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

Aranjamentul 3 garnituri mecanice suntsigilii dubleunde cavitatea fluidului de barieră dintre garnituri 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 acestor etanșări. Aceste strategii sunt cuprinse în planurile de conducte ale etanșării mecanice. În timp ce multe dintre aceste planuri îndeplinesc funcții similare, caracteristicile de funcționare ale fiecăruia pot fi foarte diferite și vor afecta toate aspectele sistemului de etanșare.

Planul de conducte 53B, așa cum este definit de API 682, este un plan de conducte care presurizează fluidul de barieră cu un acumulator de vezică încărcat cu azot. Vezica presurizată acționează direct asupra lichidului de barieră, presurizând întregul sistem de etanșare. Vezica previne contactul direct între gazul de presurizare și fluidul de barieră, eliminând absorbția gazului în fluid. Acest lucru permite ca Piping Plan 53B să fie utilizat în aplicații cu presiune mai mare decât Piping Plan 53A. Caracterul autonom al acumulatorului elimină, de asemenea, necesitatea unei aprovizionări constante cu azot, ceea ce face ca sistemul să fie ideal pentru instalațiile de la distanță.

Beneficiile acumulatorului de vezică urinară sunt totuși compensate de unele dintre caracteristicile de funcționare ale sistemului. Presiunea unui plan de conducte 53B este determinată direct de presiunea gazului din vezică. Această presiune se poate schimba dramatic din cauza mai multor variabile.

Vezica din acumulator trebuie să fie preîncărcată înainte ca lichidul de barieră să fie adăugat 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 lichidului de barieră din acumulatori. Presiunea de preîncărcare depinde, de asemenea, de temperatura gazului din vezică. 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 în vezică va varia în funcție de temperatura gazului. În cele mai multe cazuri, temperatura gazului va urmări temperatura ambientală la locul de instalare. Aplicațiile din regiunile în care există schimbări mari de temperatură zilnice și sezoniere vor experimenta variații mari ale presiunii sistemului.

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

Modificarea presiunii sistemului este modalitatea principală prin care utilizatorul final urmărește performanța etanșării. Presiunea este, de asemenea, utilizată pentru a crea alarme de întreținere și pentru a detecta defecțiunile etanșării. 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 adăugați lichid de barieră? Cât lichid trebuie adăugat?

Primul set publicat pe scară largă de calcule de inginerie pentru sistemele Plan 53B a apărut în API 682 a patra ediție. Anexa F oferă instrucțiuni pas cu pas cu privire la modul de determinare a presiunilor și volumelor pentru acest plan de conducte. Una dintre cele mai utile cerințe ale API 682 este crearea unei plăcuțe standard pentru acumulatorii de vezică urinară (API 682 Ediția a patra, Tabelul 10). Această plăcuță de identificare conține un tabel care surprinde presiunile de preîncărcare, reumplere și alarmă pentru sistem în intervalul de condiții de temperatură ambientală la locul de aplicare. Notă: tabelul din standard este doar un exemplu și că valorile reale se vor schimba semnificativ atunci când sunt aplicate unei anumite aplicații de teren.

Una dintre ipotezele de bază din Figura 2 este că planul de conducte 53B este de așteptat să funcționeze continuu și fără a modifica presiunea inițială de preîncărcare. Există, de asemenea, presupunerea că sistemul poate fi expus la un întreg interval de temperatură ambientală într-o perioadă scurtă de timp. Acestea au implicații semnificative în proiectarea sistemului și necesită ca sistemul să fie operat la o presiune mai mare decât alte planuri de conducte de etanșare dublă.

Folosind Figura 2 ca referință, exemplul de aplicație este instalat într-o locație în care temperatura ambiantă este 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 ale unui acumulator care este expus la lumina directă a soarelui. Rândurile de pe tabel reprezintă intervale de temperatură între valoarea cea mai mare și cea mai scăzută.

