Overwegingen bij de keuze van afdichtingen – Installatie van dubbele mechanische afdichtingen met hoge druk

Opstelling 3 mechanische afdichtingen zijndubbele afdichtingenWaar de spervloeistofruimte tussen de afdichtingen op een druk wordt gehouden die hoger is dan de druk in de afdichtingskamer. In de loop der tijd heeft de industrie verschillende strategieën ontwikkeld om de hogedrukomgeving te creëren die nodig is voor deze afdichtingen. Deze strategieën zijn vastgelegd in de leidingschema's van de mechanische afdichting. Hoewel veel van deze schema's vergelijkbare functies vervullen, kunnen de bedrijfseigenschappen van elk schema sterk verschillen en alle aspecten van het afdichtingssysteem beïnvloeden.

Piping Plan 53B, zoals gedefinieerd in API 682, is een leidingplan dat de barrièrevloeistof onder druk zet met een stikstofgevulde 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 er geen gas in de vloeistof wordt opgenomen. Hierdoor kan Piping Plan 53B worden gebruikt in toepassingen met hogere druk dan Piping Plan 53A. De autonome aard van de accumulator elimineert ook de noodzaak van een constante stikstoftoevoer, wat het systeem ideaal maakt voor afgelegen installaties.

De voordelen van de blaasaccumulator worden echter tenietgedaan door enkele bedrijfseigenschappen van het systeem. De druk van een Piping Plan 53B wordt direct bepaald door de druk van het gas in de blaas. Deze druk kan sterk variëren als gevolg van verschillende variabelen.

De blaas in de accumulator moet worden voorgevuld voordat er spervloeistof aan het systeem wordt toegevoegd. Dit vormt de basis voor alle toekomstige berekeningen en interpretaties van de werking van het systeem. De werkelijke voorvuldruk is afhankelijk van de bedrijfsdruk van het systeem en het veiligheidsvolume van de spervloeistof in de accumulatoren. De voorvuldruk is ook afhankelijk van de temperatuur van het gas in de blaas. Let op: de voorvuldruk wordt alleen ingesteld bij de eerste ingebruikname van het systeem en wordt niet aangepast tijdens de daadwerkelijke werking.

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

Verbruik van barrièrevloeistofTijdens bedrijf verbruiken de mechanische afdichtingen spervloeistof door normale lekkage van de afdichting. Deze spervloeistof wordt aangevuld door de vloeistof in de accumulator, wat resulteert in een uitzetting van het gas in de blaas en een daling van de systeemdruk. Deze veranderingen zijn afhankelijk van de grootte van de accumulator, de lekkage van de afdichting en het gewenste onderhoudsinterval voor het systeem (bijv. 28 dagen).

De verandering in de systeemdruk is de belangrijkste manier waarop de eindgebruiker de prestaties van de afdichting volgt. De druk wordt ook gebruikt om onderhoudsalarmen te genereren en afdichtingsdefecten te detecteren. De druk verandert echter continu terwijl het systeem in werking is. Hoe moet de gebruiker de druk in het Plan 53B-systeem instellen? Wanneer moet er spervloeistof worden toegevoegd? Hoeveel vloeistof moet er worden toegevoegd?

De eerste breed gepubliceerde set technische berekeningen voor Plan 53B-systemen verscheen in API 682 Vierde Editie. Bijlage F bevat stapsgewijze instructies voor het bepalen van de druk en het volume voor dit leidingplan. Een van de belangrijkste vereisten van API 682 is het opstellen van een standaardtypeplaatje voor blaasaccumulatoren (API 682 Vierde Editie, Tabel 10). Dit typeplaatje bevat een tabel met de voorvul-, vul- en alarmdruk voor het systeem binnen het bereik van de omgevingstemperatuur op de toepassingslocatie. Opmerking: de tabel in de norm is slechts een voorbeeld en de werkelijke waarden zullen aanzienlijk veranderen bij toepassing op een specifieke veldtoepassing.

Een van de basisuitgangspunten van Figuur 2 is dat leidingplan 53B continu moet functioneren zonder de initiële voordruk te veranderen. Er wordt ook aangenomen dat het systeem gedurende een korte periode aan een volledig omgevingstemperatuurbereik kan worden blootgesteld. Dit heeft belangrijke gevolgen voor het systeemontwerp en vereist dat het systeem werkt met een druk die hoger is dan bij andere leidingplannen met dubbele afdichting.

