Overwegingen bij de keuze van afdichtingen – Installatie van dubbele mechanische hogedrukafdichtingen

Opstelling 3 mechanische afdichtingen zijndubbele afdichtingenwaarbij de barrièrevloeistofholte tussen de afdichtingen op een druk wordt gehouden die groter is dan de druk in de afdichtingskamer. In de loop van de tijd heeft de industrie verschillende strategieën ontwikkeld om de hogedrukomgeving te creëren die nodig is voor deze afdichtingen. Deze strategieën zijn vastgelegd in de leidingplannen van de mechanische afdichting. Hoewel veel van deze plannen soortgelijke functies vervullen, kunnen de werkingskenmerken van elk zeer verschillend zijn en van invloed zijn op alle aspecten van het afdichtingssysteem.

Leidingplan 53B, zoals gedefinieerd door API 682, is een leidingplan dat de barrièrevloeistof onder druk brengt met een met stikstof gevulde blaasaccumulator. De onder druk staande blaas werkt rechtstreeks op de barrièrevloeistof en zet het gehele afdichtingssysteem onder druk. De blaas voorkomt direct contact tussen het drukgas en de barrièrevloeistof, waardoor de absorptie van gas in de vloeistof wordt geëlimineerd. Hierdoor kan Leidingplan 53B worden gebruikt in toepassingen met hogere druk dan Leidingplan 53A. Het autonome karakter van de accumulator elimineert ook de noodzaak van een constante stikstoftoevoer, wat het systeem ideaal maakt voor installaties op afstand.

De voordelen van de blaasaccumulator worden echter tenietgedaan door enkele werkingskenmerken van het systeem. De druk van een Leidingplan 53B wordt rechtstreeks bepaald door de druk van het gas in de blaas. Deze druk kan dramatisch veranderen als gevolg van verschillende variabelen.

De blaas in de accumulator moet vooraf worden gevuld voordat barrièrevloeistof aan het systeem wordt toegevoegd. Dit vormt de basis voor alle toekomstige berekeningen en interpretaties van de werking van het systeem. De werkelijke voordruk hangt af van de werkdruk van het systeem en het veiligheidsvolume spervloeistof in de accumulatoren. De voorlaaddruk is ook afhankelijk van de temperatuur van het gas in de blaas. Let op: de voordruk wordt alleen ingesteld bij de eerste inbedrijfstelling van het systeem en wordt tijdens de daadwerkelijke werking niet aangepast.

De druk van het gas in de blaas zal variëren afhankelijk van de temperatuur van het gas. In de meeste gevallen volgt de temperatuur van het gas de omgevingstemperatuur op de installatielocatie. Toepassingen in regio's met grote dagelijkse en seizoensgebonden temperatuurschommelingen zullen grote schommelingen in de systeemdruk ervaren.

BarrièrevloeistofverbruikTijdens bedrijf verbruiken de mechanische afdichtingen spervloeistof als gevolg van normale afdichtingslekken. Deze barrièrevloeistof wordt aangevuld door de vloeistof in de accumulator, wat resulteert in een uitzetting van het gas in de blaas en een afname van de systeemdruk. Deze veranderingen zijn afhankelijk van de accumulatorgrootte, de lekkagepercentages van afdichtingen en het gewenste onderhoudsinterval voor het systeem (bijvoorbeeld 28 dagen).

De verandering in de systeemdruk is de belangrijkste manier waarop de eindgebruiker de afdichtingsprestaties volgt. Druk wordt ook gebruikt om onderhoudsalarmen te creëren en om afdichtingsfouten te detecteren. De druk zal echter voortdurend veranderen terwijl het systeem in bedrijf is. Hoe moet de gebruiker de druk in het Plan 53B-systeem instellen? Wanneer is het nodig om spervloeistof toe te voegen? Hoeveel vloeistof moet worden toegevoegd?

De eerste algemeen gepubliceerde reeks technische berekeningen voor Plan 53B-systemen verscheen in API 682 Fourth Edition. In bijlage F vindt u stapsgewijze instructies voor het bepalen van drukken en volumes voor dit leidingplan. Een van de nuttigste vereisten van API 682 is het creëren van een standaardnaamplaatje voor blaasaccumulatoren (API 682 Vierde editie, tabel 10). Dit typeplaatje bevat een tabel waarin de voorlaad-, bijvul- en alarmdrukken voor het systeem zijn vastgelegd over het bereik van de omgevingstemperatuur op de toepassingslocatie. Let op: de tabel in de standaard is slechts een voorbeeld en de werkelijke waarden zullen aanzienlijk veranderen wanneer ze worden toegepast op een specifieke veldtoepassing.

Eén van de basisaannames van Figuur 2 is dat verwacht wordt dat het Leidingplan 53B continu zal werken en zonder de aanvankelijke voorvuldruk te veranderen. Er wordt ook aangenomen dat het systeem gedurende een korte periode kan worden blootgesteld aan een volledig omgevingstemperatuurbereik. Deze hebben aanzienlijke gevolgen voor het systeemontwerp en vereisen dat het systeem wordt gebruikt bij een druk die groter is dan bij andere leidingplannen met dubbele afdichting.

Met Figuur 2 als referentie wordt de voorbeeldtoepassing geïnstalleerd op een locatie waar de omgevingstemperatuur tussen -17°C (1°F) en 70°C (158°F) ligt. De bovenkant van dit bereik lijkt onrealistisch hoog, maar omvat ook de effecten van zonnewarmte van een accu die wordt blootgesteld aan direct zonlicht. De rijen in de tabel vertegenwoordigen temperatuurintervallen tussen de hoogste en laagste waarden.

