Overvejelser ved valg af tætning – Installation af dobbelte mekaniske højtrykstætninger

Arrangement 3 mekaniske tætninger erdobbelte tætningerhvor barrierevæskehulrummet mellem tætningerne opretholdes ved et tryk, der er større end trykket i tætningskammeret. Over tid har industrien udviklet adskillige strategier til at skabe det højtryksmiljø, der er nødvendigt for disse tætninger. Disse strategier er indfanget i den mekaniske tætnings rørplaner. Selvom mange af disse planer tjener lignende funktioner, kan driftsegenskaberne for hver enkelt være meget forskellige og vil påvirke alle aspekter af tætningssystemet.

Rørplan 53B, som defineret af API 682, er en rørplan, der sætter barrierevæsken under tryk med en nitrogenfyldt blæreakkumulator. Den tryksatte blære virker direkte på barrierevæsken og sætter hele tætningssystemet under tryk. Blæren forhindrer direkte kontakt mellem trykgassen og barrierevæsken, hvilket eliminerer absorption af gas i væsken. Dette gør det muligt at bruge Rørplan 53B i applikationer med højere tryk end Rørplan 53A. Akkumulatorens selvstændige natur eliminerer også behovet for en konstant nitrogenforsyning, hvilket gør systemet ideelt til fjerninstallationer.

Fordelene ved blæreakkumulatoren opvejes dog af nogle af systemets driftskarakteristika. Trykket i en Piping Plan 53B bestemmes direkte af gastrykket i blæren. Dette tryk kan ændre sig dramatisk på grund af flere variabler.

Blæren i akkumulatoren skal forlades, før barrierevæske tilsættes systemet. Dette danner grundlag for alle fremtidige beregninger og fortolkninger af systemets drift. Det faktiske fortryk afhænger af systemets driftstryk og sikkerhedsvolumenet af barrierevæske i akkumulatorerne. Fortrykket afhænger også af temperaturen på gassen i blæren. Bemærk: Fortrykket indstilles kun ved systemets første idriftsættelse og justeres ikke under den faktiske drift.

Gastrykket i blæren vil variere afhængigt af gastemperaturen. I de fleste tilfælde vil gastemperaturen følge den omgivende temperatur på installationsstedet. Anvendelser i områder med store daglige og sæsonbestemte temperaturændringer vil opleve store udsving i systemtrykket.

Forbrug af barrierevæskeUnder drift vil de mekaniske tætninger forbruge barrierevæske gennem normal tætningslækage. Denne barrierevæske genopfyldes af væsken i akkumulatoren, hvilket resulterer i en udvidelse af gassen i blæren og et fald i systemtrykket. Disse ændringer er en funktion af akkumulatorens størrelse, tætningens lækagehastigheder og det ønskede vedligeholdelsesinterval for systemet (f.eks. 28 dage).

Ændringen i systemtrykket er den primære måde, hvorpå slutbrugeren sporer tætningens ydeevne. Trykket bruges også til at oprette vedligeholdelsesalarmer og til at detektere tætningsfejl. Trykket vil dog ændre sig løbende, mens systemet er i drift. Hvordan skal brugeren indstille trykket i Plan 53B-systemet? Hvornår er det nødvendigt at tilsætte barrierevæske? Hvor meget væske skal der tilsættes?

Det første bredt publicerede sæt af tekniske beregninger for Plan 53B-systemer blev offentliggjort i API 682, fjerde udgave. Bilag F indeholder trinvise instruktioner om, hvordan man bestemmer tryk og volumener for denne rørplan. Et af de mest nyttige krav i API 682 er oprettelsen af ​​en standard navneplade til blæreakkumulatorer (API 682, fjerde udgave, tabel 10). Denne navneplade indeholder en tabel, der registrerer foropladnings-, genopfyldnings- og alarmtrykkene for systemet over det omgivende temperaturområde på applikationsstedet. Bemærk: Tabellen i standarden er blot et eksempel, og de faktiske værdier vil ændre sig betydeligt, når de anvendes på en specifik feltanvendelse.

En af de grundlæggende antagelser i figur 2 er, at rørplan 53B forventes at fungere kontinuerligt og uden at ændre det indledende fortryk. Der er også en antagelse om, at systemet kan blive udsat for et helt omgivelsestemperaturområde over en kort periode. Disse har betydelige implikationer for systemdesignet og kræver, at systemet drives ved et tryk, der er højere end andre rørplaner med dobbelt tætning.

Med figur 2 som reference er eksempelapplikationen installeret på et sted, hvor den omgivende temperatur er mellem -17 °C (1 °F) og 70 °C (158 °F). Den øvre ende af dette interval synes at være urealistisk høj, men den inkluderer også virkningerne af solopvarmning af en akkumulator, der er udsat for direkte sollys. Rækkerne i tabellen repræsenterer temperaturintervaller mellem de højeste og laveste værdier.

