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

Механични уплътнения от 3-то разположение садвойни уплътнениякъдето кухината на бариерната течност между уплътненията се поддържа под 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 отразени в тръбопроводните планове на механичното уплътнение. Въпреки че много от тези планове изпълняват сходни функции, работните характеристики на всеки от тях могат да бъдат много различни и ще повлияят на всички аспекти на уплътнителната система.

План за тръбопроводи 53B, както е дефиниран в API 682, е план за тръбопроводи, който нагнетява бариерната течност с азотен резервоар-акумулатор. Резервоарът под налягане действа директно върху бариерната течност, като нагнетява цялата уплътнителна система. Резервоарът предотвратява директен контакт между газа под налягане и бариерната течност, елиминирайки абсорбцията на газ във течността. Това позволява планът за тръбопроводи 53B да се използва в приложения с по-високо налягане, отколкото планът за тръбопроводи 53A. Самостоятелният характер на акумулатора също така елиминира необходимостта от постоянно подаване на азот, което прави системата идеална за отдалечени инсталации.

Предимствата на резервоарния акумулатор обаче се компенсират от някои от работните характеристики на системата. Налягането в Piping Plan 53B се определя директно от налягането на газа в резервоара. Това налягане може да се променя драстично поради няколко променливи.

Балонът в акумулатора трябва да бъде предварително зареден, преди да се добави бариерна течност в системата. Това създава основата за всички бъдещи изчисления и интерпретации на работата на системите. Действителното налягане на предварително зареждане зависи от работното налягане на системата и безопасния обем на бариерната течност в акумулаторите. Налягането на предварително зареждане зависи и от температурата на газа в балоните. Забележка: налягането на предварително зареждане се задава само при първоначалното пускане в експлоатация на системата и няма да се регулира по време на действителната работа.

Налягането на газа в резервоара ще варира в зависимост от температурата на газа. В повечето случаи температурата на газа ще следва околната температура на мястото на монтаж. Приложенията в региони с големи дневни и сезонни промени в температурите ще претърпят големи колебания в системното налягане.

Консумация на бариерна течностПо време на работа механичните уплътнения консумират бариерна течност поради нормален теч от уплътнението. Тази бариерна течност се допълва от течността в акумулатора, което води до разширяване на газа в резервоара и намаляване на системното налягане. Тези промени са функция на размера на акумулатора, скоростта на течове от уплътнението и желания интервал за поддръжка на системата (напр. 28 дни).

Промяната в системното налягане е основният начин, по който крайният потребител проследява работата на уплътненията. Налягането се използва и за създаване на аларми за поддръжка и за откриване на повреди в уплътненията. Наляганията обаче ще се променят непрекъснато, докато системата работи. Как потребителят трябва да настрои налягането 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 по План 53B се появи в API 682, четвърто издание. Приложение F предоставя стъпка по стъпка инструкции как да се определят наляганията и обемите за този тръбопроводен план. Едно от най-полезните изисквания на API 682 е създаването на стандартна табелка с данни за балонни акумулатори (API 682, четвърто издание, Таблица 10). Тази табелка с данни съдържа таблица, която улавя налягането при предварително зареждане, пълнене и алармено налягане за системата в диапазона от условия на околната температура на мястото на приложение. Забележка: таблицата в стандарта е само пример и действителните стойности ще се променят значително, когато се приложат към конкретно полево приложение.

Едно от основните предположения на Фигура 2 е, че се очаква тръбопроводният план 53B да работи непрекъснато и без да променя началното налягане на предварително зареждане. Съществува също така предположение, че системата може да бъде изложена на целия диапазон на околната температура за кратък период от време. Това има значителни последици за проектирането на системата и изисква системата да работи при налягане, по-високо от другите схеми за тръбопроводи с двойно уплътнение.

