Tömítésválasztási szempontok – Nagynyomású kettős mechanikus tömítések beszerelése

3 mechanikus tömítés elrendezésekettős tömítésekahol a tömítések közötti zárófolyadék üregét a tömítőkamra nyomásánál nagyobb nyomáson tartják. Az idő múlásával az iparág számos stratégiát dolgozott ki a tömítésekhez szükséges nagynyomású környezet létrehozására. Ezeket a stratégiákat a mechanikus tömítés csővezeték-tervei rögzítik. Bár ezek közül a tervek közül sok hasonló funkciókat lát el, az egyes tervek működési jellemzői nagyon eltérőek lehetnek, és a tömítőrendszer minden aspektusára hatással lesznek.

Az API 682 szabványban meghatározott 53B csővezeték-terv egy olyan csővezeték-terv, amely nitrogénnel töltött tömlős akkumulátorral nyomás alá helyezi a zárófolyadékot. A nyomás alatt álló tömlő közvetlenül hat a zárófolyadékra, nyomás alá helyezve a teljes tömítőrendszert. A tömlő megakadályozza a nyomás alatt álló gáz és a zárófolyadék közötti közvetlen érintkezést, kiküszöbölve a gáz folyadékba való felszívódását. Ez lehetővé teszi az 53B csővezeték-terv nagyobb nyomású alkalmazásokban való alkalmazását, mint az 53A csővezeték-terv. Az akkumulátor önálló jellege kiküszöböli az állandó nitrogénellátás szükségességét is, ami ideálissá teszi a rendszert távoli telepítésekhez.

A tömlős akkumulátor előnyeit azonban ellensúlyozzák a rendszer néhány működési jellemzője. Az 53B csővezeték-terv nyomását közvetlenül a tömlőben lévő gáz nyomása határozza meg. Ez a nyomás számos változó miatt drámaian változhat.

A tárolóban lévő tömlőt elő kell tölteni, mielőtt a zárófolyadékot a rendszerbe adagolnánk. Ez képezi az alapot a rendszer működésének minden jövőbeni számításához és értelmezéséhez. A tényleges előtöltési nyomás a rendszer üzemi nyomásától és a tárolókban lévő zárófolyadék biztonsági térfogatától függ. Az előtöltési nyomás a tömlőben lévő gáz hőmérsékletétől is függ. Megjegyzés: az előtöltési nyomást csak a rendszer első üzembe helyezésekor kell beállítani, és a tényleges üzemelés során nem módosítják.

A gáz nyomása a tömlőben a gáz hőmérsékletétől függően változik. A legtöbb esetben a gáz hőmérséklete követi a telepítési helyszín környezeti hőmérsékletét. Az olyan régiókban, ahol nagy a napi és szezonális hőmérséklet-változás, a rendszernyomásban nagy ingadozások tapasztalhatók.

Zárófolyadék-fogyasztásMűködés közben a mechanikus tömítések a szokásos tömítésszivárgáson keresztül zárófolyadékot fogyasztanak. Ezt a zárófolyadékot a tárolóban lévő folyadék pótolja, ami a tömlőben lévő gáz kitágulásához és a rendszernyomás csökkenéséhez vezet. Ezek a változások az akkumulátor méretétől, a tömítés szivárgási arányától és a rendszer kívánt karbantartási intervallumától (pl. 28 nap) függenek.

A rendszernyomás változása az elsődleges módja annak, hogy a végfelhasználó nyomon kövesse a tömítés teljesítményét. A nyomást karbantartási riasztások létrehozására és tömítéshibák észlelésére is használják. A nyomás azonban folyamatosan változik a rendszer működése közben. Hogyan kell a felhasználónak beállítani a nyomást a Plan 53B rendszerben? Mikor szükséges zárófolyadékot hozzáadni? Mennyi folyadékot kell hozzáadni?

Az 53B tervű rendszerekhez tartozó első széles körben publikált mérnöki számítások az API 682 negyedik kiadásában jelentek meg. Az F. melléklet lépésről lépésre ismerteti a csővezeték-terv nyomásának és térfogatának meghatározását. Az API 682 egyik leghasznosabb követelménye a tömlős akkumulátorok szabványos adattáblájának létrehozása (API 682 negyedik kiadás, 10. táblázat). Ez az adattábla egy táblázatot tartalmaz, amely rögzíti a rendszer előtöltési, újratöltési és riasztási nyomását az alkalmazás helyszínén uralkodó környezeti hőmérsékleti viszonyok között. Megjegyzés: a szabványban szereplő táblázat csak egy példa, és a tényleges értékek jelentősen változhatnak, ha egy adott terepi alkalmazásra alkalmazzák.

A 2. ábra egyik alapvető feltételezése, hogy az 53B csővezeték-terv várhatóan folyamatosan és a kezdeti előtöltési nyomás változtatása nélkül működik. Azt is feltételezzük, hogy a rendszer rövid ideig a teljes környezeti hőmérsékleti tartománynak ki lehet téve. Ezeknek jelentős következményei vannak a rendszer tervezésében, és megkövetelik, hogy a rendszert nagyobb nyomáson üzemeltessék, mint más kettős tömítésű csővezeték-terveket.

A 2. ábrát referenciaként használva, a példaalkalmazást olyan helyen telepítik, ahol a környezeti hőmérséklet -17°C (1°F) és 70°C (158°F) között van. Ennek a tartománynak a felső határa irreálisan magasnak tűnik, de magában foglalja a közvetlen napfénynek kitett akkumulátor napmelegítésének hatásait is. A táblázat sorai a legmagasabb és a legalacsonyabb értékek közötti hőmérsékleti intervallumokat jelölik.

