Razmatranja za odabir brtve – Ugradnja dvostrukih mehaničkih brtvi visokog tlaka

Mehaničke brtve rasporeda 3 sudvostruke brtvegdje se šupljina barijerne tekućine između brtvi održava pod tlakom većim od tlaka u komori brtve. Tijekom vremena, industrija je razvila nekoliko strategija za stvaranje visokotlačnog okruženja potrebnog za ove brtve. Ove strategije su obuhvaćene planovima cjevovoda mehaničkih brtvi. Iako mnogi od ovih planova služe sličnim funkcijama, radne karakteristike svakog od njih mogu biti vrlo različite i utjecat će na sve aspekte sustava brtvljenja.

Plan cjevovoda 53B, kako je definirano u API 682, je plan cjevovoda koji tlači barijernu tekućinu pomoću akumulatora mjehura napunjenog dušikom. Mjehur pod tlakom djeluje izravno na barijeru, tlačeći cijeli sustav brtvljenja. Mjehur sprječava izravan kontakt između plina pod tlakom i barijerne tekućine, eliminirajući apsorpciju plina u tekućinu. To omogućuje korištenje plana cjevovoda 53B 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.

Međutim, prednosti akumulatora u mjehuru poništavaju neke radne karakteristike sustava. Tlak u cjevovodu prema planu 53B izravno je određen tlakom plina u mjehuru. Taj se tlak može dramatično mijenjati zbog nekoliko varijabli.

Mjehur u akumulatoru mora se prethodno napuniti prije nego što se u sustav doda tekućina za zaštitu od pregrijavanja. To stvara osnovu za sve buduće izračune i tumačenja rada sustava. Stvarni tlak predpunjenja ovisi o radnom tlaku sustava i sigurnosnom volumenu tekućine za zaštitu od pregrijavanja u akumulatorima. Tlak predpunjenja također ovisi o temperaturi plina u mjehuru. Napomena: tlak predpunjenja postavlja se samo pri početnom 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 s velikim dnevnim i sezonskim promjenama temperature doživjet će velike oscilacije tlaka sustava.

Potrošnja zaštitne tekućineTijekom rada, mehaničke brtve troše zapornu tekućinu zbog normalnog propuštanja brtve. Ovu zapornu tekućinu nadopunjuje tekućina u akumulatoru, što rezultira širenjem plina u mjehuru i smanjenjem tlaka u sustavu. Ove promjene ovise o veličini akumulatora, stopi propuštanja brtve i željenom intervalu održavanja sustava (npr. 28 dana).

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

Prvi široko objavljeni skup inženjerskih izračuna za sustave prema Planu 53B pojavio se u API 682, četvrtom izdanju. Prilog F pruža detaljne upute o tome kako odrediti tlakove i volumene za ovaj plan cjevovoda. Jedan od najkorisnijih zahtjeva API 682 je izrada standardne natpisne pločice za akumulatore mjehura (API 682, četvrto izdanje, tablica 10). Ova natpisna pločica sadrži tablicu koja prikazuje tlakove predpunjenja, ponovnog punjenja i alarma za sustav u rasponu uvjeta temperature okoline na mjestu primjene. Napomena: tablica u standardu je samo primjer i stvarne vrijednosti će se značajno promijeniti kada se primijene na određenu terensku primjenu.

Jedna od osnovnih pretpostavki na slici 2 jest da se očekuje da će cjevovodni plan 53B raditi kontinuirano i bez promjene početnog predtlaka. Također se pretpostavlja da sustav može biti izložen cijelom rasponu temperature okoline tijekom kratkog vremenskog razdoblja. To ima značajne implikacije na dizajn sustava i zahtijeva da sustav radi pod tlakom većim od drugih cjevovodnih planova s ​​dvostrukim brtvljenjem.

Koristeći Sliku 2 kao referencu, primjer primjene je instaliran na mjestu 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 učinke solarnog zagrijavanja akumulatora koji je izložen izravnoj sunčevoj svjetlosti. Redci u tablici predstavljaju temperaturne intervale između najviše i najniže vrijednosti.

Kada krajnji korisnik upravlja sustavom, dodavat će tlak tekućine za zaštitu dok se ne postigne tlak punjenja na trenutnoj temperaturi okoline. Tlak alarma je tlak koji ukazuje da krajnji korisnik treba dodati dodatnu tekućinu za zaštitu. 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 zaštitu 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 bar (408 PSIG), a tlak 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 pristup se često naziva strategijom plutajućeg plutanja. I alarm i tlak ponovnog punjenja "plutaju". To rezultira najnižim radnim tlakovima za sustav brtvljenja. Međutim, to krajnjem korisniku postavlja dva specifična zahtjeva; određivanje ispravnog tlaka alarma i tlaka ponovnog punjenja. Tlak alarma za sustav ovisi o temperaturi i taj odnos mora biti programiran u DCS sustavu krajnjeg korisnika. Tlak ponovnog punjenja također će ovisiti o temperaturi okoline, pa će operater morati pogledati natpisnu pločicu kako bi pronašao ispravan tlak za trenutne uvjete.

Neki krajnji korisnici zahtijevaju jednostavniji pristup i žele strategiju u kojoj su i tlak alarma i tlak ponovnog punjenja konstantni (ili fiksni) i neovisni o temperaturi okoline. Strategija fiksno-fiksno krajnjem korisniku pruža samo jedan tlak za ponovno punjenje sustava i jedinu 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. To rezultira radom sustava na višim tlakovima. U nekim primjenama, korištenje strategije fiksno-fiksno može rezultirati promjenama u dizajnu brtve ili MAWP ocjenama za druge komponente sustava kako bi se nosile s povišenim tlakovima.

Drugi krajnji korisnici primijenit će hibridni pristup s fiksnim tlakom alarma i promjenjivim tlakom dopunjavanja. To može smanjiti radni tlak, a istovremeno pojednostaviti postavke alarma. Odluka o ispravnoj strategiji alarma treba se 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. Zagrijavanje sunčevim zračenjem može uvelike povećati maksimalnu temperaturu akumulatora za proračune dizajna. Postavljanje akumulatora u sjenu ili izgradnja zaštitne zaštite za akumulator može eliminirati solarno zagrijavanje i smanjiti maksimalnu temperaturu u izračunima.

U gornjim opisima, pojam temperatura okoline koristi se za predstavljanje temperature plina u mjehuru. U stacionarnim ili sporo promjenjivim uvjetima 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 može se proširiti na korištenje toplinskog praćenja i izolacije na akumulatoru. Kada se to 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 uzeti u obzir 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 toplinskim 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 sustava, puštanja u pogon, rada i održavanja Plana 53B jedinstven je za ovaj plan cjevovoda. Većina frustracija koje su krajnji korisnici iskusili proizlazi iz nerazumijevanja sustava. Proizvođači originalne opreme za brtvljenje mogu pripremiti detaljniju analizu za određenu primjenu i mogu pružiti pozadinu potrebnu za pomoć krajnjem korisniku u pravilnoj specifikaciji i upravljanju ovim sustavom.