Използвайки Фигура 2 като ориентир, примерното приложение е инсталирано на място, където температурата на околната среда е между -17°C (1°F) и 70°C (158°F). Горната граница на този диапазон изглежда нереалистично висока, но тя включва и ефектите от слънчевото нагряване на акумулатор, който е изложен на пряка слънчева светлина. Редовете в таблицата представляват температурните интервали между най-високите и най-ниските стойности.

Когато крайният потребител работи със системата, той ще добавя налягане на бариерната течност, докато се достигне налягането за пълнене при текущата околна температура. 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 добавя бариерна течност, докато налягането достигне 37,9 бара (550 PSIG). Ако околната температура се понижи до 0°C (32°F), тогава аларменото налягане ще падне до 28,1 бара (408 PSIG), а налягането за пълнене до 34,7 бара (504 PSIG).

В този сценарий, аларменото налягане и налягането при повторно пълнене се променят или плават в отговор на околната температура. Този подход често се нарича стратегия с плаващо плаване. Както аларменото налягане, така и налягането при повторно пълнене „плават“. Това води до най-ниските работни налягания за уплътнителната система. Това обаче поставя две специфични изисквания към крайния потребител; определяне на правилното алармено налягане и налягане на повторно пълнене. Аларменото налягане за системата е функция на температурата и тази връзка трябва да бъде програмирана в DCS системата на крайния потребител. Налягането при повторно пълнене също ще зависи от околната температура, 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 пълнене са постоянни (или фиксирани) и независими от околната температура. Стратегията „фиксирано-фиксирано“ предоставя на крайния потребител само едно налягане за пълнене на системата и само една стойност за алармиране на системата. За съжаление, това условие трябва да предполага, че температурата е на максималната стойност, тъй като изчисленията компенсират спадането на околната температура от максималната до минималната. Това води до работа на системата при по-високо налягане. В някои приложения използването на стратегия „фиксирано-фиксирано“ може да доведе до промени в дизайна на уплътнението или в номиналните допустими налягания за работа (MAWP) за други системни компоненти, за да се справят с повишените налягания.

Други крайни потребители ще прилагат хибриден подход с фиксирано налягане на алармата и плаващо налягане на пълнене. Това може да намали работното налягане, като същевременно опрости настройките на алармата. Решението за правилната стратегия за алармата трябва да се вземе само след като се вземат предвид условията на приложението, 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. Загряването от слънчева радиация може значително да увеличи максималната температура на акумулатора за проектните изчисления. Поставянето на акумулатора на сянка или изграждането на слънцезащитен екран за акумулатора може да елиминира слънчевото нагряване и да намали максималната температура в изчисленията.

В описанията по-горе терминът „температура на околната среда“ се използва за представяне на температурата на газа в резервоара. При стационарни или бавно променящи се условия на околната температура това е разумно предположение. Ако има големи колебания в условията на околната температура между деня и нощта, изолирането на акумулатора може да смекчи ефективните температурни колебания на резервоара, което води до по-стабилни работни температури.

Този подход може да се разшири до използване на топлоизолация и изолация на акумулатора. Когато това се приложи правилно, акумулаторът ще работи на една температура, независимо от дневните или сезонните промени в околната температура. Това е може би най-важният вариант за единичен дизайн, който трябва да се вземе предвид в райони с големи температурни колебания. Този подход има голяма инсталирана база на място и е позволил Plan 53B да се използва на места, където не би било възможно с топлоизолация.

Крайните потребители, които обмислят използването на тръбопроводен план 53B, трябва да са наясно, че този тръбопроводен план не е просто тръбопроводен план 53A с акумулатор. На практика всеки аспект от проектирането, въвеждането в експлоатация, експлоатацията и поддръжката на системата на план 53B е уникален за този тръбопроводен план. Повечето от разочарованията, които крайните потребители са изпитвали, идват от липса на разбиране на системата. Производителите на уплътнения могат да подготвят по-подробен анализ за конкретно приложение и да предоставят необходимата информация, за да помогнат на крайния потребител правилно да специфицира и управлява тази система.