Испытание фланцевых прокладок на неорганизованные выбросы

С выпуском поправок к Закону о чистом воздухе в 1990 году сразу начались испытания на неорганизованные выбросы клапанов и другого технологического оборудования. Динамические уплотнения, такие как маслосъемные колпачки, были основным источником выбросов и приоритетной задачей для конечных пользователей.

Лишь в начале 2000-х годов статические уплотнения привлекли внимание. Высокие утечки на нефтеперерабатывающих и других нефтехимических заводах наблюдались на фланцевых прокладках и других статических уплотнениях, особенно когда они подвергались термическим циклам. Некоторые первые испытания проводились производителями прокладок с использованием своих протоколов. Обычно испытания проводились при комнатной температуре с использованием газообразного метана и измерением утечки в частях на миллион объема (ppmv) с помощью детекторов утечек.

В 2004 году Дэвид Ривз из ChevronTexaco связался со службой тестирования клапанов по поводу утечки прокладки, с которой он столкнулся на своем предприятии в Эль-Сегундо, Калифорния. Обе группы разработали первый стандарт испытаний на неорганизованные выбросы для фланцевых прокладок, озаглавленный «Протокол испытаний трубных фланцевых прокладок».

Этот стандарт, аналогичный стандарту испытаний, написанному для клапанов, устанавливает параметры, которые до сих пор используются в других стандартах испытаний API (Изображение 1). Хотя в качестве допустимой утечки было указано 1000 ppmv, она никогда не считалась приемлемой. Стандарт был написан как основа для начала сравнительного тестирования, и 1000 ppmv были пределом, при котором испытание заканчивалось. Большинство утечек составляло менее 100 ppmv.

В 2010 году Ривзу потребовалось провести испытания прокладок при более высокой температуре, поэтому была написана «Процедура испытания прокладок Chevron при сверхвысоких температурах». Оно включало 100-часовое время выдержки при температуре 1000 F или 800 F, в зависимости от типа прокладки. В 2011 году стандарт испытаний прокладок был изменен и переименован в «Протокол испытаний Chevron на неорганизованные выбросы (CFET) для прокладок трубных фланцев», и было внесено несколько важных изменений. В ходе предыдущих испытаний и в полевых условиях было замечено, что внешний диаметр выступающей поверхности часто жестко контактирует с внешним металлическим кольцом спирально-навитой прокладки. Поскольку эти кольца часто окрашиваются, испытания показали, что на этом интерфейсе может произойти уплотнение. Чтобы исключить эту переменную из результатов испытаний, в данной версии стандарта на наружном кольце должны быть вырезаны канавки в четырех положениях с обеих сторон прокладки.

Также в этом выпуске крутящий момент болта был увеличен с 200 до 260 футов-фунтов (фут-фунтов). Чтобы имитировать неравномерный нагрев в теплообменнике, только один фланец был нагрет до 500 F. Неравномерный нагрев был разработан для создания радиальный сдвиг на прокладке. Последнее изменение было сделано в 2013 году, когда крутящий момент гайки был уменьшен до 190 фут-фунтов.

Shell Oil имеет опыт разработки стандартов испытаний для приемочных испытаний клапанов и прокладок. Хотя Кодекс стандартов на материалы и оборудование (MESC) Общества инженеров-нефтяников (SPE) 85/300 состоит из множества испытаний на неорганизованные выбросы, он определяет испытания в соответствии со стандартом Международной организации по стандартизации (ISO) 15848-1. Стандарт ISO представляет собой стандарт испытаний клапанов на неорганизованные выбросы. Он включает критерии механических и термических циклов. Поскольку механические циклы невозможны, выполняются только термические циклы. Хотя это и не указано, обычно четыре термических цикла выполняются при полном номинальном давлении фланцев Американского национального института стандартов (ANSI). Четыре термических цикла имитируют класс выносливости CO3 по стандарту ISO, который используется в большинстве случаев.

В 2017 году Американское общество инженеров-механиков (ASME) выпустило новую редакцию B16.20 «Металлические прокладки для фланцев труб». Хотя большая часть стандарта представляет собой стандарт проектирования, в нем есть две важные части испытаний спиральнонавитых прокладок. В разделе «Конструкция SW-2.2» указана минимальная толщина после сжатия до установленного уровня напряжения. «Раздел SW-2.6 Испытание производительности» представляет собой испытание на неорганизованные выбросы при комнатной температуре, проводимое с метаном после четырехчасового периода выдержки. Поскольку указанные уровни сжимающих напряжений ниже для испытания на герметичность, которое проводится первым, напряжение затем увеличивается для испытания на толщину.