Considerații privind selecția etanșărilor – Instalarea etanșărilor mecanice duble de înaltă presiune

Garniturile mecanice de aranjament 3 suntetanșări dubleunde cavitatea fluidului de barieră dintre etanșări este menținută la o presiune mai mare decât presiunea din camera de etanșare. De-a lungul timpului, industria a dezvoltat mai multe strategii pentru crearea mediului de înaltă presiune necesar pentru aceste etanșări. Aceste strategii sunt incluse în planurile de conducte ale etanșărilor mecanice. Deși multe dintre aceste planuri îndeplinesc funcții similare, caracteristicile de funcționare ale fiecăruia pot fi foarte diferite și vor avea impact asupra tuturor aspectelor sistemului de etanșare.

Planul de conducte 53B, așa cum este definit de API 682, este un plan de conducte care presurizează fluidul barieră cu un acumulator cu balon încărcat cu azot. Balonul presurizat acționează direct asupra fluidului barieră, presurizând întregul sistem de etanșare. Balonul previne contactul direct dintre gazul de presurizare și fluidul barieră, eliminând absorbția gazului în fluid. Acest lucru permite utilizarea Planului de conducte 53B în aplicații cu presiune mai mare decât Planul de conducte 53A. Natura autonomă a acumulatorului elimină, de asemenea, necesitatea unei alimentări constante cu azot, ceea ce face ca sistemul să fie ideal pentru instalații la distanță.

Beneficiile acumulatorului cu balon sunt însă contrabalansate de unele dintre caracteristicile de funcționare ale sistemului. Presiunea unui sistem de conducte 53B este determinată direct de presiunea gazului din balon. Această presiune se poate schimba dramatic din cauza mai multor variabile.

Balonul din acumulator trebuie preîncărcat înainte de adăugarea fluidului de barieră în sistem. Aceasta creează baza pentru toate calculele și interpretările viitoare ale funcționării sistemelor. Presiunea reală de preîncărcare depinde de presiunea de funcționare a sistemului și de volumul de siguranță al fluidului de barieră din acumulatoare. Presiunea de preîncărcare depinde, de asemenea, de temperatura gazului din balon. Notă: presiunea de preîncărcare este setată doar la punerea în funcțiune inițială a sistemului și nu va fi ajustată în timpul funcționării efective.

Presiunea gazului din vezică va varia în funcție de temperatura gazului. În majoritatea cazurilor, temperatura gazului va urmări temperatura ambiantă la locul de instalare. Aplicațiile în regiuni în care există schimbări mari de temperatură zilnice și sezoniere vor experimenta fluctuații mari ale presiunii sistemului.

Consumul de fluide de barierăÎn timpul funcționării, etanșările mecanice vor consuma fluid de barieră prin scurgeri normale ale etanșării. Acest fluid de barieră este alimentat de fluidul din acumulator, rezultând o expansiune a gazului în vezică și o scădere a presiunii sistemului. Aceste modificări sunt în funcție de dimensiunea acumulatorului, de ratele de scurgere ale etanșării și de intervalul de întreținere dorit pentru sistem (de exemplu, 28 de zile).

Modificarea presiunii sistemului este principala modalitate prin care utilizatorul final urmărește performanța etanșărilor. Presiunea este utilizată și pentru a crea alarme de întreținere și pentru a detecta defecțiunile etanșărilor. Cu toate acestea, presiunile se vor schimba continuu în timp ce sistemul este în funcțiune. Cum ar trebui utilizatorul să seteze presiunile în sistemul Plan 53B? Când este necesar să se adauge fluid de barieră? Cât fluid ar trebui adăugat?

Primul set publicat pe scară largă de calcule inginerești pentru sistemele Plan 53B a apărut în API 682, ediția a patra. Anexa F oferă instrucțiuni pas cu pas despre cum se determină presiunile și volumele pentru acest plan de conducte. Una dintre cele mai utile cerințe ale API 682 este crearea unei plăcuțe de identificare standard pentru acumulatoarele cu balon (API 682, ediția a patra, tabelul 10). Această plăcuță de identificare conține un tabel care surprinde presiunile de preîncărcare, reumplere și alarmă pentru sistem pe intervalul de condiții de temperatură ambiantă la locul de aplicare. Notă: tabelul din standard este doar un exemplu și valorile reale se vor schimba semnificativ atunci când sunt aplicate unei aplicații specifice pe teren.

Una dintre ipotezele de bază din Figura 2 este că se așteaptă ca Planul de conducte 53B să funcționeze continuu și fără a modifica presiunea inițială de preîncărcare. Există, de asemenea, ipoteza că sistemul poate fi expus la un întreg interval de temperatură ambiantă pe o perioadă scurtă de timp. Acestea au implicații semnificative în proiectarea sistemului și necesită ca sistemul să funcționeze la o presiune mai mare decât alte planuri de conducte cu etanșare dublă.

Folosind Figura 2 ca referință, aplicația exemplu este instalată într-o locație în care temperatura ambiantă este cuprinsă între -17°C (1°F) și 70°C (158°F). Limita superioară a acestui interval pare a fi nerealist de mare, dar include și efectele încălzirii solare a unui acumulator expus la lumina directă a soarelui. Rândurile din tabel reprezintă intervale de temperatură între valorile cele mai ridicate și cele mai scăzute.

