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Fluidi tampone e barriera

I fluidi tampone e barriera svolgono un ruolo cruciale in vari processi industriali.

Questi liquidi specializzati mantengono la stabilità del sistema, prevengono la contaminazione e proteggono le apparecchiature.

In questo post del blog, approfondiremo il mondo dei fluidi tampone e barriera, esplorandone le tipologie, le applicazioni e le migliori pratiche.

Preparati a ottimizzare le tue operazioni con questa guida completa.

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Disposizioni di doppia tenuta meccanica

Nelle disposizioni a doppia tenuta meccanica, vengono utilizzate due tenute per fornire una maggiore protezione contro perdite e guasti della tenuta rispetto alle tenute singole. Esistono due tipi principali di configurazioni a doppia tenuta: non pressurizzata e pressurizzata.

Fluidi tampone nelle tenute non pressurizzate

Con le doppie tenute non pressurizzate, la cavità tra le due tenute è riempita con un fluido tampone. Il fluido tampone viene mantenuto ad una pressione inferiore a quella del fluido di processo. Il suo scopo è quello di fungere da barriera tra il fluido di processo e l'atmosfera. Se la tenuta interna perde, il fluido tampone impedirà al fluido di processo di fuoriuscire nell'ambiente.

I comuni piani di tubazioni API per tenute doppie non pressurizzate includono il Piano 52, che raccoglie le perdite di fluido tampone in un serbatoio, e il Piano 72, che fornisce un sistema di fluido tampone a circolazione continua.

Fluidi barriera nelle guarnizioni pressurizzate

Nelle disposizioni a doppia tenuta pressurizzata, la cavità tra le tenute contiene un fluido barriera mantenuto a una pressione superiore a quella del fluido di processo. Il fluido barriera è la prima linea di difesa, impedendo al fluido di processo di entrare nella cavità della tenuta anche se la tenuta interna non funziona. Se qualsiasi fluido di processo fuoriesce dalla tenuta interna, verrà respinto dal fluido barriera a pressione più elevata.

I piani di tubazioni API per tenute doppie pressurizzate includono il Piano 53, con un serbatoio di fluido barriera pressurizzato, il Piano 54, che fornisce una fonte di fluido barriera esterno pressurizzato, e i Piani 55 e 74, che utilizzano un serbatoio esterno pressurizzato con un accumulatore a sacca per mantenere il fluido barriera costante pressione.

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Proprietà e caratteristiche dei fluidi tampone/barriera efficaci

  • Compatibilità con fluidi e guarnizioni: Il tampone o il fluido barriera non deve reagire negativamente con il fluido di processo o danneggiare i materiali di tenuta, garantendo stabilità e longevità del sistema.
  • Lubrificazione e trasferimento di calore: Il fluido dovrebbe ridurre al minimo l'attrito e l'usura, trasferire efficacemente il calore lontano dalle facce della tenuta e mantenere temperature ottimali.
  • Stabilità della temperatura: Il fluido deve rimanere stabile nell'intero intervallo di temperature operative del sistema, evitando il degrado alle alte temperature e mantenendo la fluidità alle basse temperature.
  • Bassa volatilità e punto di infiammabilità elevato: I fluidi non devono vaporizzare alle temperature di esercizio e devono avere un punto di infiammabilità elevato per impedire l'accensione, garantendo affidabilità e sicurezza.
  • Resistenza alla formazione di schiuma e al trascinamento di gas: I fluidi efficaci dovrebbero prevenire la formazione di schiuma e l'accumulo di gas, mantenendo proprietà costanti e stabilità del sistema.
  • Considerazioni ambientali e di sicurezza: Preferibilmente, i fluidi dovrebbero essere non tossici, biodegradabili e sicuri e non richiedere una manipolazione o uno smaltimento speciale, proteggendo così il personale e l'ambiente.

