Aspekty výběru těsnění – Instalace dvojitých mechanických těsnění pro vysoký tlak

Uspořádání 3 mechanické ucpávky jsoudvojitá těsněníkde je dutina bariérové ​​kapaliny mezi těsněními udržována na tlaku vyšším než tlak v ucpávkové komoře. V průběhu času se v průmyslu vyvinulo několik strategií pro vytvoření vysokotlakého prostředí nezbytného pro tato těsnění. Tyto strategie jsou zachyceny v plánech potrubí mechanické ucpávky. I když mnoho z těchto plánů slouží podobným funkcím, provozní vlastnosti každého z nich se mohou velmi lišit a ovlivní všechny aspekty těsnicího systému.

Potrubní plán 53B, jak je definován v normě API 682, je potrubní plán, který natlakuje bariérovou kapalinu pomocí dusíkem naplněného vakového akumulátoru. Tlakový vak působí přímo na bariérovou kapalinu a natlakuje celý těsnicí systém. Vak zabraňuje přímému kontaktu mezi tlakovým plynem a bariérovou kapalinou, čímž eliminuje absorpci plynu do kapaliny. To umožňuje použití potrubního plánu 53B v aplikacích s vyšším tlakem než u potrubního plánu 53A. Samostatná povaha akumulátoru také eliminuje potřebu neustálého přívodu dusíku, což činí systém ideálním pro vzdálené instalace.

Výhody vakového akumulátoru jsou však vyváženy některými provozními charakteristikami systému. Tlak v potrubí podle plánu 53B je přímo určen tlakem plynu v vaku. Tento tlak se může dramaticky měnit v důsledku několika proměnných.

Před přidáním uzavírací kapaliny do systému musí být vak v akumulátoru předplněn. To vytváří základ pro všechny budoucí výpočty a interpretace provozu systému. Skutečný předtlak závisí na provozním tlaku systému a bezpečnostním objemu uzavírací kapaliny v akumulátorech. Předtlak závisí také na teplotě plynu ve vaku. Poznámka: Předtlak se nastavuje pouze při počátečním uvedení systému do provozu a během skutečného provozu se neupravuje.

Tlak plynu v měchu se bude měnit v závislosti na teplotě plynu. Ve většině případů bude teplota plynu kopírovat okolní teplotu v místě instalace. Aplikace v oblastech s velkými denními a sezónními změnami teplot budou zaznamenávat velké výkyvy tlaku v systému.

Spotřeba bariérové ​​kapalinyBěhem provozu mechanické ucpávky spotřebovávají bariérovou kapalinu v důsledku běžného úniku těsnění. Tato bariérová kapalina je doplňována kapalinou v akumulátoru, což má za následek expanzi plynu v membráně a pokles tlaku v systému. Tyto změny jsou funkcí velikosti akumulátoru, míry úniku těsnění a požadovaného intervalu údržby systému (např. 28 dní).

Změna tlaku v systému je primárním způsobem, jakým koncový uživatel sleduje výkon těsnění. Tlak se také používá k vyvolání alarmů údržby a k detekci selhání těsnění. Tlak se však bude během provozu systému neustále měnit. Jak by měl uživatel nastavit tlak v systému Plan 53B? Kdy je nutné doplnit uzavírací kapalinu? Kolik kapaliny by mělo být doplněno?

První široce publikovaná sada inženýrských výpočtů pro systémy podle plánu 53B se objevila ve čtvrtém vydání normy API 682. Příloha F poskytuje podrobné pokyny, jak určit tlaky a objemy pro tento plán potrubí. Jedním z nejužitečnějších požadavků normy API 682 je vytvoření standardního typového štítku pro vakové akumulátory (čtvrté vydání normy API 682, tabulka 10). Tento typový štítek obsahuje tabulku, která zachycuje tlak předběžného plnění, doplňování a alarmový tlak pro systém v rozsahu okolních teplotních podmínek v místě aplikace. Poznámka: tabulka v normě je pouze příkladem a skutečné hodnoty se při aplikaci na konkrétní terénní aplikaci výrazně změní.

Jedním ze základních předpokladů uvedených na obrázku 2 je, že se očekává, že potrubní plán 53B bude fungovat nepřetržitě a beze změny počátečního předtlaku. Existuje také předpoklad, že systém může být po krátkou dobu vystaven celému rozsahu okolních teplot. To má významný vliv na návrh systému a vyžaduje, aby systém byl provozován při tlaku vyšším než u jiných potrubních plánů s dvojitým těsněním.

S využitím obrázku 2 jako reference je příkladná aplikace instalována v místě, kde je okolní teplota mezi -17 °C (1 °F) a 70 °C (158 °F). Horní hranice tohoto rozsahu se jeví jako nerealisticky vysoká, ale zahrnuje také vliv solárního ohřevu akumulátoru, který je vystaven přímému slunečnímu záření. Řádky v tabulce představují teplotní intervaly mezi nejvyšší a nejnižší hodnotou.

