Razmatranja pri odabiru zaptivki – Ugradnja dvostrukih mehaničkih zaptivki pod visokim pritiskom

Raspored 3 mehaničke zaptivke sudvostruke zaptivkegdje se šupljina zaštitnog fluida između zaptivki održava pod pritiskom većim od pritiska u komori zaptivke. Tokom vremena, industrija je razvila nekoliko strategija za stvaranje okruženja visokog pritiska neophodnog za ove brtve. Ove strategije su uhvaćene u planovima cjevovoda mehaničke brtve. Iako mnogi od ovih planova služe sličnim funkcijama, operativne karakteristike svakog od njih mogu biti veoma različite i uticati na sve aspekte sistema zaptivanja.

Plan cjevovoda 53B, kako je definiran API 682, je plan cjevovoda koji vrši pritisak na zaštitnu tekućinu pomoću akumulatora mjehura napunjenog dušikom. Mehur pod pritiskom deluje direktno na zaštitnu tečnost, stvarajući pritisak na ceo sistem zaptivanja. Bešika sprečava direktan kontakt između gasa pod pritiskom i zaštitnog fluida eliminišući apsorpciju gasa u fluid. Ovo omogućava da se Piping Plan 53B koristi u aplikacijama sa višim pritiskom od Piping Plana 53A. Samostalna priroda akumulatora takođe eliminiše potrebu za konstantnim snabdevanjem azotom, što sistem čini idealnim za daljinske instalacije.

Prednosti akumulatora bešike su, međutim, nadoknađene nekim operativnim karakteristikama sistema. Pritisak Plana cjevovoda 53B određen je direktno pritiskom plina u mjehuru. Ovaj pritisak se može dramatično promijeniti zbog nekoliko varijabli.

Mjehur u akumulatoru mora biti prethodno napunjen prije dodavanja tečnosti za barijeru u sistem. Ovo stvara osnovu za sve buduće proračune i interpretacije rada sistema. Stvarni pritisak prethodnog punjenja zavisi od radnog pritiska za sistem i sigurnosne zapremine zaštitnog fluida u akumulatorima. Pritisak prethodnog punjenja takođe zavisi od temperature gasa u bešici. Napomena: tlak pred-punjenja se postavlja samo pri početnom puštanju sistema u rad i neće se podešavati tokom stvarnog rada.

Pritisak gasa u bešici će varirati u zavisnosti od temperature gasa. U većini slučajeva, temperatura plina će pratiti temperaturu okoline na mjestu instalacije. Primjena u regijama gdje postoje velike dnevne i sezonske promjene temperatura doživjet će velike promjene tlaka u sistemu.

Potrošnja tečnosti za barijeruTokom rada, mehaničke zaptivke će trošiti zaštitnu tečnost kroz normalno curenje zaptivke. Ova zaštitna tečnost se nadopunjuje tekućinom u akumulatoru, što rezultira širenjem plina u mjehuru i smanjenjem pritiska u sistemu. Ove promjene su funkcija veličine akumulatora, stope curenja zaptivke i željenog intervala održavanja za sistem (npr. 28 dana).

Promjena tlaka u sistemu je primarni način na koji krajnji korisnik prati performanse zaptivača. Pritisak se također koristi za stvaranje alarma za održavanje i za otkrivanje kvarova zaptivača. Međutim, pritisci će se stalno mijenjati dok sistem radi. Kako korisnik treba podesiti pritiske u sistemu Plan 53B? Kada je potrebno dodati zaštitnu tečnost? Koliko tečnosti treba dodati?

Prvi široko objavljeni skup inženjerskih proračuna za sisteme Plan 53B pojavio se u API 682 četvrtom izdanju. Aneks F daje uputstva korak po korak o tome kako odrediti pritiske i zapremine za ovaj plan cjevovoda. Jedan od najkorisnijih zahtjeva API 682 je kreiranje standardne natpisne pločice za akumulatore mjehura (API 682 četvrto izdanje, tabela 10). Ova natpisna pločica sadrži tabelu koja bilježi tlakove prije punjenja, dopunjavanja i alarma za sistem u rasponu uslova ambijentalne temperature na mjestu primjene. Napomena: tabela u standardu je samo primjer i da će se stvarne vrijednosti značajno promijeniti kada se primjene na određenu primjenu na terenu.

Jedna od osnovnih pretpostavki na slici 2 je da se od Plana cjevovoda 53B očekuje da radi kontinuirano i bez promjene početnog tlaka prije punjenja. Takođe postoji pretpostavka da sistem može biti izložen čitavom opsegu temperature okoline u kratkom vremenskom periodu. Oni imaju značajne implikacije u dizajnu sistema i zahtevaju da sistem radi pod pritiskom većim od drugih planova cevovoda sa dvostrukom zaptivkom.

Koristeći sliku 2 kao referencu, primjer aplikacije je instaliran na lokaciji gdje je temperatura okoline između -17°C (1°F) i 70°C (158°F). Čini se da je gornji dio ovog raspona nerealno visok, ali uključuje i efekte solarnog grijanja akumulatora koji je izložen direktnoj sunčevoj svjetlosti. Redovi u tabeli predstavljaju temperaturne intervale između najviše i najniže vrijednosti.

