Rozważania dotyczące wyboru uszczelnienia – montaż podwójnych uszczelnień mechanicznych wysokociśnieniowych

Układ 3 uszczelnień mechanicznychpodwójne uszczelkigdzie wnęka cieczy barierowej pomiędzy uszczelnieniami jest utrzymywana pod ciśnieniem większym niż ciśnienie w komorze uszczelnienia. Z czasem branża opracowała kilka strategii tworzenia środowiska wysokiego ciśnienia niezbędnego dla tych uszczelnień. Strategie te są ujęte w planach rurociągów uszczelnienia mechanicznego. Podczas gdy wiele z tych planów pełni podobne funkcje, charakterystyki operacyjne każdego z nich mogą być bardzo różne i będą miały wpływ na wszystkie aspekty systemu uszczelniającego.

Piping Plan 53B, zgodnie z definicją API 682, to plan rurociągów, który spręża płyn barierowy za pomocą akumulatora pęcherzowego naładowanego azotem. Sprężony pęcherz działa bezpośrednio na płyn barierowy, sprężając cały system uszczelniający. Pęcherz zapobiega bezpośredniemu kontaktowi gazu sprężającego z płynem barierowym, eliminując wchłanianie gazu do płynu. Dzięki temu Piping Plan 53B może być stosowany w zastosowaniach o wyższym ciśnieniu niż Piping Plan 53A. Samodzielny charakter akumulatora eliminuje również potrzebę stałego zasilania azotem, co sprawia, że ​​system jest idealny do instalacji zdalnych.

Korzyści z akumulatora pęcherzowego są jednak równoważone przez niektóre cechy operacyjne systemu. Ciśnienie Piping Plan 53B jest określane bezpośrednio przez ciśnienie gazu w pęcherzu. Ciśnienie to może się drastycznie zmieniać z powodu kilku zmiennych.

Pęcherz w akumulatorze musi zostać wstępnie naładowany przed dodaniem płynu barierowego do systemu. Tworzy to podstawę wszystkich przyszłych obliczeń i interpretacji działania systemu. Rzeczywiste ciśnienie wstępnego naładowania zależy od ciśnienia roboczego systemu i bezpiecznej objętości płynu barierowego w akumulatorach. Ciśnienie wstępnego naładowania zależy również od temperatury gazu w pęcherzu. Uwaga: ciśnienie wstępnego naładowania jest ustawiane tylko podczas początkowego uruchomienia systemu i nie będzie regulowane podczas rzeczywistej pracy.

Ciśnienie gazu w pęcherzu będzie się zmieniać w zależności od temperatury gazu. W większości przypadków temperatura gazu będzie podążać za temperaturą otoczenia w miejscu instalacji. Zastosowania w regionach, w których występują duże dzienne i sezonowe zmiany temperatur, będą charakteryzować się dużymi wahaniami ciśnienia w układzie.

Zużycie płynu barierowegoPodczas pracy uszczelnienia mechaniczne zużywają płyn barierowy poprzez normalny wyciek uszczelnienia. Ten płyn barierowy jest uzupełniany płynem w akumulatorze, co powoduje rozszerzenie gazu w pęcherzu i spadek ciśnienia w układzie. Zmiany te są funkcją rozmiaru akumulatora, szybkości wycieku uszczelnienia i pożądanego odstępu między konserwacjami układu (np. 28 dni).

Zmiana ciśnienia w systemie to podstawowy sposób, w jaki użytkownik końcowy śledzi wydajność uszczelnienia. Ciśnienie jest również wykorzystywane do tworzenia alarmów konserwacyjnych i wykrywania awarii uszczelnienia. Jednak ciśnienia będą się stale zmieniać podczas działania systemu. Jak użytkownik powinien ustawić ciśnienia w systemie Plan 53B? Kiedy konieczne jest dodanie płynu barierowego? Ile płynu należy dodać?

Pierwszy szeroko opublikowany zestaw obliczeń inżynieryjnych dla systemów Plan 53B pojawił się w API 682, czwarte wydanie. Załącznik F zawiera instrukcje krok po kroku, jak określić ciśnienia i objętości dla tego planu rurociągów. Jednym z najbardziej przydatnych wymogów API 682 jest utworzenie standardowej tabliczki znamionowej dla akumulatorów pęcherzowych (API 682, czwarte wydanie, tabela 10). Ta tabliczka znamionowa zawiera tabelę, która rejestruje ciśnienia wstępnego ładowania, ponownego napełniania i alarmu dla systemu w zakresie warunków temperatury otoczenia w miejscu zastosowania. Uwaga: tabela w standardzie jest tylko przykładem i rzeczywiste wartości ulegną znacznej zmianie po zastosowaniu w konkretnym zastosowaniu terenowym.

Jednym z podstawowych założeń Rysunku 2 jest to, że Plan rurociągów 53B ma działać w sposób ciągły i bez zmiany początkowego ciśnienia wstępnego. Istnieje również założenie, że system może być narażony na cały zakres temperatur otoczenia w krótkim okresie czasu. Mają one istotne implikacje dla projektu systemu i wymagają, aby system był obsługiwany przy ciśnieniu wyższym niż w przypadku innych planów rurociągów z podwójnym uszczelnieniem.

Używając Rysunku 2 jako odniesienia, przykładowa aplikacja jest zainstalowana w miejscu, w którym temperatura otoczenia wynosi od -17°C (1°F) do 70°C (158°F). Górna granica tego zakresu wydaje się nierealistycznie wysoka, ale obejmuje również skutki nagrzewania akumulatora przez słońce, który jest wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Wiersze w tabeli przedstawiają przedziały temperatur między najwyższymi i najniższymi wartościami.

