Міркування щодо вибору ущільнення – встановлення подвійних механічних ущільнень високого тиску

Механічні ущільнення розташування 3 єподвійні ущільненняде порожнина бар'єрної рідини між ущільненнями підтримується під тиском, що перевищує тиск у камері ущільнення. З часом у галузі було розроблено кілька стратегій створення середовища високого тиску, необхідного для цих ущільнень. Ці стратегії відображені в планах трубопроводів механічного ущільнення. Хоча багато з цих планів виконують подібні функції, робочі характеристики кожного з них можуть бути дуже різними та впливатимуть на всі аспекти системи ущільнення.

Схема трубопроводів 53B, згідно з визначенням API 682, являє собою схему трубопроводів, в якій бар'єрна рідина стискається за допомогою азотного балонного акумулятора. Балон під тиском безпосередньо діє на бар'єрну рідину, стискаючи всю систему ущільнення. Балон запобігає прямому контакту між газом під тиском та бар'єрною рідиною, усуваючи поглинання газу рідиною. Це дозволяє використовувати план трубопроводів 53B у системах з вищим тиском, ніж план трубопроводів 53A. Автономний характер акумулятора також усуває необхідність постійної подачі азоту, що робить систему ідеальною для віддалених установок.

Однак переваги гідроакумулятора в балоні нівелюються деякими експлуатаційними характеристиками системи. Тиск у схемі трубопроводів 53B визначається безпосередньо тиском газу в балоні. Цей тиск може різко змінюватися через кілька змінних.

Балон в гідроакумуляторі необхідно попередньо зарядити перед додаванням бар'єрної рідини в систему. Це створює основу для всіх майбутніх розрахунків та інтерпретацій роботи системи. Фактичний тиск попереднього заряду залежить від робочого тиску системи та безпечного об'єму бар'єрної рідини в гідроакумуляторах. Тиск попереднього заряду також залежить від температури газу в балоні. Примітка: тиск попереднього заряду встановлюється лише під час першого введення системи в експлуатацію та не буде регулюватися під час фактичної роботи.

Тиск газу в камері змінюватиметься залежно від температури газу. У більшості випадків температура газу буде залежати від температури навколишнього середовища в місці встановлення. Застосування в регіонах зі значними добовими та сезонними змінами температури призведе до значних коливань тиску в системі.

Витрата бар'єрної рідиниПід час роботи механічні ущільнення споживають бар'єрну рідину через звичайні витоки ущільнень. Ця бар'єрна рідина поповнюється рідиною в гідроакумуляторі, що призводить до розширення газу в камері та зниження тиску в системі. Ці зміни залежать від розміру гідроакумулятора, швидкості витоків ущільнень та бажаного інтервалу технічного обслуговування системи (наприклад, 28 днів).

Зміна тиску в системі – це основний спосіб, за допомогою якого кінцевий користувач відстежує роботу ущільнення. Тиск також використовується для створення тривог щодо технічного обслуговування та виявлення несправностей ущільнення. Однак тиск постійно змінюватиметься під час роботи системи. Як користувач повинен встановлювати тиск у системі Plan 53B? Коли необхідно додавати бар'єрну рідину? Скільки рідини слід додавати?

Перший широко опублікований набір інженерних розрахунків для систем Плану 53B з'явився у четвертому виданні API 682. Додаток F містить покрокові інструкції щодо визначення тиску та об'ємів для цього плану трубопроводів. Однією з найкорисніших вимог API 682 є створення стандартної таблички для гідроакумуляторів (четверте видання API 682, таблиця 10). Ця табличка містить таблицю, яка відображає тиск попереднього заряджання, повторного наповнення та тиск сигналізації для системи в діапазоні температур навколишнього середовища на місці застосування. Примітка: таблиця в стандарті є лише прикладом, і фактичні значення суттєво змінюватимуться при застосуванні до конкретного польового застосування.

Одним з основних припущень, наведених на рисунку 2, є те, що схема трубопроводів 53B повинна працювати безперервно та без зміни початкового тиску попереднього заряджання. Також передбачається, що система може піддаватися впливу всього діапазону температур навколишнього середовища протягом короткого періоду часу. Це має суттєвий вплив на конструкцію системи та вимагає, щоб система працювала під тиском, вищим, ніж в інших схемах трубопроводів з подвійним ущільненням.