Amikor a végfelhasználó üzemelteti a rendszert, addig adagolja a zárófolyadék nyomását, amíg az újratöltési nyomás el nem éri az aktuális környezeti hőmérsékleten. A riasztási nyomás az a nyomás, amely jelzi, hogy a végfelhasználónak további zárófolyadékot kell hozzáadnia. 25°C-on (77°F) a kezelőnek 30,3 bar (440 PSIG) nyomásra kell előtöltenie az akkumulátort, a riasztás 30,7 bar (445 PSIG) értékre van beállítva, és a kezelőnek addig kell adagolnia a zárófolyadékot, amíg a nyomás el nem éri a 37,9 bar (550 PSIG) értéket. Ha a környezeti hőmérséklet 0°C-ra (32°F) csökken, akkor a riasztási nyomás 28,1 barra (408 PSIG), az újratöltési nyomás pedig 34,7 barra (504 PSIG) csökken.

Ebben az esetben a riasztási és az újratöltési nyomás is változik, vagyis lebeg a környezeti hőmérséklettől függően. Ezt a megközelítést gyakran lebegő-lebegő stratégiának nevezik. Mind a riasztás, mind az újratöltés „lebeg”. Ez eredményezi a tömítőrendszer legalacsonyabb üzemi nyomását. Ez azonban két konkrét követelményt támaszt a végfelhasználóval szemben; a helyes riasztási nyomás és az újratöltési nyomás meghatározását. A rendszer riasztási nyomása a hőmérséklet függvénye, és ezt az összefüggést be kell programozni a végfelhasználó DCS rendszerébe. Az újratöltési nyomás a környezeti hőmérséklettől is függ, ezért a kezelőnek az adattáblán kell megtalálnia az aktuális körülményeknek megfelelő helyes nyomást.

Egyes végfelhasználók egyszerűbb megközelítést igényelnek, és olyan stratégiát szeretnének, ahol mind a riasztási nyomás, mind az újratöltési nyomás állandó (vagy rögzített), és független a környezeti hőmérséklettől. A fix-fix stratégia a végfelhasználó számára csak egyetlen nyomást biztosít a rendszer újratöltéséhez, és egyetlen értéket a rendszer riasztásához. Sajnos ennek a feltételnek azt kell feltételeznie, hogy a hőmérséklet a maximális értéken van, mivel a számítások kompenzálják a környezeti hőmérséklet maximumról minimumra történő csökkenését. Ez azt eredményezi, hogy a rendszer magasabb nyomáson működik. Bizonyos alkalmazásokban a fix-fix stratégia használata a tömítés kialakításának vagy a többi rendszerkomponens maximális megengedett üzemi nyomásának (MAWP) változását eredményezheti a megnövekedett nyomások kezelése érdekében.

Más végfelhasználók hibrid megközelítést alkalmaznak fix riasztási nyomással és lebegő újratöltési nyomással. Ez csökkentheti az üzemi nyomást, miközben egyszerűsíti a riasztási beállításokat. A helyes riasztási stratégiáról csak az alkalmazási körülmények, a környezeti hőmérséklet-tartomány és a végfelhasználó igényeinek figyelembevételével kell döntést hozni.

Az 53B csővezeték-terv kialakításában vannak bizonyos módosítások, amelyek segíthetnek enyhíteni ezeket a kihívásokat. A napsugárzásból származó melegedés jelentősen megnövelheti az akkumulátor maximális hőmérsékletét a tervezési számítások során. Az akkumulátor árnyékba helyezése vagy egy napellenző építése kiküszöbölheti a napfűtést és csökkentheti a számításokban szereplő maximális hőmérsékletet.

A fenti leírásokban a környezeti hőmérséklet kifejezés a tömlőben lévő gáz hőmérsékletét jelöli. Állandósult vagy lassan változó környezeti hőmérsékleti viszonyok között ez egy ésszerű feltételezés. Ha a környezeti hőmérséklet a nappal és az éjszaka között nagy mértékben ingadozik, az akkumulátor szigetelése mérsékelheti a tömlő effektív hőmérséklet-ingadozásait, ami stabilabb üzemi hőmérsékletet eredményez.

Ez a megközelítés kiterjeszthető a hőcsöves fűtés és a szigetelés használatára az akkumulátoron. Ha ezt megfelelően alkalmazzák, az akkumulátor egyetlen hőmérsékleten fog működni, függetlenül a környezeti hőmérséklet napi vagy évszakos változásaitól. Ez talán a legfontosabb tervezési lehetőség, amelyet figyelembe kell venni a nagy hőmérséklet-ingadozású területeken. Ez a megközelítés nagy telepített bázissal rendelkezik a terepen, és lehetővé tette a Plan 53B használatát olyan helyeken, ahol a hőcsöves fűtés nem lett volna lehetséges.

Azoknak a végfelhasználóknak, akik az 53B csővezetékterv használatát fontolgatják, tisztában kell lenniük azzal, hogy ez a csővezetékterv nem egyszerűen egy 53A csővezetékterv egy akkumulátorral. Az 53B terv rendszertervezésének, üzembe helyezésének, üzemeltetésének és karbantartásának gyakorlatilag minden aspektusa egyedi ehhez a csővezetéktervhez. A végfelhasználók által tapasztalt legtöbb frusztráció a rendszer nem megfelelő ismeretéből fakad. A tömítésgyártók részletesebb elemzést tudnak készíteni egy adott alkalmazáshoz, és biztosítani tudják a szükséges hátteret ahhoz, hogy segítsék a végfelhasználót a rendszer megfelelő specifikációjában és üzemeltetésében.