Úvahy o výbere tesnenia – Inštalácia vysokotlakových dvojitých mechanických tesnení

Usporiadanie 3 mechanické upchávky súdvojité tesneniakde je dutina bariérovej tekutiny medzi tesneniami udržiavaná na tlaku väčšom ako je tlak v tesniacej komore. V priebehu času priemysel vyvinul niekoľko stratégií na vytvorenie prostredia vysokého tlaku potrebného pre tieto tesnenia. Tieto stratégie sú zachytené v plánoch potrubia mechanickej upchávky. Zatiaľ čo mnohé z týchto plánov slúžia podobným funkciám, prevádzkové charakteristiky každého z nich môžu byť veľmi odlišné a ovplyvnia všetky aspekty tesniaceho systému.

Potrubný plán 53B, ako je definovaný v API 682, je potrubný plán, ktorý natlakuje bariérovú tekutinu pomocou vakového akumulátora naplneného dusíkom. Tlaková membrána pôsobí priamo na bariérovú kvapalinu, čím stláča celý tesniaci systém. Vak bráni priamemu kontaktu medzi stlačeným plynom a bariérovou tekutinou, čím sa eliminuje absorpcia plynu do tekutiny. To umožňuje použitie potrubného plánu 53B v aplikáciách s vyšším tlakom ako potrubný plán 53A. Samostatný charakter akumulátora tiež eliminuje potrebu neustáleho prísunu dusíka, vďaka čomu je systém ideálny pre vzdialené inštalácie.

Výhody vakového akumulátora sú však kompenzované niektorými prevádzkovými charakteristikami systému. Tlak potrubného plánu 53B je určený priamo tlakom plynu v mechúre. Tento tlak sa môže dramaticky meniť v dôsledku niekoľkých premenných.

Pred pridaním bariérovej kvapaliny do systému musí byť vak v akumulátore vopred naplnený. To vytvára základ pre všetky budúce výpočty a interpretácie fungovania systémov. Aktuálny tlak predplnenia závisí od prevádzkového tlaku systému a bezpečnostného objemu bariérovej kvapaliny v akumulátoroch. Predbežný plniaci tlak tiež závisí od teploty plynu v mechúre. Poznámka: Predplňovací tlak sa nastavuje iba pri prvom uvedení systému do prevádzky a nebude sa upravovať počas skutočnej prevádzky.

Tlak plynu v mechúre sa bude meniť v závislosti od teploty plynu. Vo väčšine prípadov bude teplota plynu sledovať teplotu okolia v mieste inštalácie. Aplikácie v regiónoch, kde sú veľké denné a sezónne zmeny teplôt, zažijú veľké výkyvy tlaku v systéme.

Spotreba bariérovej kvapalinyPočas prevádzky budú mechanické upchávky spotrebúvať bariérovú kvapalinu v dôsledku normálneho úniku tesnenia. Táto bariérová tekutina sa dopĺňa tekutinou v akumulátore, čo má za následok expanziu plynu v mechúre a zníženie tlaku v systéme. Tieto zmeny sú funkciou veľkosti akumulátora, miery netesnosti tesnenia a požadovaného intervalu údržby pre systém (napr. 28 dní).

Zmena tlaku v systéme je primárnym spôsobom, ktorým koncový používateľ sleduje výkon tesnenia. Tlak sa tiež používa na vytváranie alarmov údržby a na zisťovanie porúch tesnenia. Počas prevádzky systému sa však tlaky budú neustále meniť. Ako by mal užívateľ nastaviť tlaky v systéme Plan 53B? Kedy je potrebné pridať bariérovú kvapalinu? Koľko tekutín treba pridať?

Prvý široko publikovaný súbor inžinierskych výpočtov pre systémy Plan 53B sa objavil vo štvrtom vydaní API 682. Príloha F poskytuje pokyny krok za krokom, ako určiť tlaky a objemy pre tento plán potrubia. Jednou z najužitočnejších požiadaviek API 682 je vytvorenie štandardného štítku pre vakové akumulátory (API 682 štvrté vydanie, tabuľka 10). Tento typový štítok obsahuje tabuľku, ktorá zachytáva predbežné nabíjanie, dopĺňanie a tlaky alarmu pre systém v rozsahu podmienok okolitej teploty na mieste aplikácie. Poznámka: Tabuľka v norme je len príklad a skutočné hodnoty sa pri aplikácii na konkrétnu aplikáciu v teréne výrazne zmenia.

Jedným zo základných predpokladov na obrázku 2 je, že sa očakáva, že potrubný plán 53B bude fungovať nepretržite a bez zmeny počiatočného tlaku pred plnením. Existuje tiež predpoklad, že systém môže byť v krátkom čase vystavený celému rozsahu okolitej teploty. Tieto majú významný vplyv na dizajn systému a vyžadujú, aby bol systém prevádzkovaný pri tlaku vyššom ako iné plány potrubia s dvojitým tesnením.

Pomocou obrázku 2 ako referencie je vzorová aplikácia nainštalovaná na mieste, kde je okolitá teplota medzi -17 °C (1 °F) a 70 °C (158 °F). Horná hranica tohto rozsahu sa javí ako nereálne vysoká, ale zahŕňa aj účinky solárneho ohrevu akumulátora, ktorý je vystavený priamemu slnečnému žiareniu. Riadky v tabuľke predstavujú teplotné intervaly medzi najvyššou a najnižšou hodnotou.