Când utilizatorul final operează sistemul, acesta va adăuga presiunea lichidului de barieră până când presiunea de umplere este atinsă la temperatura ambientală actuală. Presiunea de alarmă este presiunea care indică faptul că utilizatorul final trebuie să adauge lichid de barieră suplimentar. La 25°C (77°F), operatorul ar preîncărca acumulatorul la 30,3 bar (440 PSIG), alarma va fi setată la 30,7 bar (445 PSIG), iar operatorul ar adăuga lichid de barieră până la atingerea presiunii. 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) și presiunea de reumplere la 34,7 bar (504 PSIG).

În acest scenariu, presiunile de alarmă și de reumplere se modifică sau plutesc, ca răspuns la temperaturile ambiante. Această abordare este adesea denumită o strategie flotant-floating. Atât alarma, cât și umplerea „plutesc”. Acest lucru are ca rezultat cele mai scăzute presiuni de funcționare pentru sistemul de etanșare. Acest lucru, totuși, impune două cerințe specifice asupra utilizatorului final; determinarea corectă a presiunii de alarmă și a presiunii de umplere. Presiunea de alarmă pentru sistem este o funcție a temperaturii și această relație trebuie programată în sistemul DCS al utilizatorului final. Presiunea de umplere va depinde și de temperatura ambiantă, astfel încât operatorul va trebui să se refere la plăcuța de identificare pentru a găsi presiunea corectă pentru condițiile actuale.

Unii utilizatori finali cer o abordare mai simplă și doresc o strategie în care atât presiunea de alarmă, cât și presiunea de umplere sunt constante (sau fixe) și independente de temperatura ambiantă. Strategia fix-fix oferă utilizatorului final o singură presiune pentru reumplerea sistemului și o singură valoare pentru alarmarea 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 face față presiunilor ridicate.

Alți utilizatori finali vor aplica o abordare hibridă cu o presiune de alarmă fixă ​​și presiune de umplere plutitoare. Acest lucru poate reduce presiunea de funcționare, simplificând în același timp setările de alarmă. Decizia privind strategia corectă de alarmă ar trebui luată numai după luarea în considerare a condițiilor de aplicare, a intervalului de temperatură ambientală și a cerințelor utilizatorului final.

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

În descrierile de mai sus, termenul de temperatură ambiantă este folosit pentru a reprezenta temperatura gazului din vezică. În condiții de temperatură constantă sau care se schimbă lent, aceasta este o presupunere rezonabilă. Dacă există variații mari ale condițiilor de temperatură ambientală între zi și noapte, izolarea acumulatorului poate modera variațiile efective de temperatură ale vezicii urinare, rezultând temperaturi de funcționare mai stabile.

Această abordare poate fi extinsă la utilizarea trasării termice și a izolației pe acumulator. Când aceasta este aplicată corect, acumulatorul va funcționa la o singură temperatură, indiferent de schimbările zilnice sau sezoniere ale temperaturii ambientale. Aceasta este poate cea mai importantă opțiune de design unică de luat în considerare în zonele cu variații mari de temperatură. Această abordare are o bază mare instalată pe teren și a permis ca Planul 53B să fie utilizat în locații care nu ar fi fost posibile cu trasarea termică.

Utilizatorii finali care au în vedere utilizarea unui Plan de conducte 53B ar trebui să fie conștienți de faptul că acest plan de conducte nu este doar un Plan de conducte 53A cu un acumulator. Practic, fiecare aspect al proiectării sistemului, punerii în funcțiune, exploatării și întreținerii unui Plan 53B este unic pentru acest plan de conducte. Cele mai multe dintre frustrările pe care le-au experimentat utilizatorii finali provin din lipsa de înțelegere a sistemului. Seal OEMs pot pregăti o analiză mai detaliată pentru o anumită aplicație și pot oferi fundalul necesar pentru a ajuta utilizatorul final să specifice și să opereze corect acest sistem.