Úvahy o výběru těsnění – Instalace vysokotlakých dvojitých mechanických těsnění

Uspořádání 3 mechanické ucpávkydvojitá těsněníkde je dutina bariérové ​​tekutiny mezi těsněními udržována na tlaku větším, než je tlak v komoře těsnění. V průběhu času průmysl vyvinul několik strategií pro vytvoření vysokotlakého prostředí nezbytného pro tato těsnění. Tyto strategie jsou zachyceny v plánech potrubí mechanické ucpávky. Zatímco mnoho z těchto plánů slouží podobným funkcím, provozní charakteristiky každého z nich se mohou velmi lišit a ovlivní všechny aspekty těsnicího systému.

Potrubní plán 53B, jak je definován v API 682, je potrubní plán, který natlakuje bariérovou tekutinu pomocí vakového akumulátoru nabitého dusíkem. Natlakovaný měchýř působí přímo na bariérovou tekutinu a natlakuje celý těsnicí systém. Vak zabraňuje přímému kontaktu mezi tlakovým plynem a bariérovou tekutinou, čímž se eliminuje absorpce plynu do tekutiny. To umožňuje, aby byl plán potrubí 53B použit v aplikacích s vyšším tlakem než plán potrubí 53A. Samostatná povaha akumulátoru také eliminuje potřebu stálého přívodu dusíku, díky čemuž je systém ideální pro vzdálené instalace.

Výhody vakového akumulátoru jsou však kompenzovány některými provozními charakteristikami systému. Tlak potrubního plánu 53B je určen přímo tlakem plynu v měchu. Tento tlak se může dramaticky změnit v důsledku několika proměnných.

Před přidáním bariérové ​​kapaliny do systému musí být měchýř v akumulátoru předem naplněn. To vytváří základ pro všechny budoucí výpočty a interpretace fungování systémů. Skutečný plnicí tlak závisí na provozním tlaku systému a na bezpečnostním objemu bariérové ​​kapaliny v akumulátorech. Předpouštěcí tlak je také závislý na teplotě plynu ve vaku. Poznámka: Plnicí tlak se nastavuje pouze při prvním uvedení systému do provozu a během skutečného provozu nebude upravován.

Tlak plynu v měchýři se bude měnit v závislosti na teplotě plynu. Ve většině případů bude teplota plynu sledovat okolní teplotu v místě instalace. Aplikace v oblastech, kde dochází k velkým denním a sezónním změnám teplot, zaznamenají velké výkyvy tlaku v systému.

Spotřeba bariérové ​​kapalinyBěhem provozu budou mechanické ucpávky spotřebovávat bariérovou kapalinu normálním únikem těsnění. Tato bariérová tekutina je doplňována tekutinou v akumulátoru, což má za následek expanzi plynu v měchýři a snížení tlaku v systému. Tyto změny jsou funkcí velikosti akumulátoru, rychlosti úniku těsnění a požadovaného intervalu údržby pro systém (např. 28 dní).

Změna tlaku v systému je primárním způsobem, jak koncový uživatel sleduje výkon těsnění. Tlak se také používá k vytváření alarmů údržby a k detekci selhání těsnění. Během provozu systému se však tlaky neustále mění. Jak by měl uživatel nastavit tlaky v systému Plan 53B? Kdy je nutné přidat bariérovou kapalinu? Kolik tekutin je třeba přidat?

První široce publikovaná sada technických výpočtů pro systémy Plan 53B se objevila ve čtvrtém vydání API 682. Příloha F poskytuje pokyny krok za krokem, jak určit tlaky a objemy pro tento plán potrubí. Jedním z nejužitečnějších požadavků API 682 je vytvoření standardního štítku pro vakové akumulátory (API 682 čtvrté vydání, tabulka 10). Tento typový štítek obsahuje tabulku, která zachycuje tlaky před plněním, doplňováním a alarmy pro systém v rozsahu okolních teplotních podmínek v místě aplikace. Poznámka: Tabulka v normě je pouze příklad a skutečné hodnoty se při aplikaci na konkrétní aplikaci v terénu výrazně změní.

Jedním ze základních předpokladů na obrázku 2 je, že se očekává, že potrubní plán 53B bude fungovat nepřetržitě a bez změny počátečního tlaku před plněním. Existuje také předpoklad, že systém může být během krátké doby vystaven celému rozsahu okolních teplot. Ty mají významný dopad na konstrukci systému a vyžadují, aby byl systém provozován při vyšším tlaku než jiné plány potrubí s dvojitým těsněním.

