Att tänka på vid val av tätning – Installation av dubbla mekaniska högtryckstätningar

Arrangemang 3 mekaniska tätningar ärdubbla tätningardär barriärvätskekaviteten mellan tätningarna hålls vid ett tryck som är högre än tätningskammarens tryck. Med tiden har industrin utvecklat flera strategier för att skapa den högtrycksmiljö som krävs för dessa tätningar. Dessa strategier återges i den mekaniska tätningens rörledningsplaner. Även om många av dessa planer tjänar liknande funktioner, kan driftsegenskaperna för varje vara mycket olika och kommer att påverka alla aspekter av tätningssystemet.

Rörledningsplan 53B, enligt definitionen i API 682, är en rörledningsplan som trycksätter barriärvätskan med en kvävefylld blåsackumulator. Den trycksatta blåsan verkar direkt på barriärvätskan och trycksätter hela tätningssystemet. Blåsan förhindrar direkt kontakt mellan tryckgasen och barriärvätskan, vilket eliminerar absorptionen av gas i vätskan. Detta gör att rörledningsplan 53B kan användas i applikationer med högre tryck än rörledningsplan 53A. Ackumulatorns slutna natur eliminerar också behovet av konstant kvävetillförsel, vilket gör systemet idealiskt för fjärrinstallationer.

Fördelarna med blåsackumulatorn motverkas dock av vissa av systemets driftsegenskaper. Trycket i en Piping Plan 53B bestäms direkt av gastrycket i blåsan. Detta tryck kan förändras dramatiskt på grund av flera variabler.

Blåsan i ackumulatorn måste förfyllas innan barriärvätska tillsätts i systemet. Detta skapar grunden för alla framtida beräkningar och tolkningar av systemets drift. Det faktiska förladdningstrycket beror på systemets driftstryck och säkerhetsvolymen för barriärvätska i ackumulatorerna. Förladdningstrycket är också beroende av gastemperaturen i blåsan. Obs: förladdningstrycket ställs endast in vid systemets första driftsättning och justeras inte under faktisk drift.

Gastrycket i blåsan varierar beroende på gasens temperatur. I de flesta fall följer gasens temperatur omgivningstemperaturen på installationsplatsen. Tillämpningar i regioner med stora dagliga och säsongsbetonade temperaturförändringar kommer att uppleva stora svängningar i systemtrycket.

Förbrukning av barriärvätskaUnder drift kommer de mekaniska tätningarna att förbruka barriärvätska genom normalt tätningsläckage. Denna barriärvätska fylls på av vätskan i ackumulatorn, vilket resulterar i en expansion av gasen i blåsan och en minskning av systemtrycket. Dessa förändringar är en funktion av ackumulatorns storlek, tätningens läckagehastigheter och önskat underhållsintervall för systemet (t.ex. 28 dagar).

Förändringen i systemtrycket är det primära sättet som slutanvändaren spårar tätningarnas prestanda. Tryck används också för att skapa underhållslarm och för att upptäcka tätningsfel. Trycket kommer dock att förändras kontinuerligt medan systemet är i drift. Hur ska användaren ställa in trycket i Plan 53B-systemet? När är det nödvändigt att tillsätta barriärvätska? Hur mycket vätska ska tillsättas?

Den första allmänt publicerade uppsättningen tekniska beräkningar för Plan 53B-system publicerades i API 682, fjärde upplagan. Bilaga F ger steg-för-steg-instruktioner om hur man bestämmer tryck och volymer för denna rörledningsplan. Ett av de mest användbara kraven i API 682 är skapandet av en standardnamnskylt för blåsackumulatorer (API 682, fjärde upplagan, tabell 10). Denna namnskylt innehåller en tabell som visar förladdnings-, påfyllnings- och larmtryck för systemet över omgivningstemperaturförhållandena på applikationsplatsen. Observera: tabellen i standarden är bara ett exempel och de faktiska värdena kommer att ändras avsevärt när de tillämpas på en specifik fältapplikation.

Ett av de grundläggande antagandena i figur 2 är att rörledningsplan 53B förväntas fungera kontinuerligt och utan att ändra det initiala förtrycket. Det finns också ett antagande att systemet kan utsättas för ett helt omgivningstemperaturområde under en kort tidsperiod. Dessa har betydande konsekvenser för systemdesignen och kräver att systemet drivs vid ett tryck som är högre än andra rörledningsplaner med dubbel tätning.

Med figur 2 som referens installeras exempelapplikationen på en plats där omgivningstemperaturen ligger mellan -17 °C (1 °F) och 70 °C (158 °F). Den övre delen av detta intervall verkar vara orealistiskt hög, men den inkluderar även effekterna av soluppvärmning av en ackumulator som utsätts för direkt solljus. Raderna i tabellen representerar temperaturintervall mellan de högsta och lägsta värdena.

