Överväganden vid val av tätningar – Installation av dubbla högtryckstätningar

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

Rörplan 53B, som definieras av API 682, är en rörplan som trycksätter barriärvätskan med en kväveladdad blåsackumulator. Den trycksatta blåsan verkar direkt på barriärvätskan och sätter hela tätningssystemet under tryck. Blåsan förhindrar direkt kontakt mellan tryckgasen och barriärvätskan, vilket eliminerar absorptionen av gas i vätskan. Detta gör att Piping Plan 53B kan användas i applikationer med högre tryck än Piping Plan 53A. Ackumulatorns fristående karaktär eliminerar också behovet av konstant kvävetillförsel, vilket gör systemet idealiskt för fjärrinstallationer.

Fördelarna med blåsackumulatorn uppvägs dock av några av systemets driftsegenskaper. En Piping Plan 53B:s tryck bestäms direkt av trycket från gasen i blåsan. Detta tryck kan förändras dramatiskt på grund av flera variabler.

Blåsan i ackumulatorn måste förladdas innan barriärvätska tillsätts i systemet. Detta skapar underlag för alla framtida beräkningar och tolkningar av systemdriften. Det faktiska förladdningstrycket beror på drifttrycket för systemet och säkerhetsvolymen av barriärvätska i ackumulatorerna. Förladdningstrycket är också beroende av temperaturen på gasen i blåsan. Observera: förladdningstrycket ställs endast in vid den första idrifttagningen av systemet och kommer inte att justeras under faktisk drift.

Gasens tryck i blåsan kommer att variera beroende på gasens temperatur. I de flesta fall kommer gasens temperatur att spåra den omgivande temperaturen på installationsplatsen. Tillämpningar i regioner där det finns stora dagliga och säsongsbetonade temperaturförändringar kommer att uppleva stora svängningar i systemtrycket.

BarriärvätskeförbrukningUnder 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, tätningsläckaget och det önskade underhållsintervallet för systemet (t.ex. 28 dagar).

Förändringen i systemtrycket är det primära sättet som slutanvändaren spårar tätningsprestanda. Tryck används också för att skapa underhållslarm och för att upptäcka tätningsfel. Trycken kommer dock att förändras kontinuerligt medan systemet är i drift. Hur ska användaren ställa in trycken 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 dök upp i API 682 fjärde upplagan. Bilaga F innehåller steg-för-steg-instruktioner om hur man bestämmer tryck och volymer för denna rörledningsplan. Ett av de mest användbara kraven för API 682 är skapandet av en standardnamnskylt för blåsackumulatorer (API 682 fjärde upplagan, tabell 10). Denna märkskylt innehåller en tabell som registrerar förladdnings-, påfyllnings- och larmtrycken för systemet över intervallet av omgivningstemperaturförhållanden på applikationsplatsen. Notera: tabellen i standarden är bara ett exempel och att de faktiska värdena kommer att förändras avsevärt när de tillämpas på en specifik fältapplikation.

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

Med hjälp av figur 2 som referens installeras exempelapplikationen på en plats där den omgivande temperaturen är mellan -17°C (1°F) och 70°C (158°F). Den övre delen av detta intervall verkar vara orealistiskt högt, men det inkluderar också effekterna av solvärmning av en ackumulator som utsätts för direkt solljus. Raderna i tabellen representerar temperaturintervall mellan högsta och lägsta värden.

När slutanvändaren använder systemet kommer de att lägga till barriärvätsketryck 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 förladda ackumulatorn till 30,3 bar (440 PSIG), larmet skulle ställas in på 30,7 bar (445 PSIG), och operatören skulle tillsätta barriärvätska tills trycket nåddes 37,9 bar (550 PSIG). Om den omgivande temperaturen sjunker till 0°C (32°F), kommer larmtrycket att sjunka till 28,1 bar (408 PSIG) och återfyllningstrycket till 34,7 bar (504 PSIG).

I det här scenariot ändras eller flyter både larm- och påfyllningstrycken som svar på omgivningstemperaturerna. Detta tillvägagångssätt kallas ofta för en flytande-flytande strategi. Både larmet och påfyllningen "flyter". Detta resulterar i de lägsta driftstrycken för tätningssystemet. Detta ställer dock två specifika krav på slutanvändaren; bestämma rätt larmtryck och påfyllningstryck. Larmtrycket för systemet är en funktion av temperaturen och detta förhållande måste programmeras in i slutanvändarens DCS-system. Påfyllningstrycket kommer också att bero på omgivningstemperaturen, så operatören måste hänvisa till namnskylten för att hitta rätt tryck för de aktuella förhållandena.

Vissa slutanvändare kräver ett enklare tillvägagångssätt och önskar en strategi där både larmtrycket och påfyllningstrycken är konstanta (eller fasta) och oberoende av omgivningstemperaturerna. Den fast-fasta strategin ger slutanvändaren endast ett tryck för att fylla på systemet och endast värde för att larma systemet. Tyvärr måste detta villkor förutsätta att temperaturen är på maxvärdet, eftersom beräkningarna kompenserar för att omgivningstemperaturen sjunker från max- till lägstatemperaturen. Detta resulterar i att systemet arbetar vid högre tryck. I vissa applikationer kan användning av en fast fast strategi resultera i förändringar i tätningsdesignen eller MAWP-klassificeringarna för andra systemkomponenter för att hantera de förhöjda trycken.

Andra slutanvändare kommer att tillämpa en hybridmetod med ett fast larmtryck och flytande påfyllningstryck. Detta kan minska driftstrycket samtidigt som larminställningarna förenklas. Beslutet om den korrekta larmstrategin bör endast fattas efter att ha beaktat applikationsförhållandena, omgivningstemperaturområdet och slutanvändarens krav.

Det finns några ändringar i utformningen av Piping Plan 53B som kan hjälpa till att mildra några av dessa utmaningar. Uppvärmning från solstrålning kan kraftigt öka ackumulatorns maximala temperatur för designberäkningar. Att placera ackumulatorn i skugga eller konstruera ett solskydd för ackumulatorn kan eliminera solvärme och minska maxtemperaturen i beräkningarna.

I beskrivningarna ovan används termen omgivningstemperatur för att representera temperaturen på gasen i blåsan. Under konstant tillstånd eller långsamt föränderliga omgivningstemperaturförhållanden är detta ett rimligt antagande. Om det finns stora svängningar i omgivningstemperaturförhållandena mellan dag och natt, kan isolering av ackumulatorn dämpa de effektiva temperatursvängningarna i blåsan, vilket resulterar i stabilare driftstemperaturer.

Detta tillvägagångssätt kan utvidgas till att använda värmespårning och isolering på ackumulatorn. När detta är korrekt tillämpat kommer ackumulatorn att arbeta vid en temperatur oavsett de dagliga eller säsongsbetonade förändringarna i omgivningstemperaturen. Detta är kanske det viktigaste enskilda designalternativet att överväga i områden med stora temperaturvariationer. Detta tillvägagångssätt har en stor installerad bas i fältet och har gjort att Plan 53B kan användas på platser som inte skulle ha varit möjliga med värmespårning.

Slutanvändare som överväger att använda en Piping Plan 53B bör vara medveten om att denna Piping Plan inte bara är en Piping Plan 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 en bristande förståelse för systemet. Seal OEM kan förbereda en mer detaljerad analys för en specifik applikation och kan tillhandahålla den bakgrund som krävs för att hjälpa slutanvändaren att korrekt specificera och använda detta system.