chett Norton, CET, est le directeur de l'assurance qualité/ingénierie pour Triangle Fluid Controls Ltd., avec 16 ans d'expérience dans le domaine de l'étanchéité des fluides et des processus industriels. Il est membre certifié de l'Ontario Association of Certified Engineering Technicians and Technologists - Mechanical Discipline et membre actif du comité technique sur les joints de la Fluid Sealing Association.

Ron Frisard, a obtenu un diplôme en technologie du génie mécanique en 1989 de la Northeastern University à Boston. Il a travaillé pour AW Chesterton Company au cours des 27 dernières années dans toutes les facettes de l'emballage mécanique, y compris l'ingénierie d'application, la recherche et le développement, la formation et le marketing. Il se concentre actuellement sur la gestion globale de la gamme de produits pour l'étanchéité rotative et stationnaire.