Hensyn ved valg av tetning – Montering av doble mekaniske tetninger med høyt trykk

Arrangement 3 mekaniske tetninger erdoble tetningerder barrierevæskehulrommet mellom tetningene opprettholdes ved et trykk som er større enn trykket i tetningskammeret. Over tid har industrien utviklet flere strategier for å skape det høytrykksmiljøet som er nødvendig for disse tetningene. Disse strategiene er fanget opp i rørplanene for den mekaniske tetningen. Selv om mange av disse planene tjener lignende funksjoner, kan driftsegenskapene til hver være svært forskjellige og vil påvirke alle aspekter av tetningssystemet.

Rørplan 53B, som definert av API 682, er en rørplan som trykksetter barrierevæsken med en nitrogenfylt blæreakkumulator. Trykkblæren virker direkte på barrierevæsken og trykksetter hele tetningssystemet. Blæren forhindrer direkte kontakt mellom trykkgassen og barrierevæsken, noe som eliminerer absorpsjon av gass i væsken. Dette gjør at rørplan 53B kan brukes i applikasjoner med høyere trykk enn rørplan 53A. Akkumulatorens selvstendige natur eliminerer også behovet for konstant nitrogentilførsel, noe som gjør systemet ideelt for eksterne installasjoner.

Fordelene med blæreakkumulatoren oppveies imidlertid av noen av systemets driftsegenskaper. Trykket i en Piping Plan 53B bestemmes direkte av gasstrykket i blæren. Dette trykket kan endre seg dramatisk på grunn av flere variabler.

Blæren i akkumulatoren må forhåndslades før barrierevæske tilsettes systemet. Dette danner grunnlaget for alle fremtidige beregninger og tolkninger av systemets drift. Det faktiske fortrykket avhenger av driftstrykket for systemet og sikkerhetsvolumet av barrierevæske i akkumulatorene. Fortrykket er også avhengig av temperaturen på gassen i blæren. Merk: Fortrykket stilles kun inn ved første gangs igangkjøring av systemet og justeres ikke under faktisk drift.

Gasstrykket i blæren vil variere avhengig av gasstemperaturen. I de fleste tilfeller vil gasstemperaturen følge omgivelsestemperaturen på installasjonsstedet. Bruksområder i områder med store daglige og sesongmessige temperaturendringer vil oppleve store svingninger i systemtrykket.

Forbruk av barrierevæskeUnder drift vil de mekaniske tetningene forbruke barrierevæske gjennom normal tetningslekkasje. Denne barrierevæsken etterfylles av væsken i akkumulatoren, noe som resulterer i en utvidelse av gassen i blæren og en reduksjon i systemtrykket. Disse endringene er en funksjon av akkumulatorstørrelsen, tetningslekkasjeratene og ønsket vedlikeholdsintervall for systemet (f.eks. 28 dager).

Endringen i systemtrykket er den primære måten sluttbrukeren sporer tetningens ytelse på. Trykk brukes også til å opprette vedlikeholdsalarmer og oppdage tetningsfeil. Trykket vil imidlertid endres kontinuerlig mens systemet er i drift. Hvordan bør brukeren stille inn trykket i Plan 53B-systemet? Når er det nødvendig å tilsette barrierevæske? Hvor mye væske bør tilsettes?

Det første bredt publiserte settet med tekniske beregninger for Plan 53B-systemer dukket opp i API 682 fjerde utgave. Vedlegg F gir trinnvise instruksjoner om hvordan man bestemmer trykk og volumer for denne rørplanen. Et av de mest nyttige kravene i API 682 er opprettelsen av en standard navneskilt for blæreakkumulatorer (API 682 fjerde utgave, tabell 10). Denne navneskiltet inneholder en tabell som registrerer forfyllings-, påfyllings- og alarmtrykk for systemet over området med omgivelsestemperaturforhold på bruksstedet. Merk: tabellen i standarden er bare et eksempel, og de faktiske verdiene vil endre seg betydelig når de brukes på en spesifikk feltapplikasjon.

En av de grunnleggende antagelsene i figur 2 er at rørplan 53B forventes å operere kontinuerlig og uten å endre det innledende fortrykket. Det er også en antagelse om at systemet kan bli utsatt for et helt omgivelsestemperaturområde over en kort periode. Disse har betydelige implikasjoner for systemdesignet og krever at systemet drives med et trykk som er høyere enn andre rørplaner med dobbelt tetning.

Med figur 2 som referanse er eksempelapplikasjonen installert på et sted der omgivelsestemperaturen er mellom -17 °C (1 °F) og 70 °C (158 °F). Den øvre enden av dette området virker urealistisk høy, men den inkluderer også effektene av soloppvarming av en akkumulator som er utsatt for direkte sollys. Radene i tabellen representerer temperaturintervaller mellom de høyeste og laveste verdiene.

