Съображения за избор на уплътнение – инсталиране на двойни механични уплътнения за високо налягане

Композиция 3 механични уплътнения садвойни уплътнениякъдето кухината на бариерната течност между уплътненията се поддържа при налягане, по-високо от налягането в уплътнителната камера. С течение на времето индустрията е разработила няколко стратегии за създаване на среда с високо налягане, необходима за тези уплътнения. Тези стратегии са заложени в тръбопроводните планове на механичното уплътнение. Въпреки че много от тези планове изпълняват подобни функции, работните характеристики на всеки могат да бъдат много различни и ще повлияят на всички аспекти на системата за запечатване.

План за тръбопроводи 53B, както е дефиниран от API 682, е план за тръбопроводи, който създава налягане на бариерната течност с акумулатор, зареден с азот. Мехурът под налягане действа директно върху бариерната течност, създавайки налягане върху цялата уплътнителна система. Мехурът предотвратява директния контакт между газа под налягане и бариерната течност, като елиминира абсорбцията на газ във течността. Това позволява на тръбопроводния план 53B да се използва в приложения с по-високо налягане от тръбопроводния план 53A. Самостоятелният характер на акумулатора също елиминира необходимостта от постоянно захранване с азот, което прави системата идеална за отдалечени инсталации.

Предимствата на мехурния акумулатор обаче се компенсират от някои от работните характеристики на системата. Налягането на тръбопроводен план 53B се определя директно от налягането на газа в пикочния мехур. Това налягане може да се промени драматично поради няколко променливи.

Мехурът в акумулатора трябва да бъде предварително зареден, преди да се добави бариерна течност в системата. Това създава основа за всички бъдещи изчисления и интерпретации на работата на системите. Действителното налягане при предварително зареждане зависи от работното налягане за системата и безопасния обем на бариерната течност в акумулаторите. Налягането при предварително зареждане също зависи от температурата на газа в мехура. Забележка: налягането при предварително зареждане се настройва само при първоначалното пускане на системата в експлоатация и няма да се коригира по време на действителна работа.

Налягането на газа в пикочния мехур ще варира в зависимост от температурата на газа. В повечето случаи температурата на газа ще следва температурата на околната среда на мястото на инсталиране. При приложенията в региони, където има големи дневни и сезонни промени в температурите, ще има големи колебания в системното налягане.

Консумация на бариерен флуидПо време на работа механичните уплътнения ще консумират бариерна течност чрез нормално изтичане на уплътнението. Тази бариерна течност се попълва от течността в акумулатора, което води до разширяване на газа в пикочния мехур и намаляване на налягането в системата. Тези промени са функция на размера на акумулатора, степента на изтичане на уплътнението и желания интервал на поддръжка за системата (напр. 28 дни).

Промяната в системното налягане е основният начин, по който крайният потребител проследява работата на уплътнението. Налягането се използва и за създаване на аларми за поддръжка и за откриване на повреди в уплътнението. Въпреки това, налягането ще се променя непрекъснато, докато системата работи. Как потребителят трябва да настрои наляганията в системата Plan 53B? Кога е необходимо да се добави бариерна течност? Колко течност трябва да се добави?

Първият широко публикуван набор от инженерни изчисления за системи Plan 53B се появи в API 682 Четвърто издание. Приложение F предоставя инструкции стъпка по стъпка за това как да се определят налягания и обеми за този тръбопроводен план. Едно от най-полезните изисквания на API 682 е създаването на стандартна табелка за мехурни акумулатори (API 682, четвърто издание, таблица 10). Тази табелка съдържа таблица, която улавя налягането при предварително зареждане, презареждане и аларменото налягане за системата в диапазона от околни температурни условия на мястото на приложение. Забележка: таблицата в стандарта е само пример и че действителните стойности ще се променят значително, когато се прилагат към конкретно полево приложение.

Едно от основните допускания на Фигура 2 е, че тръбопроводният план 53B се очаква да работи непрекъснато и без промяна на първоначалното налягане преди зареждане. Има също предположение, че системата може да бъде изложена на цял температурен диапазон на околната среда за кратък период от време. Те имат значителни последици при проектирането на системата и изискват системата да работи при налягане, по-високо от други планове за тръбопроводи с двойно уплътнение.

Използвайки фигура 2 като справка, примерното приложение е инсталирано на място, където околната температура е между -17°C (1°F) и 70°C (158°F). Горната граница на този диапазон изглежда нереалистично висока, но включва и ефектите от слънчевото нагряване на акумулатор, който е изложен на пряка слънчева светлина. Редовете в таблицата представляват температурни интервали между най-високата и най-ниската стойност.