Keď koncový používateľ prevádzkuje systém, bude pridávať tlak bariérovej kvapaliny, kým sa nedosiahne plniaci tlak pri aktuálnej teplote okolia. Alarmový tlak je tlak, ktorý indikuje, že koncový užívateľ potrebuje pridať ďalšiu bariérovú kvapalinu. Pri 25 °C (77 °F) operátor vopred nabije akumulátor na 30,3 bar (440 PSIG), alarm by sa nastavil na 30,7 bar (445 PSIG) a operátor by pridával bariérovú kvapalinu, kým nedosiahol tlak. 37,9 bar (550 PSIG). Ak sa okolitá teplota zníži na 0 °C (32 °F), tlak alarmu klesne na 28,1 bar (408 PSIG) a plniaci tlak na 34,7 bar (504 PSIG).

V tomto scenári sa tlak alarmu a plniaceho tlaku menia alebo plávajú v reakcii na okolité teploty. Tento prístup sa často označuje ako plávajúca-plávajúca stratégia. Alarm aj náplň „plávajú“. To má za následok najnižšie prevádzkové tlaky pre tesniaci systém. To však kladie na koncového užívateľa dve špecifické požiadavky; určenie správneho poplachového tlaku a plniaceho tlaku. Poplachový tlak pre systém je funkciou teploty a tento vzťah musí byť naprogramovaný v systéme DCS koncového užívateľa. Plniaci tlak bude závisieť aj od okolitej teploty, takže operátor bude musieť nájsť správny tlak pre aktuálne podmienky na typovom štítku.

Niektorí koncoví používatelia požadujú jednoduchší prístup a požadujú stratégiu, pri ktorej sú tlak alarmu aj tlak doplňovania konštantné (alebo pevné) a nezávislé od okolitých teplôt. Pevne fixná stratégia poskytuje koncovému užívateľovi iba jeden tlak na doplnenie systému a jedinú hodnotu pre alarm systému. Bohužiaľ, táto podmienka musí predpokladať, že teplota je na maximálnej hodnote, pretože výpočty kompenzujú pokles okolitej teploty z maximálnej na minimálnu teplotu. Výsledkom je, že systém pracuje pri vyšších tlakoch. V niektorých aplikáciách môže použitie stratégie s pevnou fixáciou viesť k zmenám v dizajne tesnenia alebo hodnotení MAWP pre iné komponenty systému, aby zvládli zvýšené tlaky.

Ostatní koncoví používatelia použijú hybridný prístup s pevným poplachovým tlakom a plávajúcou náplňou. To môže znížiť prevádzkový tlak a zároveň zjednodušiť nastavenie alarmu. Rozhodnutie o správnej stratégii alarmu by sa malo urobiť len po zvážení podmienok aplikácie, rozsahu teplôt okolia a požiadaviek koncového používateľa.

V návrhu potrubného plánu 53B sú určité úpravy, ktoré môžu pomôcť zmierniť niektoré z týchto problémov. Ohrev slnečným žiarením môže výrazne zvýšiť maximálnu teplotu akumulátora pre konštrukčné výpočty. Umiestnenie akumulátora v tieni alebo skonštruovanie slnečnej clony pre akumulátor môže eliminovať solárny ohrev a znížiť maximálnu teplotu vo výpočtoch.

Vo vyššie uvedenom opise sa výraz teplota okolia používa na vyjadrenie teploty plynu v mechúre. V podmienkach ustáleného stavu alebo pomaly sa meniacich podmienok okolitej teploty je to rozumný predpoklad. Ak sú medzi dňom a nocou veľké výkyvy okolitej teploty, izolácia akumulátora môže zmierniť efektívne teplotné výkyvy vaku, čo vedie k stabilnejším prevádzkovým teplotám.

Tento prístup môže byť rozšírený na použitie sledovania tepla a izolácie na akumulátore. Pri správnom použití bude akumulátor pracovať pri jednej teplote bez ohľadu na denné alebo sezónne zmeny okolitej teploty. Toto je možno najdôležitejšia jediná konštrukčná možnosť, ktorú treba zvážiť v oblastiach s veľkými teplotnými rozdielmi. Tento prístup má veľkú inštalovanú základňu v teréne a umožnil použitie Plánu 53B na miestach, ktoré by pri sledovaní tepla nebolo možné.

Koncoví užívatelia, ktorí uvažujú o použití potrubného plánu 53B, by si mali byť vedomí, že tento potrubný plán nie je len potrubný plán 53A s akumulátorom. Prakticky každý aspekt návrhu systému, uvedenia do prevádzky, prevádzky a údržby plánu 53B je jedinečný pre tento plán potrubia. Väčšina frustrácií, ktoré koncoví používatelia zažili, pochádza z nepochopenia systému. Výrobcovia Seal OEM môžu pripraviť podrobnejšiu analýzu pre konkrétnu aplikáciu a môžu poskytnúť podklady potrebné na to, aby pomohli koncovému používateľovi správne špecifikovať a prevádzkovať tento systém.