Razmatranja za odabir zaptivke – Ugradnja dvostrukih mehaničkih zaptivki visokog pritiska

Mehaničke brtve rasporeda 3 sudvostruke brtvegdje se šupljina barijerne tečnosti između zaptivki održava pod pritiskom većim od pritiska u komori zaptivke. Vremenom je industrija razvila nekoliko strategija za stvaranje okruženja visokog pritiska potrebnog za ove zaptivke. Ove strategije su obuhvaćene planovima cjevovoda mehaničke zaptivke. Iako mnogi od ovih planova služe sličnim funkcijama, radne karakteristike svakog od njih mogu biti vrlo različite i uticaće na sve aspekte sistema zaptivanja.

Plan cjevovoda 53B, kako je definirano u API 682, je plan cjevovoda koji komprimira barijernu tekućinu pomoću akumulatora mjehura napunjenog dušikom. Mjehur pod pritiskom djeluje direktno na barijernu tekućinu, komprimirajući cijeli sistem zaptivanja. Mjehur sprječava direktan kontakt između plina pod pritiskom i barijerne tekućine, eliminirajući apsorpciju plina u tekućinu. To omogućava da se Plan cjevovoda 53B koristi u primjenama s višim pritiskom nego Plan cjevovoda 53A. Samostalna priroda akumulatora također eliminira potrebu za stalnim dovodom dušika, što sistem čini idealnim za udaljene instalacije.

Međutim, prednosti akumulatora u mjehuru su umanjene nekim radnim karakteristikama sistema. Pritisak u Piping Planu 53B direktno je određen pritiskom gasa u mjehuru. Ovaj pritisak se može dramatično mijenjati zbog nekoliko varijabli.

Mehur u akumulatoru mora biti prethodno napunjen prije nego što se barijerna tečnost doda u sistem. Ovo stvara osnovu za sve buduće proračune i interpretacije rada sistema. Stvarni pritisak prethodnog punjenja zavisi od radnog pritiska sistema i sigurnosne zapremine barijerne tečnosti u akumulatorima. Pritisak prethodnog punjenja također zavisi od temperature gasa u mehuru. Napomena: pritisak prethodnog punjenja se podešava samo pri početnom puštanju sistema u rad i neće se podešavati tokom stvarnog rada.

Pritisak gasa u rezervoaru će varirati u zavisnosti od temperature gasa. U većini slučajeva, temperatura gasa će pratiti temperaturu okoline na mjestu instalacije. Primjene u regijama gdje postoje velike dnevne i sezonske promjene temperature će iskusiti velike oscilacije pritiska sistema.

Potrošnja barijerne tekućineTokom rada, mehaničke brtve će trošiti barijernu tekućinu zbog normalnog curenja brtve. Ova barijerna tekućina se dopunjuje tekućinom u akumulatoru, što rezultira širenjem plina u mjehuru i smanjenjem pritiska u sistemu. Ove promjene su funkcija veličine akumulatora, stope curenja brtve i željenog intervala održavanja sistema (npr. 28 dana).

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

Prvi široko objavljeni set inženjerskih proračuna za sisteme prema Planu 53B pojavio se u API 682, četvrtom izdanju. Aneks F pruža detaljne upute o tome kako odrediti pritiske i zapremine za ovaj plan cjevovoda. Jedan od najkorisnijih zahtjeva API 682 je kreiranje standardne natpisne pločice za akumulatore s mjehurima (API 682, četvrto izdanje, Tabela 10). Ova natpisna pločica sadrži tabelu koja prikazuje pritiske predpunjenja, dopune i alarma za sistem u rasponu temperaturnih uslova okoline na mjestu primjene. Napomena: tabela u standardu je samo primjer i stvarne vrijednosti će se značajno promijeniti kada se primijene na određenu terensku primjenu.

Jedna od osnovnih pretpostavki sa Slike 2 je da se očekuje da Plan cjevovoda 53B radi kontinuirano i bez promjene početnog pritiska predpunjenja. Također postoji pretpostavka da sistem može biti izložen cijelom rasponu temperature okoline u kratkom vremenskom periodu. To ima značajne implikacije na dizajn sistema i zahtijeva da sistem radi na pritisku većem od drugih planova cjevovoda sa dvostrukim zaptivanjem.

Koristeći Sliku 2 kao referencu, primjer primjene je instaliran na lokaciji gdje je temperatura okoline između -17°C (1°F) i 70°C (158°F). Gornja granica ovog raspona čini se nerealno visokom, ali također uključuje efekte solarnog zagrijavanja akumulatora koji je izložen direktnoj sunčevoj svjetlosti. Redovi u tabeli predstavljaju temperaturne intervale između najviše i najniže vrijednosti.