Když koncový uživatel obsluhuje systém, bude přidávat tlak uzavírací kapaliny, dokud nedosáhne plnicího tlaku při aktuální okolní teplotě. Alarmový tlak je tlak, který indikuje, že koncový uživatel potřebuje doplnit uzavírací kapalinu. Při 25 °C (77 °F) by obsluha přednaplnila akumulátor na 30,3 baru (440 PSIG), alarm by se nastavil na 30,7 baru (445 PSIG) a obsluha by doplňovala uzavírací kapalinu, dokud tlak nedosáhne 37,9 baru (550 PSIG). Pokud by okolní teplota klesla na 0 °C (32 °F), pak by se alarmový tlak snížil na 28,1 baru (408 PSIG) a plnicí tlak na 34,7 baru (504 PSIG).

V tomto scénáři se tlak alarmu i doplňování mění, neboli kolísají, v reakci na okolní teplotu. Tento přístup se často označuje jako strategie plovoucího udržení. Jak alarm, tak i doplňování „plovou“. To má za následek nejnižší provozní tlaky pro těsnicí systém. To však klade na koncového uživatele dva specifické požadavky: určení správného tlaku alarmu a tlaku doplňování. Tlak alarmu pro systém je funkcí teploty a tento vztah musí být naprogramován do systému DCS koncového uživatele. Tlak doplňování bude také záviset na okolní teplotě, takže obsluha bude muset nahlédnout do typového štítku, aby zjistila správný tlak pro aktuální podmínky.

Někteří koncoví uživatelé požadují jednodušší přístup a chtějí strategii, kde jsou jak tlak alarmu, tak tlak doplňování konstantní (nebo fixní) a nezávislé na okolní teplotě. Strategie fix-fix poskytuje koncovému uživateli pouze jeden tlak pro doplňování systému a jedinou hodnotu pro spuštění alarmu systému. Tato podmínka bohužel musí předpokládat, že teplota je na maximální hodnotě, protože výpočty kompenzují pokles okolní teploty z maximální na minimální teplotu. To má za následek, že systém pracuje při vyšších tlacích. V některých aplikacích může použití strategie fix-fix vést ke změnám v konstrukci těsnění nebo v jmenovitých maximálních pracovních tlacích (MAWP) pro ostatní komponenty systému, aby zvládly zvýšené tlaky.

Jiní koncoví uživatelé použijí hybridní přístup s pevným tlakem alarmu a plovoucím tlakem doplňování. To může snížit provozní tlak a zároveň zjednodušit nastavení alarmu. Rozhodnutí o správné strategii alarmu by mělo být učiněno až po zvážení podmínek aplikace, rozsahu okolní teploty a požadavků koncového uživatele.

V návrhu potrubního plánu 53B existují určité úpravy, které mohou pomoci zmírnit některé z těchto problémů. Ohřev slunečním zářením může výrazně zvýšit maximální teplotu akumulátoru pro konstrukční výpočty. Umístění akumulátoru do stínu nebo konstrukce sluneční clony pro akumulátor může eliminovat sluneční ohřev a snížit maximální teplotu ve výpočtech.

Ve výše uvedených popisech se termín okolní teplota používá k vyjádření teploty plynu v měchu. Za ustáleného stavu nebo pomalu se měnících okolních teplot je to rozumný předpoklad. Pokud dochází k velkým výkyvům okolní teploty mezi dnem a nocí, může izolace akumulátoru zmírnit efektivní teplotní výkyvy měchu, což vede ke stabilnějším provozním teplotám.

Tento přístup lze rozšířit i na použití doprovodného otápění a izolace akumulátoru. Při správném použití bude akumulátor pracovat na jedné teplotě bez ohledu na denní nebo sezónní změny okolní teploty. Toto je pravděpodobně nejdůležitější konstrukční řešení, které je třeba zvážit v oblastech s velkými teplotními výkyvy. Tento přístup má velkou instalovanou základnu v terénu a umožnil použití Plan 53B v místech, kde by doprovodné otápění nebylo možné.

Koncoví uživatelé, kteří zvažují použití potrubního plánu 53B, by si měli být vědomi toho, že tento potrubní plán není jen potrubním plánem 53A s akumulátorem. Prakticky každý aspekt návrhu systému, uvedení do provozu, provozu a údržby plánu 53B je pro tento potrubní plán jedinečný. Většina frustrací, které koncoví uživatelé zažili, pramení z nedostatečného pochopení systému. Výrobci těsnění (OEM) mohou připravit podrobnější analýzu pro konkrétní aplikaci a mohou poskytnout potřebné informace, které koncovému uživateli pomohou správně specifikovat a provozovat tento systém.