Premisleki o izbiri tesnila – namestitev dvojnih mehanskih tesnil za visok tlak

Mehanska tesnila razporeditve 3 sodvojna tesnilakjer se v votlini z zaporno tekočino med tesnili vzdržuje tlak, višji od tlaka v tesnilni komori. Sčasoma je industrija razvila več strategij za ustvarjanje visokotlačnega okolja, potrebnega za ta tesnila. Te strategije so zajete v načrtih cevovodov mehanskega tesnila. Čeprav mnogi od teh načrtov služijo podobnim funkcijam, so lahko obratovalne značilnosti vsakega zelo različne in vplivajo na vse vidike tesnilnega sistema.

Načrt cevovoda 53B, kot je opredeljen v standardu API 682, je načrt cevovoda, ki s pomočjo dušikovega mehurnega akumulatorja stisnjeno barierno tekočino. Tlačni mehur deluje neposredno na barierno tekočino in s tem stisnjeno celoten tesnilni sistem. Mehur preprečuje neposreden stik med tlačnim plinom in barierno tekočino, s čimer se odpravi absorpcija plina v tekočino. To omogoča uporabo načrta cevovoda 53B v aplikacijah z višjim tlakom kot načrt cevovoda 53A. Zaradi samostojnosti akumulatorja ni potrebna stalna oskrba z dušikom, zaradi česar je sistem idealen za oddaljene namestitve.

Prednosti mehurnega akumulatorja pa so izničene zaradi nekaterih obratovalnih značilnosti sistema. Tlak v cevovodu Piping Plan 53B je neposredno odvisen od tlaka plina v mehurju. Ta tlak se lahko zaradi več spremenljivk močno spremeni.

Preden se v sistem doda barierna tekočina, je treba mehur v akumulatorju predhodno napolniti. To ustvari osnovo za vse prihodnje izračune in interpretacije delovanja sistema. Dejanski predtlak je odvisen od delovnega tlaka sistema in varnostne prostornine barierne tekočine v akumulatorjih. Predtlak je odvisen tudi od temperature plina v mehurju. Opomba: predtlak se nastavi le ob začetnem zagonu sistema in se med dejanskim delovanjem ne bo spreminjal.

Tlak plina v mehurju se bo spreminjal glede na temperaturo plina. V večini primerov bo temperatura plina sledila temperaturi okolice na mestu namestitve. Uporaba v regijah z velikimi dnevnimi in sezonskimi spremembami temperature bo povzročila velika nihanja tlaka v sistemu.

Poraba zaščitne tekočineMed delovanjem mehanska tesnila porabljajo zaporno tekočino zaradi normalnega puščanja tesnila. To zaporno tekočino dopolnjuje tekočina v akumulatorju, kar povzroči širjenje plina v mehurju in zmanjšanje tlaka v sistemu. Te spremembe so odvisne od velikosti akumulatorja, stopnje puščanja tesnila in želenega intervala vzdrževanja sistema (npr. 28 dni).

Sprememba sistemskega tlaka je glavni način, s katerim končni uporabnik spremlja delovanje tesnila. Tlak se uporablja tudi za ustvarjanje vzdrževalnih alarmov in za odkrivanje okvar tesnil. Vendar se tlaki med delovanjem sistema nenehno spreminjajo. Kako naj uporabnik nastavi tlake v sistemu Plan 53B? Kdaj je treba dodati zaporno tekočino? Koliko tekočine je treba dodati?

Prvi široko objavljeni sklop inženirskih izračunov za sisteme po načrtu 53B se je pojavil v četrti izdaji standarda API 682. Priloga F vsebuje podrobna navodila za določanje tlakov in prostornin za ta načrt cevovodov. Ena najbolj uporabnih zahtev standarda API 682 je izdelava standardne imenske ploščice za mehurne akumulatorje (četrta izdaja standarda API 682, tabela 10). Ta imenska ploščica vsebuje tabelo, ki zajema tlak predpolnjenja, polnjenja in alarmnega tlaka za sistem v območju temperaturnih pogojev okolice na mestu uporabe. Opomba: tabela v standardu je le primer in dejanske vrednosti se bodo znatno spremenile, če se uporabijo za določeno terensko uporabo.

Ena od osnovnih predpostavk na sliki 2 je, da naj bi cevovodni načrt 53B deloval neprekinjeno in brez spreminjanja začetnega predtlaka. Predpostavlja se tudi, da je sistem lahko v kratkem času izpostavljen celotnemu območju temperature okolice. To ima pomembne posledice za zasnovo sistema in zahteva, da sistem deluje pri tlaku, ki je višji od drugih cevovodnih načrtov z dvojnim tesnjenjem.

Če uporabimo sliko 2 kot referenco, je primer uporabe nameščen na mestu, kjer je temperatura okolice med -17 °C (1 °F) in 70 °C (158 °F). Zgornja meja tega območja se zdi nerealno visoka, vendar vključuje tudi učinke sončnega segrevanja akumulatorja, ki je izpostavljen neposredni sončni svetlobi. Vrstice v tabeli predstavljajo temperaturne intervale med najvišjo in najnižjo vrednostjo.

