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Die Entwicklung von Dichtungen für Unterwasseranwendungen

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oil rig illustrationSeit der erstmaligen Inbetriebnahme der weltweit ersten Bohrinsel im Jahr 1961, hat in der Offshore-Erdölförderung eine sprunghafte Entwicklung stattgefunden.

Die Öl- und Gasindustrie ist bei ihren Explorationen mittlerweile bis in ozeanische Tiefen von 3048 m vorgedrungen. Die Offshore-Exploration und -Förderung erkundet Vorkommen in entlegenen Lagerstätten, in denen extreme Druckverhältnisse und Temperaturen herrschen – all dies führt die moderne Unterwasser-Dichtungstechnologie an ihre Grenzen.

Angesichts neuer und strengerer Industriestandards, die mit diesen hohen Temperatur- und Druckverhältnissen (HTHP) einhergehen, sahen sich die Erstausrüster veranlasst, neue Komponenten für Unterwasser-Fördersysteme zu entwickeln. Hierzu zählen Eruptionskreuze, Bohrlochköpfe, BOPs, Verteiler, Schieber, Kugel- und Drosselventile, Durchflussmesser und Kupplungen.

Infolgedessen suchen die Erstausrüster nach alternativen Dichtungen für eine interferenzartige Dichtung (O-Ring).

Zu Beginn verwendete man für Unterwasseranwendungen O-Ringe mit zwei Stützringen. Wenn die Richtung der Flüssigkeiten ungewiss war, verhinderten zwei Stützringe einen falschen Einbau.

Stützringe bewahrten den Elastomer-O-Ring auch bei hohem Druck vor Extrusion in die umgebende Hardware. Die Extrusion führt nicht sofort zu einem Dichtungsversagen, sondern kann nach einer gewissen Zeit zu einer Ursache regelmäßig auftretender Leckagen werden. Lecks oder technische Probleme mit Unterwasserausrüstungen können in kritischer Konsequenz Mensch und Umwelt schädigen.

Mit zunehmender Tiefe der Bohrlöcher nahmen die Drücke und auch der Bedeutungsgrad der Dichtungen zu. Die O-Ringe in den HTHP-Anwendungen wurden bald gegen T-Dichtungen ausgetauscht.

T-Dichtungen haben einen Elastomer-T-förmigen Querschnitt und zwei Stützringe aus technischem Kunststoff, zumeist PTFE oder PEEK. Diese neuartig geformte Dichtung hält die Stützringe in Hochdruckanwendungen, bewahrt aber gleichzeitig auch die hohe Dichtwirkung bei niedrigen Drücken.

T-Dichtungen sind so konstruiert, dass sie den Systemdruck nutzen, um die Stützringe zu energetisieren und so einen effizienten Extrusionswiderstand bei Anwendungen mit sowohl ein- als auch bidirektionalem Druck zu gewährleisten, sowohl unter statischen als auch dynamischen Bedingungen.

Die Betreiber standen jedoch weiterhin vor der Herausforderung, ein Dreikomponentensystem mit einem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug (Remote Operated Vehicle, ROV) Tausende von Metern unter dem Meeresspiegel zu installieren.

In Anbetracht der Schwierigkeiten, die diese Anwendung bot, wurde die Federdichtung eingeführt.

Federdichtungen (auch als S-Dichtungen und All-In-One T-Dichtungen bezeichnet) bestehen aus einem Hochmodul-Elastomer und zwei integrierten Anti-Extrusions-Federn.

Spring SealDiese homogene Dichtung verfügt über korrosionsbeständige Schraubenfedern aus Metall, die in die exponierten Ecken der Dichtung eingegossen sind. Durch die strategische Position dieser Schraubenfedern werden Schwachpunkte im direkten Umfeld der Dichtung behoben.

Das Anti-Extrusions-Design weist vielseitige Eigenschaften auf und dichtet höhere Toleranzbereiche ab. Hier wird häufig von aktiven statt von passiven Anti-Extrusions-Elementen gesprochen, wie dies bei eher herkömmlichen thermoplastischen Stützringen der Fall ist.

Die Federdichtung legt sich konzentrisch um die Hardware. Eine Manipulation der Anti-Extrusions-Elemente (Stützringe) wird dadurch überflüssig, die Komplexität der Installation wird minimiert und das Risiko einer Beschädigung der Dichtungselemente eingedämmt.

Die Entwicklung der Dichtungen machte aber hier nicht halt. Precision Polymer Engineering erkannte, dass sich zwar das Profil der Dichtung, nicht aber ihr Material geändert hatte.

Precision Polymer Engineering waren die Ersten, die Federdichtungen aus einem einzigartigen, niedertemperaturfähigen Perfluorelastomer fertigten, einem FFKM-Werkstoff, der in jeder Hinsicht den Anforderungen der Branche, der Erstausrüster und den bedeutendsten Unternehmen entsprach.

FFKM-Federdichtungen sind darauf ausgelegt, den Belastungen in größeren Tiefen und unter schwierigen Betriebsbedingungen standzuhalten, da ihr Einsatzspektrum die extremsten niedrigen wie auch hohen Temperaturen umfasst. Sie haben bereits bewiesen, dass sie die zukünftigen Anforderungen der Erstausrüster für die Öl- und Gasexploration und -förderung erfüllen können.

FFKM-Federdichtungen erbringen zuverlässige Leistung bei Druckverhältnissen von mehr als 20.000 psi (1378 bar) und bei Temperaturen von -29° C bis 204° C. Das Material zeigt außerdem eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Prozessmedien und Betriebsflüssigkeiten.

Neben den zahlreichen Vorteilen für die Erstausrüster, sorgt die Weiterentwicklung der FFKM-Dichtung zudem für verringerte Betriebskosten, lückenlose Rückverfolgbarkeit, problemlose Installation und mehr Sicherheit beim Arbeiten.

Hierkönnen Sie mehr über das gesamte Potenzial der FFKM-Federdichtungen erfahren, oder Sie kontaktieren unser technisches Team noch heute, um Ihre Untersee-Dichtungsanforderungen zu besprechen.

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