Kada krajnji korisnik upravlja sistemom, dodavat će pritisak barijerne tečnosti sve dok se ne dostigne pritisak dopunjavanja na trenutnoj temperaturi okoline. Pritisak alarma je pritisak koji ukazuje da krajnji korisnik treba dodati dodatnu barijernu tečnost. Na 25°C (77°F), operater bi prethodno napunio akumulator na 30,3 bara (440 PSIG), alarm bi bio postavljen na 30,7 bara (445 PSIG), a operater bi dodavao barijernu tečnost dok pritisak ne dostigne 37,9 bara (550 PSIG). Ako se temperatura okoline smanji na 0°C (32°F), tada će pritisak alarma pasti na 28,1 bar (408 PSIG), a pritisak dopunjavanja na 34,7 bara (504 PSIG).

U ovom scenariju, pritisak alarma i pritiska dopunjavanja se mijenjaju, ili plutaju, u skladu sa temperaturom okoline. Ovaj pristup se često naziva strategijom plutajućeg-plutajućeg. I alarm i pritisak dopunjavanja "plutaju". To rezultira najnižim radnim pritiscima za sistem zaptivanja. Međutim, ovo postavlja dva specifična zahtjeva pred krajnjeg korisnika; određivanje ispravnog pritiska alarma i pritiska dopunjavanja. Pritisak alarma za sistem je funkcija temperature i ovaj odnos mora biti programiran u DCS sistemu krajnjeg korisnika. Pritisak dopunjavanja će također zavisiti od temperature okoline, tako da će operater morati pogledati natpisnu pločicu kako bi pronašao ispravan pritisak za trenutne uslove.

Neki krajnji korisnici zahtijevaju jednostavniji pristup i žele strategiju u kojoj su i alarmni pritisak i pritisak dopunjavanja konstantni (ili fiksni) i nezavisni od temperature okoline. Strategija fiksno-fiksno krajnjem korisniku pruža samo jedan pritisak za dopunjavanje sistema i jedinu vrijednost za alarmiranje sistema. Nažalost, ovaj uslov mora pretpostaviti da je temperatura na maksimalnoj vrijednosti, jer proračuni kompenziraju pad temperature okoline sa maksimalne na minimalnu temperaturu. To rezultira radom sistema na višim pritiscima. U nekim primjenama, korištenje strategije fiksno-fiksno može rezultirati promjenama u dizajnu zaptivke ili MAWP ocjenama za druge komponente sistema kako bi se nosile s povišenim pritiscima.

Drugi krajnji korisnici će primijeniti hibridni pristup s fiksnim pritiskom alarma i promjenjivim pritiskom dopunjavanja. Ovo može smanjiti radni pritisak, a istovremeno pojednostaviti postavke alarma. Odluka o ispravnoj strategiji alarma treba se donijeti tek 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 sunčevim zračenjem može značajno povećati maksimalnu temperaturu akumulatora za proračune dizajna. Postavljanje akumulatora u sjenu ili izgradnja zaštitnog štita od sunca za akumulator može eliminirati solarno zagrijavanje i smanjiti maksimalnu temperaturu u proračunima.

U gornjim opisima, termin temperatura okoline se koristi za predstavljanje temperature gasa u mjehuru. U uslovima stabilne ili sporo promjenjive temperature okoline, ovo je razumna pretpostavka. Ako postoje velike oscilacije temperature okoline između dana i noći, izolacija akumulatora može ublažiti efektivne oscilacije temperature mjehura, što rezultira stabilnijim radnim temperaturama.

Ovaj pristup se može proširiti na korištenje toplotnog praćenja i izolacije na akumulatoru. Kada se ovo pravilno primijeni, akumulator će raditi na jednoj temperaturi bez obzira na dnevne ili sezonske promjene temperature okoline. Ovo je možda najvažnija opcija pojedinačnog dizajna koju treba razmotriti u područjima s velikim temperaturnim varijacijama. Ovaj pristup ima veliku instaliranu bazu na terenu i omogućio je korištenje Plana 53B na lokacijama gdje to ne bi bilo moguće s toplotnim praćenjem.

Krajnji korisnici koji razmatraju korištenje Plana cjevovoda 53B trebaju biti svjesni da ovaj plan cjevovoda nije samo Plan cjevovoda 53A s 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 proizlazi iz nerazumijevanja sistema. Proizvođači originalne opreme za zaptivke mogu pripremiti detaljniju analizu za određenu primjenu i mogu pružiti pozadinu potrebnu da pomognu krajnjem korisniku da pravilno specificira i upravlja ovim sistemom.