Når slutbrugeren betjener systemet, vil de tilføje barrierevæsketryk, indtil genopfyldningstrykket er nået ved den aktuelle omgivelsestemperatur. Alarmtrykket er det tryk, der angiver, at slutbrugeren skal tilføje yderligere barrierevæske. Ved 25 °C (77 °F) vil operatøren foroplade akkumulatoren til 30,3 bar (440 PSIG), alarmen vil blive indstillet til 30,7 bar (445 PSIG), og operatøren vil tilføje barrierevæske, indtil trykket når 37,9 bar (550 PSIG). Hvis omgivelsestemperaturen falder til 0 °C (32 °F), vil alarmtrykket falde til 28,1 bar (408 PSIG), og genopfyldningstrykket til 34,7 bar (504 PSIG).

I dette scenarie ændrer eller flyder alarm- og genopfyldningstrykket sig begge som reaktion på omgivelsestemperaturerne. Denne tilgang kaldes ofte en flydende-flydende strategi. Både alarm- og genopfyldningstrykket "flyder". Dette resulterer i de laveste driftstryk for tætningssystemet. Dette stiller dog to specifikke krav til slutbrugeren; bestemmelse af det korrekte alarmtryk og genopfyldningstryk. Alarmtrykket for systemet er en funktion af temperaturen, og dette forhold skal programmeres i slutbrugerens DCS-system. Genopfyldningstrykket afhænger også af omgivelsestemperaturen, så operatøren skal se på typeskiltet for at finde det korrekte tryk for de aktuelle forhold.

Nogle slutbrugere kræver en enklere tilgang og ønsker en strategi, hvor både alarmtrykket og genopfyldningstrykkene er konstante (eller faste) og uafhængige af omgivelsestemperaturerne. Den faste-faste strategi giver slutbrugeren kun ét tryk til genopfyldning af systemet og den eneste værdi til at alarmere systemet. Desværre må denne betingelse antage, at temperaturen er på den maksimale værdi, da beregningerne kompenserer for faldet i omgivelsestemperaturen fra maksimum- til minimumstemperaturen. Dette resulterer i, at systemet fungerer ved højere tryk. I nogle applikationer kan brugen af ​​en fast-fast strategi resultere i ændringer i tætningsdesignet eller MAWP-klassificeringerne for andre systemkomponenter til at håndtere de forhøjede tryk.

Andre slutbrugere vil anvende en hybrid tilgang med et fast alarmtryk og et flydende genopfyldningstryk. Dette kan reducere driftstrykket og samtidig forenkle alarmindstillingerne. Beslutningen om den korrekte alarmstrategi bør kun træffes efter at have taget hensyn til applikationsforholdene, omgivelsestemperaturområdet og slutbrugerens krav.

Der er nogle ændringer i designet af rørledningsplan 53B, som kan hjælpe med at afbøde nogle af disse udfordringer. Opvarmning fra solstråling kan øge akkumulatorens maksimale temperatur betydeligt til designberegninger. Placering af akkumulatoren i skyggen eller konstruktion af en solafskærmning til akkumulatoren kan eliminere solopvarmning og reducere den maksimale temperatur i beregningerne.

I ovenstående beskrivelser bruges udtrykket omgivelsestemperatur til at repræsentere temperaturen af ​​gassen i blæren. Under steady-state eller langsomt skiftende omgivelsestemperaturforhold er dette en rimelig antagelse. Hvis der er store udsving i omgivelsestemperaturforholdene mellem dag og nat, kan isolering af akkumulatoren moderere blærens effektive temperaturudsving, hvilket resulterer i mere stabile driftstemperaturer.

Denne tilgang kan udvides til at bruge varmesporing og isolering på akkumulatoren. Når dette anvendes korrekt, vil akkumulatoren fungere ved én temperatur uanset de daglige eller sæsonbestemte ændringer i omgivelsestemperaturen. Dette er måske den vigtigste enkeltstående designmulighed at overveje i områder med store temperaturvariationer. Denne tilgang har en stor installeret base i marken og har gjort det muligt at bruge Plan 53B på steder, der ikke ville have været mulige med varmesporing.

Slutbrugere, der overvejer at bruge en rørplan 53B, bør være opmærksomme på, at denne rørplan ikke blot er en rørplan 53A med en akkumulator. Stort set alle aspekter af systemdesign, idriftsættelse, drift og vedligeholdelse af en Plan 53B er unikke for denne rørplan. De fleste af de frustrationer, som slutbrugere har oplevet, stammer fra manglende forståelse af systemet. OEM'er af tætninger kan udarbejde en mere detaljeret analyse til en specifik applikation og kan give den baggrund, der kræves for at hjælpe slutbrugeren med korrekt at specificere og betjene dette system.