Зауваження щодо вибору ущільнення – встановлення подвійних механічних ущільнень високого тиску

Розташування 3 механічних ущільненьподвійні ущільненняде в порожнині бар’єрної рідини між ущільненнями підтримується тиск, вищий за тиск у камері ущільнення. З часом промисловість розробила кілька стратегій для створення середовища високого тиску, необхідного для цих ущільнень. Ці стратегії зафіксовані в планах трубопроводів механічного ущільнення. Хоча багато з цих планів виконують подібні функції, робочі характеристики кожного можуть сильно відрізнятися та впливатимуть на всі аспекти системи ущільнення.

План трубопроводів 53B, як визначено в API 682, є планом трубопроводів, який створює тиск у бар’єрній рідині за допомогою балонного акумулятора, зарядженого азотом. Сечовий міхур під тиском діє безпосередньо на бар’єрну рідину, створюючи тиск на всю систему ущільнення. Сечовий міхур запобігає прямому контакту між газом під тиском і бар’єрною рідиною, усуваючи поглинання газу рідиною. Це дозволяє використовувати план трубопроводів 53B у системах з більш високим тиском, ніж план трубопроводів 53A. Автономна природа акумулятора також усуває потребу в постійній подачі азоту, що робить систему ідеальною для дистанційного встановлення.

Переваги міхурового акумулятора, однак, компенсуються деякими робочими характеристиками системи. Тиск трубопроводу Plan 53B визначається безпосередньо тиском газу в сечовому міхурі. Цей тиск може різко змінюватися через кілька змінних.

Перед додаванням бар'єрної рідини в систему необхідно попередньо зарядити камеру в акумуляторі. Це створює основу для всіх майбутніх розрахунків і інтерпретацій роботи систем. Фактичний тиск попереднього заряджання залежить від робочого тиску в системі та безпечного об’єму бар’єрної рідини в акумуляторах. Тиск попереднього заряду також залежить від температури газу в міхурі. Примітка: тиск попередньої зарядки встановлюється лише під час початкового введення системи в експлуатацію та не буде коригуватися під час фактичної роботи.

Тиск газу в сечовому міхурі змінюватиметься залежно від температури газу. У більшості випадків температура газу відповідає температурі навколишнього середовища в місці встановлення. Застосування в регіонах, де спостерігаються значні добові та сезонні зміни температур, відчуватимуть значні коливання тиску в системі.

Споживання бар'єрної рідиниПід час роботи механічні ущільнення споживатимуть бар’єрну рідину через нормальний витік ущільнення. Ця бар’єрна рідина поповнюється рідиною в акумуляторі, що призводить до розширення газу в сечовому міхурі та зниження тиску в системі. Ці зміни залежать від розміру акумулятора, інтенсивності витоку ущільнення та бажаного інтервалу технічного обслуговування системи (наприклад, 28 днів).

Зміна тиску в системі є основним способом, за допомогою якого кінцевий користувач відстежує продуктивність ущільнення. Тиск також використовується для створення сигналів тривоги технічного обслуговування та виявлення пошкоджень ущільнення. Однак тиск буде постійно змінюватися, поки система працює. Як користувач повинен встановити тиск у системі Plan 53B? Коли необхідно додавати бар'єрну рідину? Скільки рідини потрібно додати?

Перший широко опублікований набір інженерних розрахунків для систем Plan 53B з’явився в четвертому виданні API 682. Додаток F містить покрокові інструкції щодо визначення тиску та об’єму для цього плану трубопроводу. Однією з найбільш корисних вимог API 682 є створення стандартної таблички для баллонних акумуляторів (API 682, четверте видання, таблиця 10). Ця паспортна табличка містить таблицю, яка фіксує тиск попереднього заряджання, повторного заповнення та тиск сигналізації для системи в діапазоні температур навколишнього середовища на місці застосування. Примітка: таблиця в стандарті є лише прикладом, і що фактичні значення суттєво зміняться при застосуванні до конкретного польового застосування.

Одним із основних припущень на рисунку 2 є те, що план трубопроводу 53B, як очікується, працюватиме безперервно та без зміни початкового тиску перед заправкою. Також існує припущення, що протягом короткого періоду часу система може піддаватися впливу всього діапазону температур навколишнього середовища. Це має значні наслідки для проектування системи та вимагає, щоб система працювала під тиском, вищим, ніж інші схеми трубопроводів із подвійним ущільненням.

Використовуючи малюнок 2 як еталон, приклад програми встановлено в місці, де температура навколишнього середовища становить від -17°C (1°F) до 70°C (158°F). Верхня межа цього діапазону здається нереально високою, але вона також включає вплив сонячного нагрівання акумулятора, який піддається впливу прямих сонячних променів. Рядки в таблиці представляють температурні інтервали між найвищим і найнижчим значеннями.

