Premisleki pri izbiri tesnila – Namestitev visokotlačnih dvojnih mehanskih tesnil

Razporeditev 3 mehanska tesnila sodvojna tesnilakjer se votlina pregradne tekočine med tesnili vzdržuje pri tlaku, ki je večji od tlaka tesnilne komore. Sčasoma je industrija razvila več strategij za ustvarjanje visokotlačnega okolja, potrebnega za ta tesnila. Te strategije so zajete v načrtih cevi mehanskega tesnila. Medtem ko mnogi od teh načrtov opravljajo podobne funkcije, so lahko značilnosti delovanja vsakega zelo različne in bodo vplivale na vse vidike tesnilnega sistema.

Načrt cevovoda 53B, kot ga opredeljuje API 682, je načrt cevovoda, ki ustvarja tlak v pregradni tekočini z mehurčastim akumulatorjem, napolnjenim z dušikom. Tlačni mehur deluje neposredno na pregradno tekočino in ustvarja pritisk na celoten tesnilni sistem. Mehur preprečuje neposreden stik med tlačnim plinom in pregradno tekočino, kar preprečuje absorpcijo plina v tekočino. To omogoča, da se načrt cevovoda 53B uporablja pri aplikacijah z višjim tlakom kot načrt cevovoda 53A. Samostojna narava akumulatorja tudi odpravlja potrebo po stalni oskrbi z dušikom, zaradi česar je sistem idealen za oddaljene instalacije.

Prednosti akumulatorja mehurja pa so izravnane z nekaterimi značilnostmi delovanja sistema. Tlak cevnega načrta 53B je določen neposredno s tlakom plina v mehurju. Ta pritisk se lahko dramatično spremeni zaradi več spremenljivk.

Mehur v akumulatorju je treba predhodno napolniti, preden se v sistem doda pregradna tekočina. To ustvarja osnovo za vse prihodnje izračune in interpretacije delovanja sistemov. Dejanski predtlak je odvisen od delovnega tlaka sistema in varnostne količine zaporne tekočine v akumulatorjih. Tlak pred polnjenjem je odvisen tudi od temperature plina v mehurju. Opomba: predtlak je nastavljen le ob prvem zagonu sistema in se med dejanskim delovanjem ne bo prilagajal.

Tlak plina v mehurju se spreminja glede na temperaturo plina. V večini primerov bo temperatura plina sledila temperaturi okolja na mestu namestitve. Pri aplikacijah v regijah z velikimi dnevnimi in sezonskimi spremembami temperatur bodo prišlo do velikih nihanj v sistemskem tlaku.

Poraba barierne tekočineMed delovanjem bodo mehanska tesnila porabila pregradno tekočino zaradi običajnega puščanja tesnila. Ta pregradna tekočina se napolni s tekočino v akumulatorju, kar povzroči razširitev plina v mehurju in znižanje tlaka v sistemu. Te spremembe so odvisne od velikosti akumulatorja, stopenj puščanja tesnil in želenega intervala vzdrževanja sistema (npr. 28 dni).

Sprememba tlaka v sistemu je primarni način, s katerim končni uporabnik spremlja delovanje tesnila. Tlak se uporablja tudi za ustvarjanje alarmov za vzdrževanje in za odkrivanje okvar tesnil. Vendar se bodo tlaki nenehno spreminjali, medtem ko bo sistem deloval. Kako naj uporabnik nastavi tlake v sistemu Plan 53B? Kdaj je potrebno dodati pregradno tekočino? Koliko tekočine je treba dodati?

Prvi široko objavljen niz inženirskih izračunov za sisteme Plan 53B se je pojavil v četrti izdaji API 682. Dodatek F podaja navodila po korakih o tem, kako določiti tlake in prostornine za ta načrt napeljave. Ena najbolj uporabnih zahtev API 682 je izdelava standardne imenske tablice za akumulatorje mehurja (API 682, četrta izdaja, tabela 10). Ta imenska tablica vsebuje tabelo, ki zajema tlake pred polnjenjem, polnjenja in alarmne tlake za sistem v razponu temperatur okolja na mestu uporabe. Opomba: tabela v standardu je le primer in da se bodo dejanske vrednosti znatno spremenile, če se uporabijo za določeno uporabo na terenu.

Ena od osnovnih predpostavk na sliki 2 je, da se pričakuje, da bo cevni načrt 53B deloval neprekinjeno in brez spreminjanja začetnega tlaka pred polnjenjem. Obstaja tudi domneva, da je lahko sistem v kratkem času izpostavljen celotnemu temperaturnemu območju okolja. Ti imajo pomembne posledice pri zasnovi sistema in zahtevajo, da sistem deluje pri tlaku, ki je višji od drugih načrtov cevi z dvojnim tesnilom.