När slutanvändaren använder systemet kommer de att öka barriärvätsketrycket tills påfyllningstrycket uppnås vid den aktuella omgivningstemperaturen. Larmtrycket är det tryck som indikerar att slutanvändaren behöver tillsätta ytterligare barriärvätska. Vid 25 °C (77 °F) skulle operatören förfylla ackumulatorn till 30,3 bar (440 PSIG), larmet skulle ställas in på 30,7 bar (445 PSIG) och operatören skulle tillsätta barriärvätska tills trycket når 37,9 bar (550 PSIG). Om omgivningstemperaturen sjunker till 0 °C (32 °F) kommer larmtrycket att sjunka till 28,1 bar (408 PSIG) och påfyllningstrycket till 34,7 bar (504 PSIG).

I detta scenario ändras, eller flyter, både larm- och påfyllningstrycket som svar på omgivningstemperaturen. Denna metod kallas ofta för en flytande-flytande strategi. Både larm- och påfyllningstrycket "flyter". Detta resulterar i de lägsta driftstrycken för tätningssystemet. Detta ställer dock två specifika krav på slutanvändaren; att bestämma korrekt larmtryck och påfyllningstryck. Larmtrycket för systemet är en funktion av temperaturen och detta förhållande måste programmeras in i slutanvändarens DCS-system. Påfyllningstrycket beror också på omgivningstemperaturen, så operatören måste hänvisa till typskylten för att hitta rätt tryck för de aktuella förhållandena.

Vissa slutanvändare kräver en enklare metod och önskar en strategi där både larmtrycket och påfyllningstrycket är konstanta (eller fasta) och oberoende av omgivningstemperaturer. Strategin med fast-fast-funktion ger slutanvändaren endast ett tryck för påfyllning av systemet och enda värde för att larma systemet. Tyvärr måste detta villkor förutsätta att temperaturen är vid det maximala värdet, eftersom beräkningarna kompenserar för att omgivningstemperaturen sjunker från den maximala till den minimala temperaturen. Detta resulterar i att systemet arbetar vid högre tryck. I vissa tillämpningar kan användning av en strategi med fast-fast-funktion resultera i förändringar i tätningsdesignen eller MAWP-värdena för andra systemkomponenter för att hantera de förhöjda trycken.

Andra slutanvändare kommer att tillämpa en hybridmetod med ett fast larmtryck och ett flytande påfyllningstryck. Detta kan minska driftstrycket samtidigt som larminställningarna förenklas. Beslutet om rätt larmstrategi bör endast fattas efter att ha beaktat tillämpningsförhållandena, omgivningstemperaturintervallet och slutanvändarens krav.

Det finns vissa modifieringar i utformningen av rörledningsplan 53B som kan bidra till att mildra några av dessa utmaningar. Uppvärmning från solstrålning kan avsevärt öka ackumulatorns maximala temperatur för konstruktionsberäkningar. Att placera ackumulatorn i skuggan eller bygga ett solskydd för ackumulatorn kan eliminera soluppvärmning och minska den maximala temperaturen i beräkningarna.

I beskrivningarna ovan används termen omgivningstemperatur för att representera temperaturen på gasen i urinblåsan. Under stationära eller långsamt föränderliga omgivningstemperaturförhållanden är detta ett rimligt antagande. Om det finns stora variationer i omgivningstemperaturförhållandena mellan dag och natt kan isolering av ackumulatorn moderera urinblåsans effektiva temperatursvängningar, vilket resulterar i mer stabila driftstemperaturer.

Denna metod kan utökas till att använda värmespårning och isolering på ackumulatorn. När detta tillämpas korrekt kommer ackumulatorn att arbeta vid en viss temperatur oavsett dagliga eller säsongsbetonade förändringar i omgivningstemperaturen. Detta är kanske det viktigaste enskilda designalternativet att överväga i områden med stora temperaturvariationer. Denna metod har en stor installerad bas i fält och har gjort det möjligt att använda Plan 53B på platser som inte skulle ha varit möjliga med värmespårning.

Slutanvändare som funderar på att använda en rörledningsplan 53B bör vara medvetna om att denna rörledningsplan inte bara är en rörledningsplan 53A med en ackumulator. Praktiskt taget varje aspekt av systemdesign, driftsättning, drift och underhåll av en plan 53B är unik för denna rörledningsplan. De flesta av de frustrationer som slutanvändare har upplevt kommer från bristande förståelse för systemet. Tätningstillverkare kan utarbeta en mer detaljerad analys för en specifik applikation och kan ge den bakgrund som krävs för att hjälpa slutanvändaren att korrekt specificera och använda detta system.