Hensyn til valg av tetninger – Installering av doble mekaniske høytrykkstetninger

Arrangement 3 mekaniske tetninger erdoble tetningerhvor barrierevæskehulrommet mellom tetningene holdes ved et trykk som er større enn tetningskammertrykket. Over tid har industrien utviklet flere strategier for å skape det høytrykksmiljøet som er nødvendig for disse tetningene. Disse strategiene er fanget opp i den mekaniske tetningens rørplaner. Mens mange av disse planene har lignende funksjoner, kan driftskarakteristikkene til hver enkelt være svært forskjellige og vil påvirke alle aspekter av tetningssystemet.

Rørplan 53B, som definert av API 682, er en rørplan som setter barrierevæsken under trykk med en nitrogenladet blæreakkumulator. Den trykksatte blæren virker direkte på barrierevæsken, og setter hele tetningssystemet under trykk. Blæren forhindrer direkte kontakt mellom trykkgassen og barrierevæsken og eliminerer absorpsjon av gass inn i væsken. Dette gjør at Piping Plan 53B kan brukes i applikasjoner med høyere trykk enn Piping Plan 53A. Akkumulatorens selvstendige natur eliminerer også behovet for konstant nitrogentilførsel, noe som gjør systemet ideelt for fjerninstallasjoner.

Fordelene med blæreakkumulatoren blir imidlertid oppveid av noen av driftskarakteristikkene til systemet. En Piping Plan 53Bs trykk bestemmes direkte av trykket til gassen i blæren. Dette trykket kan endre seg dramatisk på grunn av flere variabler.

Blæren i akkumulatoren må forhåndslades før barrierevæske tilføres systemet. Dette skaper grunnlaget for alle fremtidige beregninger og tolkninger av systemdriften. Det faktiske forfyllingstrykket avhenger av driftstrykket for systemet og sikkerhetsvolumet av barrierevæske i akkumulatorene. Forladetrykket er også avhengig av temperaturen på gassen i blæren. Merk: forladetrykket stilles kun inn ved første igangsetting av systemet og vil ikke bli justert under faktisk drift.

Trykket på gassen i blæren vil variere avhengig av temperaturen på gassen. I de fleste tilfeller vil temperaturen på gassen spore omgivelsestemperaturen på installasjonsstedet. Anvendelser i regioner hvor det er store daglige og sesongmessige endringer i temperaturer vil oppleve store svingninger i systemtrykket.

BarrierevæskeforbrukUnder drift vil de mekaniske tetningene forbruke barrierevæske gjennom normal tetningslekkasje. Denne barrierevæsken fylles på 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 tetningsytelsen på. Trykk brukes også til å lage vedlikeholdsalarmer og for å oppdage tetningsfeil. Trykket vil imidlertid endres kontinuerlig mens systemet er i drift. Hvordan skal brukeren stille inn trykkene i Plan 53B-systemet? Når er det nødvendig å tilsette barrierevæske? Hvor mye væske skal 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 du bestemmer trykk og volum for denne rørplanen. Et av de mest nyttige kravene til API 682 er opprettelsen av et standard navneskilt for blæreakkumulatorer (API 682 fjerde utgave, tabell 10). Dette navneskiltet inneholder en tabell som registrerer forhåndslading, etterfylling og alarmtrykk for systemet over området av omgivelsestemperaturforhold på applikasjonsstedet. Merk: tabellen i standarden er bare et eksempel og at de faktiske verdiene vil endre seg betydelig når de brukes på en spesifikk feltapplikasjon.

En av de grunnleggende forutsetningene i figur 2 er at rørplanen 53B forventes å fungere kontinuerlig og uten å endre det innledende forfyllingstrykket. Det er også en antagelse om at systemet kan bli utsatt for et helt omgivelsestemperaturområde over en kort periode. Disse har betydelige implikasjoner i systemdesignet og krever at systemet drives ved et trykk som er høyere enn andre rørplaner med doble tetninger.

Ved å bruke figur 2 som referanse, installeres eksempelapplikasjonen på et sted der omgivelsestemperaturen er mellom -17 °C (1 °F) og 70 °C (158 °F). Den øvre delen av dette området ser ut til å være urealistisk høyt, men det inkluderer også effekten av solvarme fra en akkumulator som er utsatt for direkte sollys. Radene i tabellen representerer temperaturintervaller mellom høyeste og laveste verdi.

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

I dette scenariet endres eller flyter både alarm- og etterfyllingstrykket som svar på omgivelsestemperaturene. Denne tilnærmingen blir ofte referert til som en flytende-flytende strategi. Både alarmen og påfyllingen "flyter". Dette resulterer i de laveste driftstrykkene for tetningssystemet. Dette stiller imidlertid to spesifikke krav til sluttbrukeren; bestemme riktig alarmtrykk og etterfyllingstrykk. 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 navneskiltet for å finne riktig trykk for gjeldende forhold.

Noen sluttbrukere krever en enklere tilnærming og ønsker en strategi der både alarmtrykket og påfyllingstrykket er konstant (eller fast) og uavhengig av omgivelsestemperaturer. Den faste faste strategien gir sluttbrukeren kun ett trykk for etterfylling av systemet og kun verdi for alarmering av systemet. Dessverre må denne betingelsen anta at temperaturen er på maksimumsverdien, siden beregningene kompenserer for at omgivelsestemperaturen faller fra maksimum til minimumstemperatur. Dette resulterer i at systemet opererer ved høyere trykk. I noen applikasjoner kan bruk av en fast-fast strategi resultere i 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 alarminnstillingene forenkles. Beslutningen om riktig alarmstrategi bør kun tas etter å ha vurdert brukstilstanden, omgivelsestemperaturområdet og sluttbrukerens krav.

Det er noen modifikasjoner i utformingen av Piping Plan 53B som kan bidra til å dempe noen av disse utfordringene. Oppvarming fra solstråling kan i stor grad øke maksimumstemperaturen til akkumulatoren for designberegninger. Plassering av akkumulatoren i skyggen eller konstruksjon av solskjerming for akkumulatoren kan eliminere solvarme og redusere makstemperaturen i beregningene.

I beskrivelsene ovenfor brukes begrepet omgivelsestemperatur for å representere temperaturen på gassen i blæren. Under steady-state eller sakte skiftende omgivelsestemperaturforhold er dette en rimelig antakelse. 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 varmesporing og isolasjon på akkumulatoren. Når dette er riktig brukt, vil akkumulatoren fungere ved én temperatur uavhengig av de daglige eller sesongmessige endringene i omgivelsestemperaturen. Dette er kanskje det viktigste enkeltdesignalternativet å vurdere i områder med store temperaturvariasjoner. Denne tilnærmingen har en stor installert base i feltet og har gjort at Plan 53B kan brukes på steder som ikke ville vært mulig med varmesporing.

Sluttbrukere som vurderer å bruke en Piping Plan 53B bør være klar over at denne Piping Planen ikke bare er en Piping Plan 53A med en akkumulator. Praktisk talt alle aspekter ved systemdesign, igangkjøring, drift og vedlikehold av en Plan 53B er unik for denne rørplanen. Mesteparten av frustrasjonene som sluttbrukere har opplevd kommer fra manglende forståelse av systemet. Seal OEM-er kan utarbeide en mer detaljert analyse for en spesifikk applikasjon og kan gi bakgrunnen som kreves for å hjelpe sluttbrukeren med å spesifisere og betjene dette systemet på riktig måte.