Tipi di fluidi tampone e barriera

Soluzioni di acqua e glicole

Le soluzioni di acqua e glicole sono ampiamente utilizzate come fluidi tampone e barriera in ambienti industriali. Queste soluzioni sono tipicamente costituite da acqua miscelata con glicoli, come glicole etilenico o glicole propilenico.

Vantaggi

  • Viscosità migliorata: I glicoli aumentano la viscosità dell'acqua, mantenendo una barriera stabile tra i fluidi, impedendone la miscelazione.
  • Lubrificazione migliorata: Una maggiore viscosità del glicole fornisce una migliore lubrificazione dell'attrezzatura, riducendo l'usura.
  • Punto di congelamento più basso: I glicoli abbassano il punto di congelamento dell'acqua, ideali per ambienti a bassa temperatura.
  • Inibizione della corrosione: I glicoli agiscono come inibitori della corrosione, proteggendo le superfici metalliche dal degrado.

Svantaggi

  • Trasferimento di calore ridotto: La maggiore viscosità delle soluzioni glicole può limitare le loro capacità di trasferimento di calore rispetto all'acqua pura.
  • Preoccupazioni ambientali: Alcuni glicoli, come il glicole etilenico, possono essere tossici se rilasciati nell'ambiente e richiedono una manipolazione e uno smaltimento adeguati.
  • Problemi di compatibilità: Alcuni materiali, come gli elastomeri, potrebbero non essere compatibili con le soluzioni di glicole, causando potenziali perdite o guasti.

Intervalli di concentrazione tipici

  • 30-50% glicole: Questa gamma è adatta per la maggior parte delle applicazioni, fornendo un buon equilibrio tra viscosità, abbassamento del punto di congelamento e proprietà di trasferimento del calore.
  • 60-80% glicole: Concentrazioni più elevate vengono utilizzate in ambienti a temperature estremamente basse o quando è richiesta la massima depressione del punto di congelamento.

Additivi

Oltre ai glicoli, i fluidi tampone e barriera spesso contengono additivi per migliorarne le prestazioni e proteggere il sistema. Alcuni additivi comuni includono:

  • Inibitori della corrosione: Questi additivi aiutano a prevenire la corrosione delle superfici metalliche a contatto con il fluido.
  • Agenti antischiuma: Riducono la formazione di schiuma, che può compromettere le prestazioni del fluido e causare problemi al sistema.
  • Biocidi: Questi additivi prevengono la crescita di batteri e altri microrganismi che possono degradare il fluido e causare incrostazioni.

Oli a base di petrolio

Oli minerali: Gli oli minerali sono derivati dal petrolio greggio attraverso un processo di raffinazione. Sono i fluidi tampone e barriera più comunemente utilizzati grazie alla loro disponibilità e al rapporto costo-efficacia.

Gli oli minerali hanno buone proprietà lubrificanti e sono compatibili con un'ampia gamma di elastomeri e materiali di tenuta. Tuttavia, potrebbero presentare limitazioni in termini di stabilità termica e resistenza all’ossidazione rispetto agli idrocarburi sintetici.

Idrocarburi sintetici: Gli idrocarburi sintetici sono prodotti utilizzando processi chimici per ottenere caratteristiche prestazionali specifiche. Questi fluidi offrono numerosi vantaggi rispetto agli oli minerali, tra cui:

  • Stabilità termica migliorata: Gli idrocarburi sintetici possono resistere a temperature più elevate senza degradarsi, rendendoli adatti per applicazioni ad alta temperatura.
  • Maggiore resistenza all'ossidazione: Questi fluidi hanno una maggiore resistenza all'ossidazione, che aiuta a prevenire la formazione di morchie e depositi che possono intasare il sistema.
  • Migliore comportamento viscosità-temperatura: Gli idrocarburi sintetici mantengono la loro viscosità in un intervallo di temperature più ampio, garantendo prestazioni costanti in condizioni operative variabili.