Če uporabimo sliko 2 kot referenco, je vzorčna aplikacija nameščena na mestu, kjer je temperatura okolja med -17 °C (1 °F) in 70 °C (158 °F). Zgornja meja tega razpona 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 zaporne tekočine, dokler ne bo dosežen polnilni tlak pri trenutni temperaturi okolja. Alarmni tlak je tlak, ki nakazuje, da mora končni uporabnik dodati dodatno pregradno tekočino. Pri 25 °C (77 °F) bi upravljavec prednapolnil akumulator na 30,3 bara (440 PSIG), alarm bi bil nastavljen na 30,7 bara (445 PSIG), operater pa bi dodajal zaporno tekočino, dokler tlak ne bi bil dosežen 37,9 bar (550 PSIG). Če se temperatura okolja zniža na 0 °C (32 °F), bo alarmni tlak padel na 28,1 bar (408 PSIG), polnilni tlak pa na 34,7 bar (504 PSIG).

V tem scenariju se alarmni in polnilni tlak spreminjata ali lebdita kot odziv na temperature okolja. Ta pristop se pogosto imenuje lebdeča-lebdeča strategija. Tako alarm kot polnjenje "plavata". Posledica tega so najnižji delovni tlaki za tesnilni sistem. To pa pred končnega uporabnika postavlja dve posebni zahtevi; določanje pravilnega alarmnega tlaka in polnilnega tlaka. Alarmni tlak za sistem je funkcija temperature in to razmerje je treba programirati v sistem DCS končnega uporabnika. Tlak polnjenja bo odvisen tudi od temperature okolice, zato se mora upravljavec obrniti na imensko tablico, da poišče pravilen tlak za trenutne pogoje.

Nekateri končni uporabniki zahtevajo enostavnejši pristop in želijo strategijo, pri kateri sta alarmni tlak in tlak polnjenja stalna (ali fiksna) in neodvisna od temperature okolja. Strategija fiksno-fiksno zagotavlja končnemu uporabniku samo en pritisk za ponovno polnjenje sistema in samo vrednost za alarmiranje sistema. Na žalost mora ta pogoj predvidevati, da je temperatura na najvišji vrednosti, saj izračuni kompenzirajo padec temperature okolja od najvišje do najnižje temperature. Zaradi tega sistem deluje pri višjih tlakih. V nekaterih aplikacijah lahko uporaba strategije fiksno-fiksno povzroči spremembe v zasnovi tesnila ali ocenah MAWP za druge komponente sistema za obvladovanje povišanih tlakov.

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

V načrtu cevovoda 53B je nekaj sprememb, ki lahko pomagajo ublažiti nekatere od teh izzivov. Ogrevanje s sončnim sevanjem lahko močno poveča maksimalno temperaturo akumulatorja za projektne izračune. Postavitev akumulatorja v senco ali izdelava sončne zaščite za akumulator lahko odpravi sončno segrevanje in zmanjša maksimalno temperaturo v izračunih.

V zgornjih opisih se izraz temperatura okolice uporablja za predstavitev temperature plina v mehurju. V stacionarnih ali počasi spreminjajočih se temperaturnih pogojih okolja je to razumna domneva. Če med dnevom in nočjo prihaja do velikih nihanj v temperaturnih pogojih okolja, lahko izolacija akumulatorja ublaži efektivna temperaturna nihanja mehurja, kar povzroči stabilnejše delovne temperature.

Ta pristop je mogoče razširiti na uporabo toplotnega sledenja in izolacije na akumulatorju. Ko je to pravilno uporabljeno, bo akumulator deloval pri eni temperaturi ne glede na dnevne ali sezonske spremembe temperature okolja. To je morda najpomembnejša posamezna možnost načrtovanja, ki jo je treba upoštevati v območjih z velikimi temperaturnimi nihanji. Ta pristop ima veliko nameščeno bazo na terenu in je omogočil uporabo načrta 53B na lokacijah, ki ne bi bile mogoče s sledenjem toplote.

Končni uporabniki, ki razmišljajo o uporabi cevovodnega načrta 53B, se morajo zavedati, da ta cevovodni načrt ni le cevovodni načrt 53A z akumulatorjem. Skoraj vsak vidik načrtovanja sistema, zagona, delovanja in vzdrževanja načrta 53B je edinstven za ta načrt napeljave. Večina frustracij, ki so jih doživeli končni uporabniki, izhaja iz nerazumevanja sistema. Proizvajalci originalne opreme Seal lahko pripravijo podrobnejšo analizo za določeno aplikacijo in lahko zagotovijo potrebno ozadje, ki končnemu uporabniku pomaga pravilno določiti in upravljati ta sistem.