Nouvelles

May 28, 2023

Essais d'émissions fugitives des joints de bride

Avec la publication des amendements au Clean Air Act en 1990, les émissions fugitives

Avec la publication des amendements à la Clean Air Act en 1990, les tests d'émissions fugitives sur les vannes et autres équipements de traitement ont commencé rapidement. Les joints dynamiques, tels que les joints de tige de soupape, étaient une source principale d'émissions et une priorité pour les utilisateurs finaux à examiner.

Ce n'est qu'au début des années 2000 que les joints statiques ont retenu l'attention. Des fuites élevées dans les raffineries et autres usines pétrochimiques ont été observées sur les joints de bride et autres joints statiques, en particulier lorsqu'ils subissaient des cycles thermiques. Certains premiers tests ont été effectués par les fabricants de joints en utilisant leurs protocoles. En règle générale, les tests ont été effectués à température ambiante en utilisant du méthane et en mesurant les fuites en parties par million de volume (ppmv) à l'aide de détecteurs de fuites.

En 2004, David Reeves de ChevronTexaco a contacté un service de test de vannes au sujet d'une fuite de joint qu'il rencontrait dans son usine d'El Segundo, en Californie. Les deux groupes ont rédigé la première norme d'essai d'émissions fugitives pour les joints de bride, intitulée : "Protocole d'essai pour les joints de bride de tuyau".

Cette norme, similaire à la norme de test écrite pour les vannes, définit des paramètres qui sont encore utilisés aujourd'hui dans d'autres normes de test API (Image 1). Bien que 1 000 ppmv aient été indiqués comme la fuite admissible, cela n'a jamais été considéré comme acceptable. La norme a été rédigée comme base pour commencer des tests de comparaison et les 1 000 ppmv étaient la limite à laquelle un test se terminerait. La plupart des fuites étaient inférieures à 100 ppmv.

En 2010, Reeves avait besoin de faire tester les joints à une température plus élevée, c'est pourquoi la "Procédure de test des joints à ultra-haute température Chevron" a été rédigée. Il comprenait un temps de trempage de 100 heures à 1 000 F ou 800 F, selon le type de joint. En 2011, la norme d'essai des joints a été modifiée et renommée "Protocole d'essai d'émissions fugitives Chevron (CFET) pour les joints de bride de tuyau" et quelques modifications importantes ont été apportées. Il a été remarqué lors d'essais précédents et sur le terrain que souvent le diamètre extérieur de la face surélevée entrerait en contact dur avec l'anneau métallique extérieur d'un joint enroulé en spirale. Étant donné que ces anneaux sont souvent peints, les tests ont montré que l'étanchéité pouvait se produire à cette interface. Pour supprimer cette variable des résultats des tests, cette édition de la norme exigeait que des rainures soient découpées dans la bague extérieure en quatre positions des deux côtés du joint.

Également dans cette édition, le couple de serrage a été augmenté à 260 pieds-livres (pi-lb) à partir de 200. Pour simuler le chauffage inégal dans un échangeur de chaleur, une seule bride a été chauffée à 500 F. Le chauffage inégal a été conçu pour créer un cisaillement radial sur le joint. La dernière modification remonte à 2013 lorsque le couple de l'écrou a été réduit à 190 lb-pi.

Shell Oil a l'habitude d'écrire ses normes d'essai pour les essais d'acceptation des types de soupapes et de joints. Alors que le Material and Equipment Standards Code (MESC) Society of Petroleum Engineers (SPE) 85/300 comprend de nombreux tests pour les émissions fugitives, il spécifie les tests selon l'Organisation internationale de normalisation (ISO) 15848-1. La norme ISO est une norme d'essai d'émissions fugitives pour les vannes. Il comprend des critères pour les cycles mécaniques et thermiques. Les cycles mécaniques n'étant pas possibles, seuls les cycles thermiques sont effectués. Bien que cela ne soit pas spécifié, quatre cycles thermiques sont généralement effectués à la pleine pression nominale des brides de l'American National Standards Institute (ANSI). Les quatre cycles thermiques simuleraient une classe d'endurance CO3 pour la norme ISO, qui sont la plupart des applications.

En 2017, l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) a ​​publié une nouvelle édition de B16.20, "Metallic Gaskets for Pipe Flanges". Bien que la majeure partie de la norme soit une norme de conception, elle comporte deux parties de test importantes pour les joints enroulés en spirale. La section "SW-2.2 Construction" indique une épaisseur minimale après avoir été comprimée à un niveau de contrainte spécifié. "Section SW-2.6 Test de performance" est un test d'émission fugitive à température ambiante effectué avec du méthane après une période de maintien de quatre heures. Étant donné que les niveaux de contrainte de compression spécifiés sont inférieurs pour le test d'étanchéité effectué en premier, la contrainte est ensuite augmentée pour le test d'épaisseur.

En 2017, la Fluid Sealing Association (FSA) a commencé à créer une norme de test d'émissions fugitives pour les joints. La norme a utilisé la norme Chevron comme point de départ, mais a élargi les détails de l'assemblage de l'assemblage de la bride et des techniques de mesure des fuites pour la rendre reproductible et précise. Des tests de recherche et développement ont été effectués par certains fabricants de joints et laboratoires d'essais.

Les paramètres de base sont illustrés dans l'image 2. Les principales variations par rapport à la spécification Chevron incluent la réduction des cycles thermiques à trois et la réduction des fuites admissibles avec l'option à deux niveaux. L'image 3 montre le profil température/pression. L'assemblage des pièces est donné en annexe C de la norme. Un manchon de confinement de gaz autour du diamètre extérieur du joint est conçu pour capter les fuites autour de la circonférence et les faire passer à travers le détecteur de fuites. Une lecture de fuite précise et stable devrait être réalisable avec cette méthode. Le détecteur de fuite de méthane est calibré selon la dernière norme 622 de l'American Petroleum Institute, fournissant des lectures ppmv reproductibles d'une fuite indépendamment du taux d'échantillonnage du détecteur de fuite utilisé.

Avec les événements de 2020, il y a eu un certain retard dans la publication de la norme. Actuellement, il est en cours de révision avec une sortie prévue plus tard cette année.

Nous invitons vos suggestions de sujets d'articles ainsi que vos questions sur les problèmes d'étanchéité afin que nous puissions mieux répondre aux besoins de l'industrie. Veuillez adresser vos suggestions et questions à [email protected].

Matthew Wasielewski est président de Yarmouth Research and Technology, LLC. Pour plus d'informations, visitez www.yarmouthresearch.com.