Când utilizatorul final operează sistemul, acesta va adăuga presiune de fluid de barieră până când presiunea de reumplere este atinsă la temperatura ambiantă curentă. Presiunea de alarmă este presiunea care indică faptul că utilizatorul final trebuie să adauge fluid de barieră suplimentar. La 25°C (77°F), operatorul va preîncărca acumulatorul la 30,3 bar (440 PSIG), alarma va fi setată la 30,7 bar (445 PSIG), iar operatorul va adăuga fluid de barieră până când presiunea va ajunge la 37,9 bar (550 PSIG). Dacă temperatura ambiantă scade la 0°C (32°F), atunci presiunea de alarmă va scădea la 28,1 bar (408 PSIG), iar presiunea de reumplere la 34,7 bar (504 PSIG).

În acest scenariu, presiunile de alarmă și de reumplere se modifică sau fluctuează în funcție de temperatura ambiantă. Această abordare este adesea denumită strategie plutitoare-plutitoare. Atât alarma, cât și reumplerea „plutesc”. Acest lucru are ca rezultat cele mai scăzute presiuni de funcționare pentru sistemul de etanșare. Totuși, acest lucru impune două cerințe specifice utilizatorului final; determinarea presiunii de alarmă corecte și a presiunii de reumplere. Presiunea de alarmă pentru sistem este o funcție de temperatură, iar această relație trebuie programată în sistemul DCS al utilizatorului final. Presiunea de reumplere va depinde, de asemenea, de temperatura ambiantă, așa că operatorul va trebui să consulte plăcuța de identificare pentru a găsi presiunea corectă pentru condițiile actuale.

Unii utilizatori finali solicită o abordare mai simplă și își doresc o strategie în care atât presiunea de alarmă, cât și presiunile de reumplere să fie constante (sau fixe) și independente de temperaturile ambientale. Strategia fix-fix oferă utilizatorului final o singură presiune pentru reumplerea sistemului și o singură valoare pentru declanșarea alarmei sistemului. Din păcate, această condiție trebuie să presupună că temperatura este la valoarea maximă, deoarece calculele compensează scăderea temperaturii ambientale de la temperatura maximă la cea minimă. Acest lucru duce la funcționarea sistemului la presiuni mai mari. În unele aplicații, utilizarea unei strategii fix-fix poate duce la modificări ale designului etanșării sau ale valorilor MAWP pentru alte componente ale sistemului pentru a gestiona presiunile ridicate.

Alți utilizatori finali vor aplica o abordare hibridă cu o presiune de alarmă fixă ​​și o presiune de reumplere variabilă. Aceasta poate reduce presiunea de funcționare, simplificând în același timp setările alarmei. Decizia privind strategia corectă de alarmă trebuie luată numai după luarea în considerare a condițiilor de aplicație, a intervalului de temperatură ambientală și a cerințelor utilizatorului final.

Există unele modificări în proiectarea Planului de conducte 53B care pot ajuta la atenuarea unora dintre aceste provocări. Încălzirea de la radiația solară poate crește considerabil temperatura maximă a acumulatorului pentru calculele de proiectare. Plasarea acumulatorului la umbră sau construirea unui parasolar pentru acumulator poate elimina încălzirea solară și poate reduce temperatura maximă din calcule.

În descrierile de mai sus, termenul „temperatura ambiantă” este utilizat pentru a reprezenta temperatura gazului din balon. În condiții de temperatură ambiantă în stare staționară sau în schimbare lentă, aceasta este o presupunere rezonabilă. Dacă există fluctuații mari ale temperaturii ambiante între zi și noapte, izolarea acumulatorului poate modera fluctuațiile efective de temperatură ale balonului, rezultând temperaturi de funcționare mai stabile.

Această abordare poate fi extinsă la utilizarea înscrierii termice și a izolației pe acumulator. Atunci când aceasta este aplicată corect, acumulatorul va funcționa la o singură temperatură, indiferent de schimbările zilnice sau sezoniere ale temperaturii ambientale. Aceasta este probabil cea mai importantă opțiune de proiectare individuală de luat în considerare în zonele cu variații mari de temperatură. Această abordare are o bază instalată extinsă pe teren și a permis utilizarea Planului 53B în locații care nu ar fi fost posibile cu înscrierea termică.

Utilizatorii finali care iau în considerare utilizarea unui Plan de conducte 53B ar trebui să fie conștienți de faptul că acest plan de conducte nu este pur și simplu un Plan de conducte 53A cu un acumulator. Practic, fiecare aspect al proiectării, punerii în funcțiune, funcționării și întreținerii sistemului unui Plan 53B este unic pentru acest plan de conducte. Majoritatea frustrărilor pe care le-au experimentat utilizatorii finali provin din lipsa de înțelegere a sistemului. Producătorii de echipamente originale de etanșări pot pregăti o analiză mai detaliată pentru o aplicație specifică și pot oferi informațiile necesare pentru a ajuta utilizatorul final să specifice și să opereze corect acest sistem.