Viscosità

La viscosità è una misura della resistenza di un fluido al flusso. Nel contesto degli oli a base di petrolio, i gradi di viscosità sono determinati dall'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) e sono espressi come ISO VG seguito da un numero.

Ad esempio, ISO VG 32 rappresenta un olio a viscosità inferiore, mentre ISO VG 220 rappresenta un olio a viscosità più elevata. La scelta del grado di viscosità dipende da fattori quali la temperatura operativa, la pressione e l'attrezzatura specifica in uso.

Ecco alcuni gradi di viscosità comuni e le loro applicazioni tipiche:

  • ISO VG 32 e 46: Questi oli a bassa viscosità sono adatti per applicazioni con basse temperature e pressioni di esercizio, come sistemi idraulici e compressori.
  • ISOVG68 e 100: Questi oli a media viscosità sono comunemente utilizzati in riduttori, pompe e altri macchinari che funzionano a temperature e pressioni moderate.
  • ISOVG150 e 220: Questi oli ad alta viscosità sono ideali per applicazioni con temperature e pressioni di esercizio elevate, come riduttori e cuscinetti per impieghi gravosi.

Oltre alla viscosità, gli oli a base di petrolio utilizzati come fluidi tampone e barriera devono possedere altre caratteristiche prestazionali essenziali:

  • Stabilità termica: L'olio deve mantenere le sue proprietà e resistere alla degradazione alle alte temperature.
  • Resistenza all'ossidazione: L'olio deve resistere all'ossidazione, che può portare alla formazione di morchie e vernici, riducendo l'efficacia dell'olio.
  • Compatibilità: L'olio deve essere compatibile con i materiali con cui entra in contatto, come guarnizioni, guarnizioni e rivestimenti, per evitare perdite e danni.
  • Demulsività: L'olio deve potersi separare rapidamente dall'acqua per mantenere le sue prestazioni e prevenire la corrosione.
  • Resistenza alla schiuma: L'olio deve avere una buona resistenza alla schiuma per prevenire la formazione di bolle d'aria, che possono ridurre l'efficienza della lubrificazione e causare danni alle apparecchiature.

Fluidi sintetici progettati per tenute meccaniche

Glicoli polialchilenici (PAG): I polialchilene glicoli, o PAG, sono lubrificanti sintetici noti per la loro eccellente stabilità e prestazioni in un'ampia gamma di temperature. Derivano dalla reazione dell'ossido di etilene o di propilene con acqua o alcool.

I PAG possiedono indici di viscosità elevati, il che significa che mantengono le loro proprietà lubrificanti in un ampio intervallo di temperature. Questa caratteristica li rende ideali per applicazioni in cui le guarnizioni sono esposte a temperature variabili. Inoltre, i PAG mostrano una buona compatibilità con vari materiali di tenuta, riducendo il rischio di degrado della tenuta nel tempo.

Perfluoropolieteri (PFPE): I perfluoropolieteri, abbreviati in PFPE, sono fluidi sintetici altamente specializzati che offrono inerzia chimica e stabilità termica senza pari. Questi fluidi sono composti da atomi di carbonio, ossigeno e fluoro, formando una struttura polimerica unica.

I PFPE sono resistenti agli agenti chimici aggressivi, il che li rende adatti all'uso in ambienti difficili dove le guarnizioni possono entrare in contatto con sostanze corrosive. Inoltre, i PFPE hanno un basso tasso di evaporazione e possono resistere a temperature estremamente elevate, garantendo prestazioni affidabili in applicazioni impegnative.

Esteri fosforici: Gli Esteri Fosfati sono fluidi sintetici derivati dalla reazione degli alcoli con l'acido fosforico. Questi fluidi possiedono ottime proprietà lubrificanti e sono noti per la loro capacità di formare pellicole protettive sulle superfici di tenuta.

Gli esteri fosfatici hanno un'elevata resistenza all'ossidazione e alla degradazione termica, che li rende adatti all'uso in applicazioni ad alta temperatura. Presentano inoltre una buona compatibilità con vari materiali di tenuta e possono aiutare a prevenire l'accumulo di depositi e vernici sulle superfici delle guarnizioni.