Kada krajnji korisnik koristi sistem, dodavat će tlak tečnosti za prepreku dok se ne dostigne pritisak dopune na trenutnoj temperaturi okoline. Alarmni pritisak je pritisak koji ukazuje da krajnji korisnik treba da doda dodatnu tečnost za barijeru. Na 25°C (77°F), operater bi prethodno napunio akumulator na 30,3 bara (440 PSIG), alarm bi se podesio na 30,7 bara (445 PSIG), a operater bi dodavao zaštitnu tečnost dok pritisak ne dostigne 37,9 bara (550 PSIG). Ako se temperatura okoline smanji na 0°C (32°F), tada će tlak alarma pasti na 28,1 bara (408 PSIG), a tlak ponovnog punjenja na 34,7 bara (504 PSIG).

U ovom scenariju, tlak alarma i dopunjavanja se mijenjaju, ili plutaju, kao odgovor na temperaturu okoline. Ovaj pristup se često naziva floating-floating strategija. I alarm i dopuna "plutaju". Ovo rezultira najnižim radnim pritiscima za sistem zaptivanja. Ovo, međutim, postavlja dva specifična zahtjeva pred krajnjeg korisnika; određivanje ispravnog alarmnog pritiska i pritiska dopune. Alarmni pritisak za sistem je funkcija temperature i ovaj odnos mora biti programiran u DCS sistemu krajnjeg korisnika. Pritisak dopune će takođe zavisiti od temperature okoline, tako da će operater morati da se pozove na natpisnu pločicu kako bi pronašao tačan pritisak za trenutne uslove.

Neki krajnji korisnici zahtijevaju jednostavniji pristup i žele strategiju u kojoj su i tlak alarma i tlak dopune konstantni (ili fiksni) i neovisni o temperaturi okoline. Fiksno-fiksna strategija pruža krajnjem korisniku samo jedan pritisak za dopunjavanje sistema i samo vrednost za alarmiranje sistema. Nažalost, ovaj uvjet mora pretpostaviti da je temperatura na maksimalnoj vrijednosti, jer se proračunima kompenzira pad temperature okoline sa maksimalne na minimalnu temperaturu. To dovodi do toga da sistem radi na višim pritiscima. U nekim aplikacijama, korištenje fiksno-fiksne strategije može rezultirati promjenama u dizajnu zaptivke ili MAWP ocjenama za druge komponente sistema da podnose povišene pritiske.

Ostali krajnji korisnici će primijeniti hibridni pristup s fiksnim pritiskom alarma i plutajućim pritiskom dopune. Ovo može smanjiti radni pritisak uz pojednostavljenje podešavanja alarma. Odluku o ispravnoj strategiji alarma treba donijeti samo nakon razmatranja uslova primjene, raspona temperature okoline i zahtjeva krajnjeg korisnika.

Postoje neke modifikacije u dizajnu Plana cjevovoda 53B koje mogu pomoći u ublažavanju nekih od ovih izazova. Zagrijavanje od sunčevog zračenja može uvelike povećati maksimalnu temperaturu akumulatora za projektne proračune. Postavljanje akumulatora u sjenu ili izrada štitnika od sunca za akumulator može eliminirati solarno grijanje i smanjiti maksimalnu temperaturu u proračunima.

U gornjim opisima, termin temperatura okoline se koristi za predstavljanje temperature gasa u bešici. U uslovima stabilnog ili sporo promjenjivog stanja temperature okoline, ovo je razumna pretpostavka. Ako postoje velike promjene u uslovima ambijentalne temperature između dana i noći, izolacija akumulatora može ublažiti efektivne temperaturne promjene mjehura što rezultira stabilnijim radnim temperaturama.

Ovaj pristup se može proširiti na korištenje toplinskog praćenja i izolacije na akumulatoru. Kada se ovo pravilno primeni, akumulator će raditi na jednoj temperaturi bez obzira na dnevne ili sezonske promene temperature okoline. Ovo je možda najvažnija pojedinačna opcija dizajna koju treba razmotriti u područjima s velikim temperaturnim varijacijama. Ovaj pristup ima veliku instaliranu bazu na terenu i omogućio je da se Plan 53B koristi na lokacijama koje ne bi bile moguće sa praćenjem toplote.

Krajnji korisnici koji razmišljaju o korištenju Plana cjevovoda 53B trebaju biti svjesni da ovaj plan cjevovoda nije samo Plan cjevovoda 53A sa akumulatorom. Gotovo svaki aspekt dizajna sistema, puštanja u rad, rada i održavanja Plana 53B jedinstven je za ovaj plan cjevovoda. Većina frustracija koje su krajnji korisnici iskusili dolazi od nerazumijevanja sistema. Seal OEM-ovi mogu pripremiti detaljniju analizu za određenu aplikaciju i mogu pružiti pozadinu potrebnu da pomognu krajnjem korisniku da pravilno specificira i upravlja ovim sistemom.