Gdy użytkownik końcowy obsługuje system, dodaje ciśnienie płynu barierowego, aż do osiągnięcia ciśnienia uzupełniania przy bieżącej temperaturze otoczenia. Ciśnienie alarmowe to ciśnienie, które wskazuje, że użytkownik końcowy musi dodać dodatkowy płyn barierowy. Przy 25°C (77°F) operator wstępnie naładowałby akumulator do 30,3 bara (440 PSIG), alarm zostałby ustawiony na 30,7 bara (445 PSIG), a operator dodałby płyn barierowy, aż ciśnienie osiągnęłoby 37,9 bara (550 PSIG). Jeśli temperatura otoczenia spadłaby do 0°C (32°F), ciśnienie alarmowe spadłoby do 28,1 bara (408 PSIG), a ciśnienie uzupełniania do 34,7 bara (504 PSIG).

W tym scenariuszu ciśnienie alarmu i napełniania zmienia się lub unosi się w odpowiedzi na temperaturę otoczenia. Takie podejście jest często określane jako strategia pływająco-pływająca. Zarówno alarm, jak i napełnianie „unoszą się”. Powoduje to najniższe ciśnienie robocze dla systemu uszczelniającego. Nakłada to jednak dwa szczególne wymagania na użytkownika końcowego: określenie prawidłowego ciśnienia alarmu i ciśnienia napełniania. Ciśnienie alarmu dla systemu jest funkcją temperatury, a ta zależność musi być zaprogramowana w systemie DCS użytkownika końcowego. Ciśnienie napełniania będzie również zależeć od temperatury otoczenia, więc operator będzie musiał zapoznać się z tabliczką znamionową, aby znaleźć prawidłowe ciśnienie dla bieżących warunków.

Niektórzy użytkownicy końcowi domagają się prostszego podejścia i pragną strategii, w której zarówno ciśnienie alarmowe, jak i ciśnienie napełniania są stałe (lub stałe) i niezależne od temperatury otoczenia. Strategia stała-stała zapewnia użytkownikowi końcowemu tylko jedno ciśnienie do napełniania systemu i tylko wartość do alarmowania systemu. Niestety, ten warunek musi zakładać, że temperatura ma wartość maksymalną, ponieważ obliczenia kompensują spadek temperatury otoczenia z temperatury maksymalnej do minimalnej. W rezultacie system działa przy wyższych ciśnieniach. W niektórych zastosowaniach użycie strategii stała-stała może skutkować zmianami w konstrukcji uszczelnienia lub wartościach znamionowych MAWP dla innych komponentów systemu w celu obsługi podwyższonego ciśnienia.

Inni użytkownicy końcowi zastosują podejście hybrydowe ze stałym ciśnieniem alarmowym i zmiennym ciśnieniem napełniania. Może to zmniejszyć ciśnienie robocze, jednocześnie upraszczając ustawienia alarmu. Decyzja o prawidłowej strategii alarmowej powinna zostać podjęta dopiero po rozważeniu warunków zastosowania, zakresu temperatur otoczenia i wymagań użytkownika końcowego.

Istnieją pewne modyfikacje w projekcie Piping Plan 53B, które mogą pomóc złagodzić niektóre z tych wyzwań. Ogrzewanie z promieniowania słonecznego może znacznie zwiększyć maksymalną temperaturę akumulatora w obliczeniach projektowych. Umieszczenie akumulatora w cieniu lub zbudowanie osłony przeciwsłonecznej dla akumulatora może wyeliminować ogrzewanie słoneczne i zmniejszyć maksymalną temperaturę w obliczeniach.

W powyższych opisach termin temperatura otoczenia jest używany do reprezentowania temperatury gazu w pęcherzu. W warunkach ustalonej lub powoli zmieniającej się temperatury otoczenia jest to rozsądne założenie. Jeśli występują duże wahania temperatury otoczenia między dniem a nocą, izolacja akumulatora może łagodzić efektywne wahania temperatury pęcherza, co skutkuje bardziej stabilną temperaturą roboczą.

To podejście można rozszerzyć na wykorzystanie śledzenia cieplnego i izolacji w akumulatorze. Gdy jest to prawidłowo stosowane, akumulator będzie działał w jednej temperaturze niezależnie od dziennych lub sezonowych zmian temperatury otoczenia. Jest to prawdopodobnie najważniejsza pojedyncza opcja projektowa do rozważenia w obszarach o dużych wahaniach temperatury. To podejście ma dużą bazę zainstalowaną w terenie i pozwoliło na użycie Planu 53B w lokalizacjach, które nie byłyby możliwe przy śledzeniu cieplnym.

Użytkownicy końcowi, którzy rozważają użycie Piping Plan 53B, powinni wiedzieć, że ten plan rurociągów nie jest po prostu Piping Plan 53A z akumulatorem. Praktycznie każdy aspekt projektu systemu, uruchomienia, obsługi i konserwacji Planu 53B jest unikalny dla tego planu rurociągów. Większość frustracji, których doświadczyli użytkownicy końcowi, wynika z braku zrozumienia systemu. Producenci OEM uszczelnień mogą przygotować bardziej szczegółową analizę dla konkretnego zastosowania i mogą zapewnić tło wymagane do pomocy użytkownikowi końcowemu w prawidłowym określeniu i obsłudze tego systemu.