Joints statiques pour conditions de froid extrême

Aug 14, 2023

La popularité du gaz naturel augmente de façon exponentielle en raison de son faible coût, du faible risque de transport et de stockage, et de son statut de combustible fossile à combustion les plus propres. Face à la pression mondiale croissante visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre, la nécessité de répondre à la demande croissante en énergie 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 carbone/hydrogène d'environ 10 pour 1. Le charbon a remplacé le bois et a alimenté la révolution industrielle avec un rapport de 2 pour 1. Le pétrole comme le kérosène a un rapport d'environ 1 pour 2. Le gaz naturel est composé principalement de méthane (CH4), qui a un rapport de 1 à 4. Cela représente un gain d'efficacité 40 fois supérieur du bois au gaz naturel et huit fois supérieur 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 : grâce à la technologie moderne d’extraction, il est acheminé et expédié dans le monde entier (Image 1). Le transport du gaz naturel liquéfié 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 sous 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 s'adapte 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 grandes fluctuations de température. En outre, la fragilité peut provoquer la fissuration du matériau du 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 du scellement pour sa capacité à bien sceller dans les applications à haute et basse température tout en ayant une bonne résistance chimique. D’autres 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 réalisés dans 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 services cryogéniques qui pourraient indiquer que le matériau a été testé pour une utilisation à basse température comprennent :

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

Enfin, bien que le choix du matériau du joint dans les applications d’étanchéité au GNL et cryogénique soit important, on ne saurait trop insister sur le fait qu’une installation correcte reste un élément essentiel de l’assemblage de bride à 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 l'ASME PCC-1, Annexe F, devrait toujours être la première étape.