Когато крайният потребител работи със системата, той ще добави налягане на бариерен флуид, докато се достигне налягането за пълнене при текущата температура на околната среда. Аларменото налягане е налягането, което показва, че крайният потребител трябва да добави допълнителна бариерна течност. При 25°C (77°F) операторът ще зареди предварително акумулатора до 30,3 бара (440 PSIG), алармата ще бъде настроена на 30,7 бара (445 PSIG) и операторът ще добави бариерна течност, докато достигне налягането 37,9 бара (550 PSIG). Ако температурата на околната среда се понижи до 0°C (32°F), тогава аларменото налягане ще спадне до 28,1 бара (408 PSIG), а налягането за пълнене до 34,7 бара (504 PSIG).

При този сценарий както аларменото налягане, така и налягането за повторно пълнене се променят или плават в отговор на околните температури. Този подход често се нарича плаваща-плаваща стратегия. И алармата, и пълнителят „плават“. Това води до най-ниските работни налягания за уплътнителната система. Това обаче поставя две специфични изисквания към крайния потребител; определяне на правилното налягане на алармата и налягането на пълнене. Аларменото налягане за системата е функция на температурата и тази връзка трябва да бъде програмирана в DCS системата на крайния потребител. Налягането за пълнене също ще зависи от температурата на околната среда, така че операторът ще трябва да се обърне към табелката с данни, за да намери правилното налягане за текущите условия.

Някои крайни потребители изискват по-опростен подход и желаят стратегия, при която както аларменото налягане, така и налягането за презареждане са постоянни (или фиксирани) и независими от околните температури. Стратегията фиксирано-фиксирано предоставя на крайния потребител само едно налягане за презареждане на системата и само стойност за алармиране на системата. За съжаление, това условие трябва да предполага, че температурата е на максималната стойност, тъй като изчисленията компенсират падането на околната температура от максималната до минималната температура. Това води до работа на системата при по-високо налягане. В някои приложения използването на фиксирана-фиксирана стратегия може да доведе до промени в дизайна на уплътнението или рейтингите на MAWP за други компоненти на системата, за да се справят с повишеното налягане.

Други крайни потребители ще прилагат хибриден подход с фиксирано налягане на алармата и плаващо налягане за презареждане. Това може да намали работното налягане, като същевременно опрости настройките на алармата. Решението за правилната стратегия за аларма трябва да се вземе само след като се вземат предвид условията на приложение, диапазонът на околната температура и изискванията на крайния потребител.

Има някои модификации в дизайна на тръбопроводния план 53B, които могат да помогнат за смекчаване на някои от тези предизвикателства. Отоплението от слънчева радиация може значително да увеличи максималната температура на акумулатора за проектни изчисления. Поставянето на акумулатора на сянка или изграждането на слънцезащитен щит за акумулатора може да елиминира слънчевото нагряване и да намали максималната температура в изчисленията.

В горните описания терминът температура на околната среда се използва за представяне на температурата на газа в мехура. При постоянни или бавно променящи се условия на околната температура това е разумно предположение. Ако има големи колебания в температурните условия на околната среда между деня и нощта, изолирането на акумулатора може да намали ефективните температурни колебания на мехура, което води до по-стабилни работни температури.

Този подход може да бъде разширен до използване на топлинно проследяване и изолация на акумулатора. Когато това се прилага правилно, акумулаторът ще работи при една температура, независимо от дневните или сезонни промени в температурата на околната среда. Това е може би най-важната опция за единичен дизайн, която трябва да се вземе предвид в райони с големи температурни вариации. Този подход има голяма инсталирана база в полето и е позволил Plan 53B да се използва на места, които не биха били възможни с топлинно проследяване.

Крайните потребители, които обмислят използването на тръбопроводен план 53B, трябва да знаят, че този тръбопроводен план не е просто тръбопроводен план 53A с акумулатор. На практика всеки аспект от проектирането на системата, пускането в експлоатация, експлоатацията и поддръжката на Plan 53B е уникален за този тръбопроводен план. Повечето от разочарованията, които са изпитали крайните потребители, идват от липсата на разбиране на системата. OEM производителите на Seal могат да подготвят по-подробен анализ за конкретно приложение и могат да осигурят необходимата информация, за да помогнат на крайния потребител да определи правилно и да управлява тази система.