Altri fluidi (alcool, gasolio, cherosene, fluidi per il trasferimento di calore)

Alcoli (metanolo o etanolo): Utilizzati come fluidi tampone o barriera dove sono richieste basse temperature, questi fluidi hanno punti di congelamento inferiori rispetto all'acqua, rendendoli ideali per ambienti freddi.

Diesel e cherosene: Impiegati come fluidi barriera nell'industria del petrolio e del gas, soprattutto nelle operazioni di trivellazione. Questi fluidi sono compatibili con gli idrocarburi del giacimento e aiutano a mantenere l'integrità del pozzo. Tuttavia, sono infiammabili e possono comportare rischi ambientali se non gestiti correttamente.

Fluidi per il trasferimento di calore (soluzioni a base di glicole o oli termici): Utilizzati come fluidi barriera in applicazioni che richiedono gestione o trasferimento del calore. Questi fluidi hanno elevate capacità termiche e possono trasferire efficacemente il calore lontano dai componenti critici, comunemente utilizzati nei settori della lavorazione chimica, del petrolio e del gas e della produzione di energia.

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Criteri di selezione dei fluidi

  • Compatibilità con i fluidi di processo: Assicurarsi che il tampone o il fluido barriera non reagiscano negativamente, contaminino o si degradino quando entrano in contatto con i fluidi di processo.
  • Compatibilità con i materiali di tenuta: Il fluido deve essere compatibile con i materiali di tenuta del sistema per evitare rigonfiamenti, restringimenti o deterioramento delle guarnizioni.
  • Intervallo di temperatura e pressione: Selezionare un fluido che rimanga stabile ed efficace in tutte le condizioni di temperatura e pressione del sistema.
  • Viscosità e potere lubrificante: Scegliere un fluido con viscosità adeguata per fornire una lubrificazione adeguata e prevenire attriti o usura eccessivi.
  • Considerazioni ambientali e di sicurezza: Optare per fluidi sicuri per l'ambiente, non tossici e biodegradabili in linea con le normative e gli standard di sicurezza.
  • Costo e disponibilità: Considerare il costo, la disponibilità e il costo complessivo di proprietà del fluido, tenendo conto dell'aspettativa di vita e della manutenzione.
  • Compatibilità con i materiali del sistema: Il fluido non deve corrodere, ammorbidire o degradare i materiali del sistema, garantendo affidabilità a lungo termine.

Domande frequenti

Quanto spesso devono essere cambiati i fluidi tampone e barriera

In genere si consiglia di seguire le linee guida del produttore per il proprio sistema specifico, che in genere suggeriscono di cambiare questi fluidi ogni 1 o 2 anni o secondo necessità in base alle prestazioni del sistema e alle condizioni del fluido.

Quali sono i problemi comuni affrontati con i fluidi tampone e barriera

I problemi più comuni includono contaminazione, fluttuazioni di temperatura e variazioni di pressione, che possono portare a guasti alle guarnizioni.

Quali misure dovrebbero essere adottate se si sospetta un guasto della guarnizione a causa di problemi di liquidi

Ispezionare il fluido per individuare eventuali segni di contaminazione o degrado, controllare i livelli e le pressioni del fluido ed esaminare la tenuta meccanica per eventuali segni di usura o danni. Sostituire il fluido e riparare o sostituire la guarnizione secondo necessità.

Conclusione

In conclusione, i fluidi tampone e barriera svolgono un ruolo cruciale nel mantenere il controllo dei pozzi e garantire operazioni di perforazione sicure.

L'implementazione della giusta strategia per i fluidi può migliorare significativamente l'integrità del pozzo e ridurre al minimo i rischi potenziali.

Agisci ora per ottimizzare la selezione dei fluidi e salvaguardare i tuoi progetti di perforazione.

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