Коли кінцевий користувач працює з системою, він буде додавати тиск бар’єрної рідини, доки не буде досягнуто тиску заповнення при поточній температурі навколишнього середовища. Сигнальний тиск — це тиск, який вказує на те, що кінцевому користувачеві потрібно додати додаткову бар’єрну рідину. При 25°C (77°F) оператор попередньо заряджає акумулятор до 30,3 бар (440 PSIG), сигналізація встановлюється на 30,7 бар (445 PSIG), і оператор додає бар’єрну рідину до досягнення тиску. 37,9 бар (550 PSIG). Якщо температура навколишнього середовища знизиться до 0°C (32°F), тоді сигнальний тиск знизиться до 28,1 бар (408 PSIG), а тиск заповнення до 34,7 бар (504 PSIG).

У цьому сценарії тиск тривоги та тиск заповнення змінюються або плавають у відповідь на температуру навколишнього середовища. Цей підхід часто називають плаваючою стратегією. І сигналізація, і дозаправка «плавають». Це призводить до найнижчого робочого тиску для системи ущільнення. Однак це висуває дві особливі вимоги до кінцевого користувача; визначення правильного тиску сигналізації та тиску наповнення. Сигналізація тиску для системи є функцією температури, і це співвідношення має бути запрограмовано в системі DCS кінцевого користувача. Тиск наповнення також залежатиме від температури навколишнього середовища, тому оператору потрібно буде звернутися до паспортної таблички, щоб знайти правильний тиск для поточних умов.

Деяким кінцевим користувачам потрібен більш простий підхід і потрібна стратегія, за якої як сигналізація, так і тиск наповнення є постійними (або фіксованими) і не залежать від температури навколишнього середовища. Стратегія фіксовано-фіксовано надає кінцевому користувачеві лише один тиск для заповнення системи та лише значення для сигналізації системи. На жаль, ця умова передбачає, що температура має максимальне значення, оскільки розрахунки компенсують падіння температури навколишнього середовища від максимальної до мінімальної. Це призводить до того, що система працює при більш високому тиску. У деяких застосуваннях використання стратегії фіксовано-фіксовано може призвести до змін у конструкції ущільнення або рейтингу MAWP для інших компонентів системи для роботи з підвищеним тиском.

Інші кінцеві користувачі застосовуватимуть гібридний підхід із фіксованим сигнальним тиском і плаваючим тиском наповнення. Це може знизити робочий тиск, одночасно спрощуючи налаштування сигналізації. Рішення про правильну стратегію тривоги слід приймати лише після розгляду умов застосування, діапазону температур навколишнього середовища та вимог кінцевого користувача.

Існують деякі зміни в конструкції трубопроводу 53B, які можуть допомогти пом’якшити деякі з цих проблем. Нагрівання від сонячного випромінювання може значно збільшити максимальну температуру гідроакумулятора для проектних розрахунків. Розміщення гідроакумулятора в тіні або спорудження сонцезахисного кожуха для акумулятора може виключити сонячне нагрівання та зменшити максимальну температуру в розрахунках.

У наведених вище описах термін температура навколишнього середовища використовується для позначення температури газу в міхурі. Це обґрунтоване припущення в умовах стабільного або повільно змінюваного температури навколишнього середовища. Якщо між денною та нічною температурою навколишнього середовища спостерігаються великі коливання, ізоляція акумулятора може пом’якшити ефективні коливання температури сечового міхура, що призведе до більш стабільних робочих температур.

Цей підхід можна поширити на використання системи обігріву та ізоляції на акумуляторі. При правильному застосуванні гідроакумулятор буде працювати при одній температурі незалежно від добових або сезонних змін температури навколишнього середовища. Це, мабуть, найважливіший одиничний варіант конструкції, який слід розглядати в областях із великими коливаннями температури. Цей підхід має велику встановлену базу в польових умовах і дозволив використовувати Plan 53B у місцях, які були б неможливі за наявності систем обігріву.

Кінцеві користувачі, які розглядають використання плану трубопроводу 53B, повинні знати, що цей план трубопроводу – це не просто план трубопроводу 53A з акумулятором. Практично кожен аспект проектування системи, введення в експлуатацію, експлуатації та обслуговування плану 53B є унікальним для цього плану трубопроводів. Більшість розчарувань, які зазнали кінцеві користувачі, походять від нерозуміння системи. Виробники комплектного обладнання Seal можуть підготувати більш детальний аналіз для конкретного застосування та можуть надати базову інформацію, необхідну для того, щоб допомогти кінцевому користувачеві правильно визначити та керувати цією системою.