Razmatranja pri odabiru brtve – ugradnja dvostrukih mehaničkih brtvi visokog pritiska

Raspored 3 mehaničke brtve sudvostruke brtvegdje se šupljina zaporne tekućine između brtvi održava na tlaku većem od tlaka u brtvenoj komori. Tijekom vremena, industrija je razvila nekoliko strategija za stvaranje okruženja visokog tlaka potrebnog za ove brtve. Ove su strategije sadržane u planovima cjevovoda mehaničke brtve. Dok mnogi od ovih planova služe sličnim funkcijama, radne karakteristike svakog mogu biti vrlo različite i utjecat će na sve aspekte sustava za brtvljenje.

Plan cjevovoda 53B, kako ga definira API 682, je plan cjevovoda koji stvara tlak u zapornoj tekućini s dušikom napunjenim mjehurastim akumulatorom. Mjehur pod tlakom djeluje izravno na zapornu tekućinu, stvarajući tlak u cijelom sustavu brtvljenja. Mjehur sprječava izravan kontakt između plina pod pritiskom i zaporne tekućine eliminirajući apsorpciju plina u tekućinu. To omogućuje da se Plan cjevovoda 53B koristi u primjenama s višim tlakom nego Plan cjevovoda 53A. Samostalna priroda akumulatora također eliminira potrebu za stalnom opskrbom dušikom, što sustav čini idealnim za udaljene instalacije.

Prednosti akumulatora mjehura su, međutim, kompenzirane nekim radnim karakteristikama sustava. Tlak plana cjevovoda 53B određen je izravno tlakom plina u mjehuru. Taj se tlak može dramatično promijeniti zbog nekoliko varijabli.

Mjehur u akumulatoru mora biti prethodno napunjen prije dodavanja zaporne tekućine u sustav. Time se stvara temelj za sve buduće proračune i interpretacije rada sustava. Stvarni predtlak ovisi o radnom tlaku sustava i sigurnosnom volumenu zaporne tekućine u akumulatorima. Tlak predpunjenja također ovisi o temperaturi plina u mjehuru. Napomena: tlak predpunjenja postavlja se samo pri prvom puštanju sustava u rad i neće se podešavati tijekom stvarnog rada.

Tlak plina u mjehuru varirat će ovisno o temperaturi plina. U većini slučajeva, temperatura plina pratit će temperaturu okoline na mjestu instalacije. Primjene u regijama gdje postoje velike dnevne i sezonske promjene u temperaturama doživjet će velike promjene tlaka u sustavu.

Potrošnja barijerne tekućineTijekom rada, mehaničke brtve će trošiti zapornu tekućinu kroz normalno curenje brtve. Ova barijerna tekućina se nadopunjuje tekućinom u akumulatoru, što rezultira širenjem plina u mjehuru i smanjenjem tlaka u sustavu. Ove promjene su funkcija veličine akumulatora, stope curenja brtve i željenog intervala održavanja za sustav (npr. 28 dana).

Promjena tlaka u sustavu primarni je način na koji krajnji korisnik prati rad brtve. Tlak se također koristi za stvaranje alarma za održavanje i otkrivanje kvarova brtvila. Međutim, tlakovi će se neprestano mijenjati dok sustav radi. Kako bi korisnik trebao postaviti tlakove u sustavu Plan 53B? Kada je potrebno dodati barijernu tekućinu? Koliko tekućine treba dodati?

Prvi naširoko objavljen skup inženjerskih proračuna za sustave Plan 53B pojavio se u četvrtom izdanju API 682. Dodatak F daje upute korak po korak o tome kako odrediti tlakove i volumene za ovaj plan cjevovoda. Jedan od najkorisnijih zahtjeva API-ja 682 je izrada standardne natpisne pločice za mjehuraste akumulatore (API 682 četvrto izdanje, tablica 10). Ova natpisna pločica sadrži tablicu koja prikazuje tlakove predpunjenja, ponovnog punjenja i alarmne tlakove za sustav u rasponu uvjeta temperature okoline na mjestu primjene. Napomena: tablica u standardu samo je primjer i da će se stvarne vrijednosti značajno promijeniti kada se primijene na određenu primjenu na terenu.

Jedna od osnovnih pretpostavki na slici 2 je da se očekuje da Plan cjevovoda 53B radi kontinuirano i bez promjene početnog tlaka pred punjenje. Također postoji pretpostavka da sustav može biti izložen cijelom rasponu temperature okoline tijekom kratkog vremenskog razdoblja. Oni imaju značajne implikacije u dizajnu sustava i zahtijevaju da sustav radi pri tlaku većem od ostalih planova cjevovoda s dvostrukom brtvom.