Ko končni uporabnik upravlja sistem, bo dodajal tlak barierne tekočine, dokler ne bo dosežen tlak polnjenja pri trenutni temperaturi okolice. Alarmni tlak je tlak, ki končnemu uporabniku nakazuje, da mora dodati dodatno barierno tekočino. Pri 25 °C (77 °F) bi upravljavec predhodno napolnil akumulator na 30,3 bara (440 PSIG), alarm bi bil nastavljen na 30,7 bara (445 PSIG) in upravljavec bi dodajal barierno tekočino, dokler tlak ne bi dosegel 37,9 bara (550 PSIG). Če se temperatura okolice zniža na 0 °C (32 °F), se bo alarmni tlak znižal na 28,1 bara (408 PSIG), tlak polnjenja pa na 34,7 bara (504 PSIG).

V tem primeru se alarmni in polnilni tlak spreminjata oziroma lebdita glede na temperaturo okolice. Ta pristop se pogosto imenuje strategija plavanja-plavanja. Tako alarmni kot polnilni tlak "plavata". To ima za posledico najnižje obratovalne tlake za tesnilni sistem. Vendar pa to končnemu uporabniku nalaga dve posebni zahtevi: določitev pravilnega alarmnega in polnilnega tlaka. Alarmni tlak za sistem je odvisen od temperature in to razmerje mora biti programirano v sistemu DCS končnega uporabnika. Polnilni tlak bo odvisen tudi od temperature okolice, zato bo moral upravljavec preveriti imensko ploščico, da najde pravilen tlak za trenutne pogoje.

Nekateri končni uporabniki zahtevajo enostavnejši pristop in si želijo strategije, pri kateri sta tako alarmni tlak kot tlak polnjenja konstantna (ali fiksna) in neodvisna od temperature okolice. Strategija fiksno-fiksno končnemu uporabniku zagotavlja samo en tlak za ponovno polnjenje sistema in edino vrednost za alarmiranje sistema. Žal mora ta pogoj predpostaviti, da je temperatura na najvišji vrednosti, saj izračuni kompenzirajo padec temperature okolice z najvišje na najnižjo temperaturo. To povzroči, da sistem deluje pri višjih tlakih. V nekaterih aplikacijah lahko uporaba strategije fiksno-fiksno povzroči spremembe v zasnovi tesnila ali nazivnih vrednostih MAWP za druge komponente sistema, da se spopadejo s povišanimi tlaki.

Drugi končni uporabniki bodo uporabili hibridni pristop s fiksnim tlakom alarma in plavajočim tlakom polnjenja. To lahko zmanjša obratovalni tlak, hkrati pa poenostavi nastavitve alarma. Odločitev o pravilni strategiji alarma je treba sprejeti šele po upoštevanju pogojev uporabe, temperaturnega območja okolice in zahtev končnega uporabnika.

V zasnovi načrta cevovodov 53B je nekaj sprememb, ki lahko pomagajo ublažiti nekatere od teh izzivov. Ogrevanje zaradi sončnega sevanja lahko močno poveča najvišjo temperaturo akumulatorja za projektne izračune. Postavitev akumulatorja v senco ali izdelava sončne zaščite za akumulator lahko odpravi sončno ogrevanje in zmanjša najvišjo temperaturo v izračunih.

V zgornjih opisih se izraz temperatura okolice uporablja za predstavitev temperature plina v mehurju. V ustaljenem ali počasi spreminjajočem se stanju temperature okolice je to razumna predpostavka. Če so med dnevom in nočjo velika nihanja temperature okolice, lahko izolacija akumulatorja ublaži efektivna nihanja temperature mehurja, kar ima za posledico stabilnejše obratovalne temperature.

Ta pristop je mogoče razširiti na uporabo toplotnega sledenja in izolacije na akumulatorju. Če se to pravilno uporabi, bo akumulator deloval pri eni temperaturi ne glede na dnevne ali sezonske spremembe temperature okolice. To je morda najpomembnejša možnost posamezne zasnove, ki jo je treba upoštevati na območjih z velikimi temperaturnimi nihanji. Ta pristop ima veliko nameščeno bazo na terenu in je omogočil uporabo načrta 53B na lokacijah, kjer s toplotnim sledenjem ne bi bilo mogoče.

Končni uporabniki, ki razmišljajo o uporabi načrta cevovoda 53B, se morajo zavedati, da ta načrt cevovoda ni zgolj načrt cevovoda 53A z akumulatorjem. Praktično vsak vidik načrtovanja, zagona, delovanja in vzdrževanja sistema po načrtu 53B je edinstven za ta načrt cevovoda. Večina frustracij, ki so jih doživeli končni uporabniki, izvira iz pomanjkanja razumevanja sistema. Proizvajalci originalne opreme za tesnila lahko pripravijo podrobnejšo analizo za določeno uporabo in zagotovijo potrebno ozadje, ki končnemu uporabniku pomaga pravilno določiti in upravljati ta sistem.