Використовуючи Рисунок 2 як орієнтир, приклад застосування 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 експлуатує систему, він додаватиме тиск бар'єрної рідини, доки не буде досягнуто тиску заповнення за поточної температури навколишнього середовища. Тиск тривоги – це тиск, який вказує на те, що кінцевому користувачеві потрібно додати додаткову бар'єрну рідину. При температурі 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, доки тиск не досягне 37,9 бар (550 PSIG). Якщо температура навколишнього середовища знизиться до 0°C (32°F), тоді тиск тривоги знизиться до 28,1 бар (408 PSIG), а тиск заповнення – до 34,7 бар (504 PSIG).

У цьому сценарії тиск сигналізації та тиск повторного наповнення змінюється або плаває залежно від температури навколишнього середовища. Такий підхід часто називають стратегією «плаваюче-плаваюче». Як сигналізація, так і тиск повторного наповнення «плавають». Це призводить до найнижчого робочого тиску для системи герметизації. Однак це ставить дві конкретні вимоги перед кінцевим користувачем: визначення правильного тиску сигналізації та тиску повторного наповнення. Тиск сигналізації для системи є функцією температури, і цей зв'язок має бути запрограмований у системі керування системою контролю якості кінцевого користувача. Тиск повторного наповнення також залежатиме від температури навколишнього середовища, тому оператору потрібно буде звернутися до заводської таблички, щоб знайти правильний тиск для поточних умов.

Деякі кінцеві користувачі вимагають простішого підходу та бажають стратегії, за якої як тиск сигналізації, так і тиск поповнення є постійними (або фіксованими) та не залежать від температури навколишнього середовища. Стратегія «фіксовано-фіксовано» надає кінцевому користувачеві лише один тиск для поповнення системи та єдине значення для спрацьовування тривоги в системі. На жаль, ця умова повинна припускати, що температура має максимальне значення, оскільки розрахунки компенсують падіння температури навколишнього середовища від максимальної до мінімальної. Це призводить до роботи системи за вищого тиску. У деяких випадках використання стратегії «фіксовано-фіксовано» може призвести до змін у конструкції ущільнення або номіналах максимального робочого тиску (MAWP) для інших компонентів системи для обробки підвищеного тиску.

Інші кінцеві користувачі застосовуватимуть гібридний підхід із фіксованим тиском сигналізації та плаваючим тиском поповнення. Це може зменшити робочий тиск, одночасно спрощуючи налаштування сигналізації. Рішення щодо правильної стратегії сигналізації слід приймати лише після врахування умов застосування, діапазону температур навколишнього середовища та вимог кінцевого користувача.

У конструкції Плану трубопроводів 53B є деякі зміни, які можуть допомогти зменшити деякі з цих проблем. Нагрівання від сонячної радіації може значно підвищити максимальну температуру акумулятора для проектних розрахунків. Розміщення акумулятора в тіні або будівництво сонцезахисного екрану для акумулятора може усунути сонячне нагрівання та зменшити максимальну температуру в розрахунках.

У наведених вище описах термін "температура навколишнього середовища" використовується для позначення температури газу в камері. За стаціонарних або повільно змінних умов температури навколишнього середовища це є розумним припущенням. Якщо спостерігаються значні коливання температури навколишнього середовища між днем ​​і ніччю, ізоляція гідроакумулятора може пом'якшити ефективні коливання температури камери, що призведе до стабільніших робочих температур.

Цей підхід можна розширити на використання теплообмінника та ізоляції на акумуляторі. За умови правильного застосування, акумулятор працюватиме за однієї температури незалежно від щоденних або сезонних змін температури навколишнього середовища. Це, мабуть, найважливіший варіант єдиного проектування, який слід розглядати в районах зі значними коливаннями температури. Такий підхід має велику встановлену базу в польових умовах і дозволив використовувати Plan 53B у місцях, де використання теплообмінника було б неможливим.

Кінцеві користувачі, які розглядають можливість використання Плану трубопроводів 53B, повинні знати, що цей план трубопроводів – це не просто План трубопроводів 53A з гідроакумулятором. Практично кожен аспект проектування, введення в експлуатацію, експлуатації та обслуговування системи за Планом 53B є унікальним для цього плану трубопроводів. Більшість розчарувань, з якими стикалися кінцеві користувачі, пов'язані з недостатнім розумінням системи. Виробники ущільнень можуть підготувати більш детальний аналіз для конкретного застосування та надати необхідну інформацію, щоб допомогти кінцевому користувачеві правильно визначити та експлуатувати цю систему.