Koristeći sliku 2 kao referencu, primjer aplikacije instaliran je na mjestu gdje je temperatura okoline između -17°C (1°F) i 70°C (158°F). Čini se da je gornja granica ovog raspona nerealno visoka, ali uključuje i učinke solarnog zagrijavanja akumulatora koji je izložen izravnoj sunčevoj svjetlosti. Redovi u tablici predstavljaju temperaturne intervale između najviših i najnižih vrijednosti.

Kada krajnji korisnik upravlja sustavom, dodavat će tlak zaporne tekućine dok se ne postigne tlak ponovnog punjenja pri trenutnoj temperaturi okoline. Tlak alarma je tlak koji pokazuje da krajnji korisnik treba dodati dodatnu tekućinu za zatvaranje. 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 tekućinu za zatvaranje dok tlak ne dosegne 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 tlak ponovnog punjenja mijenjaju se ili plutaju kao odgovor na temperaturu okoline. Ovaj se pristup često naziva plutajuća strategija. I alarm i punjenje "plutaju". To rezultira najnižim radnim tlakom za sustav brtvljenja. Ovo, međutim, krajnjem korisniku postavlja dva posebna zahtjeva; određivanje ispravnog tlaka alarma i tlaka punjenja. Tlak alarma za sustav je funkcija temperature i ovaj odnos mora biti programiran u DCS sustavu krajnjeg korisnika. Tlak dopunjavanja također će ovisiti o temperaturi okoline, tako da će operater morati pogledati natpisnu pločicu kako bi pronašao točan tlak za trenutne uvjete.

Neki krajnji korisnici zahtijevaju jednostavniji pristup i žele strategiju u kojoj su i tlak alarma i tlak dopunjavanja konstantni (ili fiksni) i neovisni o temperaturama okoline. Strategija fiksno-fiksno daje krajnjem korisniku samo jedan pritisak za ponovno punjenje sustava i samo vrijednost za alarmiranje sustava. Nažalost, ovaj uvjet mora pretpostaviti da je temperatura na maksimalnoj vrijednosti, budući da izračuni kompenziraju pad temperature okoline s maksimalne na minimalnu temperaturu. Zbog toga sustav radi na višim tlakovima. U nekim primjenama korištenje fiksno-fiksne strategije može rezultirati promjenama u dizajnu brtve ili MAWP ocjenama za druge komponente sustava kako bi se nosile s povišenim pritiscima.

Ostali krajnji korisnici će primijeniti hibridni pristup s fiksnim tlakom alarma i plutajućim tlakom dopune. To može smanjiti radni tlak uz pojednostavljenje postavki alarma. Odluku o ispravnoj strategiji alarma treba donijeti tek nakon razmatranja uvjeta primjene, raspona temperature okoline i zahtjeva krajnjeg korisnika.

Postoje neke izmjene u dizajnu Plana cjevovoda 53B koje mogu pomoći u ublažavanju nekih od ovih izazova. Grijanje od sunčevog zračenja može znatno povećati maksimalnu temperaturu akumulatora za projektne proračune. Postavljanjem akumulatora u sjenu ili izgradnjom zaštite od sunca za akumulator može se eliminirati solarno zagrijavanje i smanjiti maksimalna temperatura u proračunima.

U gornjim opisima, izraz temperatura okoline koristi se za predstavljanje temperature plina u mjehuru. U stacionarnim uvjetima ili uvjetima temperature okoline koji se sporo mijenjaju, ovo je razumna pretpostavka. Ako postoje velike promjene u uvjetima temperature okoline između dana i noći, izolacija akumulatora može ublažiti efektivne promjene temperature mjehura, što rezultira stabilnijim radnim temperaturama.

Ovaj se pristup može proširiti na korištenje toplinskog 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 pojedinačna opcija 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 mjestima koja ne bi bila moguća uz grijanje.

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 sustava, puštanja u rad, rada i održavanja plana 53B jedinstven je za ovaj plan cjevovoda. Većina frustracija koje su iskusili krajnji korisnici dolazi zbog nerazumijevanja sustava. Seal OEM-ovi mogu pripremiti detaljniju analizu za određenu primjenu i mogu pružiti pozadinu potrebnu za pomoć krajnjem korisniku da pravilno specificira i upravlja ovim sustavom.