S použitím obrázku 2 jako reference je ukázková aplikace nainstalována v místě, kde je okolní teplota mezi -17 °C (1 °F) a 70 °C (158 °F). Horní hranice tohoto rozmezí se zdá být nerealisticky vysoká, ale zahrnuje také účinky solárního ohřevu akumulátoru, který je vystaven přímému slunečnímu záření. Řádky v tabulce představují teplotní intervaly mezi nejvyšší a nejnižší hodnotou.

Když koncový uživatel provozuje systém, bude přidávat tlak bariérové ​​kapaliny, dokud nedosáhne doplňovacího tlaku při aktuální okolní teplotě. Alarmový tlak je tlak, který indikuje, že koncový uživatel potřebuje přidat další bariérovou kapalinu. Při 25 °C (77 °F) by operátor předem nabil akumulátor na 30,3 bar (440 PSIG), alarm by byl nastaven na 30,7 bar (445 PSIG) a operátor by doplňoval bariérovou kapalinu, dokud nedosáhl tlaku. 37,9 bar (550 PSIG). Pokud se okolní teplota sníží na 0 °C (32 °F), tlak alarmu klesne na 28,1 bar (408 PSIG) a doplňovací tlak na 34,7 bar (504 PSIG).

V tomto scénáři se alarm a tlak doplňování mění nebo plují v závislosti na okolní teplotě. Tento přístup je často označován jako plovoucí-plovoucí strategie. Alarm i náplň „plovoucí“. 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. Poplachový tlak pro systém je funkcí teploty a tento vztah musí být naprogramován do systému DCS koncového uživatele. Plnicí tlak bude také záviset na okolní teplotě, takže operátor bude muset vyhledat správný tlak pro aktuální podmínky podle typového štítku.

Někteří koncoví uživatelé požadují jednodušší přístup a požadují strategii, kde jsou jak tlak alarmu, tak tlak doplňování konstantní (nebo fixní) a nezávislé na okolní teplotě. Pevně ​​fixní strategie poskytuje koncovému uživateli pouze jeden tlak pro doplnění systému a pouze hodnotu pro alarm systému. Bohužel tato podmínka 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 fixní fixace vést ke změnám v konstrukci těsnění nebo hodnocení MAWP pro jiné součásti systému, aby zvládly zvýšené tlaky.

Ostatní 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 pouze po zvážení podmínek aplikace, rozsahu okolní teploty a požadavků koncového uživatele.

V návrhu potrubního plánu 53B jsou některé úpravy, které mohou pomoci zmírnit některé z těchto problémů. Ohřev slunečním zářením může značně zvýšit maximální teplotu akumulátoru pro konstrukční výpočty. Umístěním akumulátoru do stínu nebo konstrukcí sluneční clony pro akumulátor lze eliminovat solární ohřev a snížit maximální teplotu ve výpočtech.

Ve výše uvedených popisech se termín okolní teplota používá k vyjádření teploty plynu v měchýři. V podmínkách ustáleného stavu nebo pomalu se měnících okolních teplot je to rozumný předpoklad. Pokud mezi dnem a nocí dochází k velkým výkyvům okolní teploty, izolace akumulátoru může zmírnit efektivní teplotní výkyvy vaku, což má za následek stabilnější provozní teploty.

Tento přístup lze rozšířit na použití doprovodného otápění a izolace na akumulátoru. Při správném použití bude akumulátor pracovat při jedné teplotě bez ohledu na denní nebo sezónní změny okolní teploty. Toto je možná nejdůležitější jednotlivá konstrukční varianta, kterou je třeba zvážit v oblastech s velkými teplotními rozdíly. Tento přístup má velkou instalovanou základnu v terénu a umožnil použití Plánu 53B v místech, která by při sledování tepla nebyla možná.

Koncoví uživatelé, kteří uvažují o použití potrubního plánu 53B, by si měli být vědomi, že tento potrubní plán není pouze potrubní plán 53A s akumulátorem. Prakticky každý aspekt návrhu systému, uvedení do provozu, provozu a údržby plánu 53B je jedinečný pro tento plán potrubí. Většina frustrací, které koncoví uživatelé zažili, pochází z nedostatečného porozumění systému. OEM společnosti Seal mohou připravit podrobnější analýzu pro konkrétní aplikaci a mohou poskytnout podklady potřebné k tomu, aby pomohli koncovému uživateli správně specifikovat a provozovat tento systém.