Når sluttbrukeren bruker systemet, vil de legge til barrierevæsketrykk inntil påfyllingstrykket er nådd ved gjeldende omgivelsestemperatur. Alarmtrykket er trykket som indikerer at sluttbrukeren må etterfylle ytterligere barrierevæske. Ved 25 °C (77 °F) vil operatøren forhåndslade akkumulatoren til 30,3 bar (440 PSIG), alarmen vil bli satt til 30,7 bar (445 PSIG), og operatøren vil etterfylle barrierevæske inntil trykket når 37,9 bar (550 PSIG). Hvis omgivelsestemperaturen synker til 0 °C (32 °F), vil alarmtrykket synke til 28,1 bar (408 PSIG) og påfyllingstrykket til 34,7 bar (504 PSIG).

I dette scenariet endres både alarm- og påfyllingstrykket, eller flyter, som respons på omgivelsestemperaturene. Denne tilnærmingen blir ofte referert til som en flytende-flytende strategi. Både alarm- og påfyllingstrykket «flyter». Dette resulterer i de laveste driftstrykkene for tetningssystemet. Dette stiller imidlertid to spesifikke krav til sluttbrukeren; å bestemme riktig alarmtrykk og påfyllingstrykk. Alarmtrykket for systemet er en funksjon av temperaturen, og dette forholdet må programmeres inn i sluttbrukerens DCS-system. Påfyllingstrykket vil også avhenge av omgivelsestemperaturen, så operatøren må se på merkeplaten for å finne riktig trykk for de gjeldende forholdene.

Noen sluttbrukere krever en enklere tilnærming og ønsker en strategi der både alarmtrykket og påfyllingstrykket er konstante (eller faste) og uavhengige av omgivelsestemperaturer. Fast-fast-strategien gir sluttbrukeren bare ett trykk for påfylling av systemet og eneste verdi for å alarmere systemet. Dessverre må denne tilstanden anta at temperaturen er på maksimumsverdien, siden beregningene kompenserer for at omgivelsestemperaturen faller fra maksimums- til minimumstemperaturen. Dette resulterer i at systemet opererer ved høyere trykk. I noen applikasjoner kan bruk av en fast-fast-strategi føre til endringer i tetningsdesignet eller MAWP-klassifiseringene for andre systemkomponenter for å håndtere det forhøyede trykket.

Andre sluttbrukere vil bruke en hybrid tilnærming med et fast alarmtrykk og flytende påfyllingstrykk. Dette kan redusere driftstrykket samtidig som det forenkler alarminnstillingene. Avgjørelsen om riktig alarmstrategi bør kun tas etter å ha vurdert bruksforholdene, omgivelsestemperaturområdet og sluttbrukerens krav.

Det er noen modifikasjoner i utformingen av rørplan 53B som kan bidra til å redusere noen av disse utfordringene. Oppvarming fra solstråling kan øke akkumulatorens maksimaltemperatur betraktelig for designberegninger. Å plassere akkumulatoren i skyggen eller å bygge et solskjold for akkumulatoren kan eliminere soloppvarming og redusere maksimaltemperaturen i beregningene.

I beskrivelsene ovenfor brukes begrepet omgivelsestemperatur for å representere temperaturen på gassen i blæren. Under stabile eller sakte skiftende omgivelsestemperaturforhold er dette en rimelig antagelse. Hvis det er store svingninger i omgivelsestemperaturforholdene mellom dag og natt, kan isolering av akkumulatoren moderere de effektive temperatursvingningene i blæren, noe som resulterer i mer stabile driftstemperaturer.

Denne tilnærmingen kan utvides til å bruke varmekabel og isolasjon på akkumulatoren. Når dette brukes riktig, vil akkumulatoren operere ved én temperatur uavhengig av daglige eller sesongmessige endringer i omgivelsestemperaturen. Dette er kanskje det viktigste enkeltstående designalternativet å vurdere i områder med store temperaturvariasjoner. Denne tilnærmingen har en stor installert base i felten og har gjort det mulig å bruke Plan 53B på steder som ikke ville vært mulig med varmekabel.

Sluttbrukere som vurderer å bruke en rørplan 53B, bør være klar over at denne rørplanen ikke bare er en rørplan 53A med en akkumulator. Så å si alle aspekter ved systemdesign, igangkjøring, drift og vedlikehold av en Plan 53B er unike for denne rørplanen. De fleste frustrasjonene sluttbrukere har opplevd, kommer fra manglende forståelse av systemet. Tetningsprodusenter kan utarbeide en mer detaljert analyse for en spesifikk applikasjon og kan gi bakgrunnsinformasjonen som kreves for å hjelpe sluttbrukeren med å spesifisere og betjene dette systemet på riktig måte.