Met figuur 2 als referentie is de voorbeeldtoepassing geïnstalleerd op een locatie met een omgevingstemperatuur tussen -17 °C (1 °F) en 70 °C (158 °F). De bovengrens van dit bereik lijkt onrealistisch hoog, maar omvat ook de effecten van zonnewarmte van een accumulator die aan direct zonlicht wordt blootgesteld. De rijen in de tabel geven temperatuurintervallen tussen de hoogste en laagste waarden weer.

Wanneer de eindgebruiker het systeem bedient, zal hij de druk van de spervloeistof verhogen totdat de bijvuldruk bij de huidige omgevingstemperatuur is bereikt. De alarmdruk is de druk die aangeeft dat de eindgebruiker extra spervloeistof moet bijvullen. Bij 25 °C (77 °F) zal de operator de accumulator voorladen tot 30,3 bar (440 PSIG), het alarm zal worden ingesteld op 30,7 bar (445 PSIG) en de operator zal spervloeistof bijvullen totdat de druk 37,9 bar (550 PSIG) bereikt. Als de omgevingstemperatuur daalt tot 0 °C (32 °F), zal de alarmdruk dalen tot 28,1 bar (408 PSIG) en de bijvuldruk tot 34,7 bar (504 PSIG).

In dit scenario veranderen de alarm- en bijvuldruk, of zweven, beide als reactie op de omgevingstemperatuur. Deze aanpak wordt vaak een zwevende-zwevende strategie genoemd. Zowel het alarm als de bijvulling "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 afhankelijk 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 moet het typeplaatje raadplegen om de juiste druk voor de huidige omstandigheden te vinden.

Sommige eindgebruikers eisen een eenvoudigere aanpak en wensen een strategie waarbij zowel de alarmdruk als de vuldruk 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, aangezien de berekeningen compenseren voor de omgevingstemperatuur die daalt van de maximale naar de minimale temperatuur. Dit resulteert in een systeem dat werkt met hogere drukken. In sommige toepassingen kan het gebruik van een vast-vast-strategie leiden tot wijzigingen in het afdichtingsontwerp of de MAWP-waarden voor andere systeemcomponenten om de verhoogde drukken te kunnen verwerken.

Andere eindgebruikers zullen een hybride aanpak toepassen met een vaste alarmdruk en een variabele vuldruk. Dit kan de werkdruk verlagen en tegelijkertijd de alarminstellingen vereenvoudigen. De keuze voor de juiste alarmstrategie dient pas te worden gemaakt na overweging van de toepassingsomstandigheden, het omgevingstemperatuurbereik en de eisen van de eindgebruiker.

Er zijn enkele aanpassingen in het ontwerp van Piping Plan 53B die kunnen helpen om een ​​aantal van deze uitdagingen te verminderen. Opwarming door zonnestraling kan de maximale temperatuur van de accumulator voor ontwerpberekeningen aanzienlijk verhogen. Door de accumulator in de schaduw te plaatsen of een zonnescherm voor de accumulator te plaatsen, kunt u opwarming door de zon voorkomen en de maximale temperatuur in de berekeningen verlagen.

In de bovenstaande beschrijvingen wordt de term omgevingstemperatuur gebruikt om de temperatuur van het gas in de blaas aan te duiden. Onder stabiele of langzaam veranderende omgevingstemperatuuromstandigheden is dit een redelijke aanname. Bij grote schommelingen in de omgevingstemperatuur tussen dag en nacht kan isolatie van de accumulator de effectieve temperatuurschommelingen van de blaas matigen, wat resulteert in stabielere bedrijfstemperaturen.

Deze aanpak kan worden uitgebreid met het gebruik van warmtegeleiding en isolatie op de accumulator. Wanneer dit correct wordt toegepast, zal de accumulator op één temperatuur werken, ongeacht de dagelijkse of seizoensgebonden veranderingen in de omgevingstemperatuur. Dit is misschien wel de belangrijkste ontwerpoptie die moet worden overwogen in gebieden met grote temperatuurschommelingen. Deze aanpak heeft een grote installatiebasis in de praktijk en heeft het mogelijk gemaakt dat de Plan 53B kan worden gebruikt op locaties die met warmtegeleiding niet mogelijk zouden zijn geweest.

Eindgebruikers die overwegen een Piping Plan 53B te gebruiken, moeten zich ervan bewust zijn dat dit leidingplan niet zomaar een Piping Plan 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 ervaren, komen voort uit een gebrek aan kennis van het systeem. OEM's van afdichtingen kunnen een meer gedetailleerde analyse voor een specifieke toepassing maken en de benodigde achtergrondinformatie bieden om de eindgebruiker te helpen dit systeem correct te specificeren en te bedienen.