Wanneer de eindgebruiker het systeem bedient, voegt hij of zij de spervloeistofdruk toe totdat de bijvuldruk wordt bereikt bij de huidige omgevingstemperatuur. De alarmdruk is de druk die aangeeft dat de eindgebruiker extra spervloeistof moet toevoegen. Bij 25 °C (77 °F) laadt de operator de accumulator vooraf op tot 30,3 bar (440 PSIG), wordt het alarm ingesteld op 30,7 bar (445 PSIG) en voegt de operator spervloeistof toe totdat de druk is bereikt. 37,9 bar (550 PSIG). Als de omgevingstemperatuur daalt tot 0°C (32°F), daalt de alarmdruk naar 28,1 bar (408 PSIG) en de bijvuldruk naar 34,7 bar (504 PSIG).

In dit scenario veranderen de alarm- en de bijvuldruk beide, of zweven ze, als reactie op de omgevingstemperaturen. Deze aanpak wordt vaak een zwevende-zwevende strategie genoemd. Zowel het alarm als het bijvullen ‘zweven’. Dit resulteert in de laagste werkdrukken voor het afdichtingssysteem. Dit stelt echter twee specifieke eisen aan de eindgebruiker; het bepalen van de juiste alarmdruk en bijvuldruk. De alarmdruk voor het systeem is een functie van de temperatuur en deze relatie moet in het DCS-systeem van de eindgebruiker worden geprogrammeerd. De bijvuldruk is ook afhankelijk van de omgevingstemperatuur, dus de operator zal het typeplaatje moeten raadplegen om de juiste druk voor de huidige omstandigheden te vinden.

Sommige eindgebruikers eisen een eenvoudiger aanpak en wensen een strategie waarbij zowel de alarmdruk als de bijvuldruk constant (of vast) zijn en onafhankelijk van de omgevingstemperatuur. De vast-vast strategie biedt de eindgebruiker slechts één druk voor het bijvullen van het systeem en slechts één waarde voor het alarmeren van het systeem. Helaas moet deze voorwaarde ervan uitgaan dat de temperatuur de maximale waarde heeft, omdat de berekeningen compenseren voor de daling van de omgevingstemperatuur van de maximale naar de minimale temperatuur. Dit heeft tot gevolg dat het systeem op hogere drukken werkt. In sommige toepassingen kan het gebruik van een vast-vast-strategie resulteren in veranderingen in het afdichtingsontwerp of de MAWP-classificaties voor andere systeemcomponenten om de verhoogde druk aan te kunnen.

Andere eindgebruikers zullen een hybride aanpak toepassen met een vaste alarmdruk en variabele bijvuldruk. Dit kan de werkdruk verlagen en tegelijkertijd de alarminstellingen vereenvoudigen. De beslissing over de juiste alarmstrategie mag alleen worden genomen nadat de omstandigheden van de toepassing, het bereik van de omgevingstemperatuur en de eisen van de eindgebruiker in overweging zijn genomen.

Er zijn enkele wijzigingen in het ontwerp van Leidingplan 53B die een aantal van deze uitdagingen kunnen helpen verzachten. Opwarming door zonnestraling kan de maximale temperatuur van de accu voor ontwerpberekeningen aanzienlijk verhogen. Door de accu in de schaduw te plaatsen of een zonnescherm voor de accu te bouwen, kan zonnewarmte worden geëlimineerd en de maximale temperatuur in de berekeningen worden verlaagd.

In de bovenstaande beschrijvingen wordt de term omgevingstemperatuur gebruikt om de temperatuur van het gas in de blaas weer te geven. Bij een stabiele of langzaam veranderende omgevingstemperatuur is dit een redelijke aanname. Als er grote schommelingen zijn in de omgevingstemperatuur tussen dag en nacht, kan het isoleren van de accu de effectieve temperatuurschommelingen van de blaas matigen, wat resulteert in stabielere bedrijfstemperaturen.

Deze aanpak kan worden uitgebreid tot het gebruik van verwarming en isolatie op de accu. Wanneer dit op de juiste manier wordt toegepast, zal de accumulator bij één temperatuur werken, ongeacht de dagelijkse of seizoensgebonden veranderingen in de omgevingstemperatuur. Dit is misschien wel de belangrijkste ontwerpoptie om te overwegen in gebieden met grote temperatuurschommelingen. Deze aanpak heeft een grote geïnstalleerde basis in het veld opgeleverd en heeft ervoor gezorgd dat Plan 53B kon worden gebruikt op locaties die met heat-tracing niet mogelijk zouden zijn geweest.

Eindgebruikers die overwegen een Leidingplan 53B te gebruiken, moeten zich ervan bewust zijn dat dit leidingplan niet zomaar een Leidingplan 53A met een accumulator is. Vrijwel elk aspect van het systeemontwerp, de inbedrijfstelling, de bediening en het onderhoud van een Plan 53B is uniek voor dit leidingplan. De meeste frustraties die eindgebruikers hebben ervaren, komen voort uit een gebrek aan begrip van het systeem. OEM's van afdichtingen kunnen een meer gedetailleerde analyse voorbereiden voor een specifieke toepassing en kunnen de achtergrond bieden die nodig is om de eindgebruiker te helpen dit systeem correct te specificeren en te bedienen.