Halten hohen Drücken und extremen Temperaturen stand

Dichtungen für den Offshore-Bereich

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Die Dichtungswerkstoffe der Xplor-Serie gehören zu einer Familie von Hightech-Elastomeren, die speziell für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie entwickelt wurden und sich durch eine geringe Druckverformung auszeichnen. Sie wurden ursprünglich für den Einsatz in Unterwasserbohrlochköpfen konzipiert, können jedoch in anderen statischen oder dynamischen Dichtungsszenarien rund um Öl, Gas und Petrochemie angewendet werden.

Dichtungen in der Öl- und Gasindustrie wird einiges abverlangt. Nicht nur aggressive Chemikalien, sondern auch hohe Druckverhältnisse und Temperaturen stellen die eingesetzten Werkstoffe und Formteile vor große Herausforderungen. Trelleborg Sealing Solutions hat mit Xplor S-Seal und Xplor FS-Seal zwei Dichtungen speziell für anspruchsvolle Umgebungen im Offshore-Bereich auf den Markt gebracht. Die Xplor-S-Seal und Xplor-FS-Seal-Varianten sind kundenspezifische Elastomerdichtungen. Sie kombinieren die Vorteile integraler Stützkomponenten mit der Flexibilität einer Elastomerdichtung und bieten Extrusionsbeständigkeit in anspruchsvollen Hochdruckumgebungen, wie sie beispielsweise in Ölfeldgehäusen und Rohranwendungen zu finden sind.

Integrierter Extrusionsschutz

Durch die Verwendung integrierter Extrusionsschutzvorrichtungen können die Werkstoffe Druckwerten von bis zu 1034 bar standhalten und sind bis zu 200 °C temperaturbeständig. Xplor S-Seal und Xplor FS-Seal wurden auf Grundlage des ursprünglichen S-Seal-Designs entwickelt. Sie bieten dieselben Vorteile, können jedoch höheren Drücken und höheren Temperaturen standhalten.

Die Abdichtung lässt sich durch eine kontrollierte Verformung des Elastomerelements erreichen. Die optimale Spannungsverteilung im gesamten Elastomerkörper gelingt durch die Finite-Elemente-Analyse (FEA), die eine hohe Dichtigkeit und eine lange Lebensdauer der Dichtung sicherstellt. So lassen sich typische Probleme vermeiden, die zu vorzeitigen Ausfällen führen, wie Gratlinien an Dichtstellen und Berührungsstellen zwischen Feder und Gummi.

Ausgefeiltes Dichtungsdesign

Während der Entwicklungsphase kam es in einigen Fällen an der S-Seal-Dichtung zum Verschleiß der Gegenlaufflächen. Ursache waren kleine Bewegungen der Metallfeder, die wiederum durch Wärme- und Druckschwankungen verursacht wurden. Nachdem für Werkstoff und Design der Feder ein Composite ausgewählt wurde, konnte die Flexibilität der Dichtung aufrechterhalten und ein größerer Schutz erreicht werden. Ein Extrusionswiderstand wird erzeugt, wenn die speziell entwickelte Feder dem Elastomer Halt gibt, die Dichtung jedoch noch flexibel genug ist, um eine einfache Installation zu ermöglichen.

Durch die Kombination der von Trelleborg entwickelten Xplor Rapid Gas Decompression (RGD) und sauergasbeständigen Elastomeren mit Endkappen aus korrosionsbeständigem Metall sind so spezifische Dichtungslösungen entstanden, die den extremen Anforderungen auf Ölfeldern gerecht werden. Die Werkstoffe der Xplor-Serie erfüllen darüber hinaus branchenspezifische Standards und Zulassungen wie Norsok, Nace, API und Total.

Durch den kundenspezifischen Ansatz kann Trelleborg Gewicht und Größe der Xplor-Dichtung genau an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Dabei steht das Unternehmen bei den verschiedensten Anwendungsfällen als kompetenter Engineering-Partner zur Seite und kann in jeder Phase der Produktentwicklung einsteigen: vom Design-Prozess über die Testläufe bis hin zur Serienreife.

Einsatz auf dem Meeresgrund

Ein Bereich, in dem die Xplor-Dichtungslösungen eingesetzt werden, sind Bohrlochköpfe. Sie sind entscheidend für eine sichere und zuverlässige Öl- und Gasförderung und bilden den Befestigungs- und Aufhängepunkt von Unterwasserfördersystemen. Gleichzeitig dienen Bohrlochköpfe auch als Dichtelement für Futterrohre. Sie bilden eine Sicherheitsbarriere für den Einsatz mit Blowout Preventers (BOPs) und Unterwassergerüsten, um den Durchfluss von Bohr-, Förder- oder Treibmitteln wie Gas und Wasser zu steuern. Bohrlochköpfe stützen außerdem die Anschlussstelle im Durchgang der Steuerleitungen zur Kontrolle von Bohrlocheinrichtungen, beispielsweise unterirdische Sicherheitsventile. Wenn Dichtungselemente in Bohrlochköpfen ausfallen, kann es zu schweren Umweltschäden, dem Verlust des gesamten Bohrlochs und – im schlimmsten Fall – tödlichen Verletzungen kommen. Während der Bohrphasen sind viele Prozessschritte nötig, die zu einer Beschädigung am Bohrlochkopf führen können. Eine geeignete Dichtung muss flexibel genug sein, um an einer beschädigten Oberfläche eingesetzt zu werden und dabei eine wirksame Abdichtung über einen größeren Toleranzbereich zu leisten. Typische Toleranzen können bis zu ±1,5 mm betragen. Der typische Betriebsdruck von Bohrlochköpfen liegt bei 69 MPa, wobei neuere Anforderungen tatsächlich bis 100 MPa reichen. Die geforderten Temperaturbereiche liegen bei -18 bis +121 °C, können jedoch mit zunehmend komplexen Reservoirs bis auf +177 °C ansteigen. Die Dichtungswerkstoffe der Xplor-Serie wurden zunächst genau für diese Anwendungen entwickelt. Sie können auch bei Übertagebohrungen in abgelegenen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Bohrlochköpfe gegebenenfalls Temperaturen bis -40 °C standhalten müssen.

Trelleborg Sealing Solutions, Stuttgart


Autor: David Brown

Global Director Lead Group Oil & Gas,

Trelleborg Sealing Solutions


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