Рекомендации по выбору уплотнений – установка двойных механических уплотнений высокого давления

Расположение 3 механических уплотнениядвойные уплотнениягде в полости затворной жидкости между уплотнениями поддерживается давление, превышающее давление в камере уплотнения. Со временем отрасль разработала несколько стратегий создания среды высокого давления, необходимой для этих уплотнений. Эти стратегии отражены в схемах трубопроводов механического уплотнения. Хотя многие из этих планов выполняют схожие функции, рабочие характеристики каждого из них могут сильно различаться и влиять на все аспекты системы уплотнений.

Схема трубопроводов 53B, как определено API 682, представляет собой схему трубопроводов, которая создает давление в затворной жидкости с помощью баллонного аккумулятора, заряженного азотом. Баллон под давлением воздействует непосредственно на затворную жидкость, создавая давление на всю систему уплотнений. Баллон предотвращает прямой контакт между нагнетательным газом и затворной жидкостью, исключая поглощение газа жидкостью. Это позволяет использовать схему трубопроводов 53B в системах с более высоким давлением, чем схему трубопроводов 53A. Автономный характер аккумулятора также исключает необходимость постоянной подачи азота, что делает систему идеальной для удаленной установки.

Однако преимущества баллонного аккумулятора нивелируются некоторыми эксплуатационными характеристиками системы. Давление в схеме трубопроводов 53B определяется непосредственно давлением газа в баллоне. Это давление может резко измениться из-за нескольких переменных.

Баллон в аккумуляторе должен быть предварительно заряжен перед добавлением затворной жидкости в систему. Это создает основу для всех будущих расчетов и интерпретаций работы систем. Фактическое давление предварительной зарядки зависит от рабочего давления системы и безопасного объема затворной жидкости в аккумуляторах. Давление предварительной зарядки также зависит от температуры газа в баллоне. Примечание: давление предварительной зарядки устанавливается только при первоначальном вводе системы в эксплуатацию и не подлежит корректировке во время фактической эксплуатации.

Давление газа в баллоне будет меняться в зависимости от температуры газа. В большинстве случаев температура газа будет соответствовать температуре окружающей среды в месте установки. Приложения в регионах, где наблюдаются большие ежедневные и сезонные изменения температуры, будут испытывать большие колебания давления в системе.

Расход барьерной жидкостиВо время работы механические уплотнения потребляют затворную жидкость из-за обычных утечек через уплотнение. Эта барьерная жидкость пополняется жидкостью в аккумуляторе, что приводит к расширению газа в баллоне и снижению давления в системе. Эти изменения зависят от размера аккумулятора, степени утечки через уплотнения и желаемого интервала технического обслуживания системы (например, 28 дней).

Изменение давления в системе является основным способом, с помощью которого конечный пользователь отслеживает работу уплотнения. Давление также используется для подачи сигналов технического обслуживания и обнаружения повреждений уплотнений. Однако давление будет постоянно меняться во время работы системы. Как пользователь должен устанавливать давление в системе Plan 53B? Когда необходимо добавлять барьерную жидкость? Сколько жидкости следует добавлять?

Первый широко опубликованный набор инженерных расчетов для систем Plan 53B появился в четвертом издании API 682. Приложение F содержит пошаговые инструкции по определению давления и объема для данного плана трубопроводов. Одним из наиболее полезных требований API 682 является создание стандартной паспортной таблички для баллонных аккумуляторов (API 682, четвертое издание, таблица 10). На этой паспортной табличке содержится таблица, в которой указаны значения давления предварительной заправки, заправки и аварийного давления для системы в диапазоне температур окружающей среды на месте применения. Примечание: таблица в стандарте является лишь примером, и фактические значения могут значительно измениться при применении к конкретному полевому применению.

Одним из основных предположений, представленных на рисунке 2, является то, что схема трубопроводов 53B должна работать непрерывно и без изменения начального давления предварительной зарядки. Существует также предположение, что система может подвергаться воздействию всего диапазона температур окружающей среды в течение короткого периода времени. Это имеет существенное значение для проектирования системы и требует, чтобы система работала при давлении, превышающем давление других систем трубопроводов с двойным уплотнением.

Используя рисунок 2 в качестве примера, пример приложения установлен в месте, где температура окружающей среды находится в диапазоне от -17°C (1°F) до 70°C (158°F). Верхний предел этого диапазона кажется нереально высоким, но он также включает в себя воздействие солнечного нагрева аккумулятора, подвергающегося воздействию прямых солнечных лучей. Строки таблицы представляют температурные интервалы между максимальными и минимальными значениями.

Когда конечный пользователь эксплуатирует систему, он будет увеличивать давление затворной жидкости до тех пор, пока не будет достигнуто давление заправки при текущей температуре окружающей среды. Давление сигнализации — это давление, которое указывает на то, что конечному пользователю необходимо добавить дополнительную затворную жидкость. При температуре 25°C (77°F) оператор предварительно заряжает аккумулятор до давления 30,3 бар (440 фунтов на кв. дюйм, ман.), сигнал тревоги устанавливается на 30,7 бар (445 фунтов на кв. дюйм, ман.), и оператор добавляет затворную жидкость до достижения давления. 37,9 бар (550 фунтов на квадратный дюйм, ман.). Если температура окружающей среды упадет до 0°C (32°F), давление сигнализации упадет до 28,1 бар (408 фунтов на квадратный дюйм, ман.), а давление заполнения до 34,7 бар (504 фунтов на квадратный дюйм, ман.).

В этом сценарии аварийное давление и давление подпитки изменяются или плавают в зависимости от температуры окружающей среды. Этот подход часто называют плавающей стратегией. И сигнализация, и заправка «плавают». Это приводит к минимальному рабочему давлению в системе уплотнений. Однако это предъявляет к конечному пользователю два конкретных требования; определение правильного давления сигнализации и давления подпитки. Давление сигнализации для системы является функцией температуры, и это соотношение должно быть запрограммировано в системе DCS конечного пользователя. Давление подпитки также будет зависеть от температуры окружающей среды, поэтому оператору необходимо будет свериться с паспортной табличкой, чтобы подобрать правильное давление для текущих условий.

Некоторые конечные пользователи требуют более простого подхода и стратегии, при которой как аварийное давление, так и давление подпитки являются постоянными (или фиксированными) и не зависят от температуры окружающей среды. Стратегия «фиксированное-фиксированное» предоставляет конечному пользователю только одно давление для дозаправки системы и только значение для сигнализации системы. К сожалению, это условие должно предполагать, что температура находится на максимальном значении, поскольку расчеты компенсируют падение температуры окружающей среды от максимальной до минимальной температуры. Это приводит к тому, что система работает при более высоком давлении. В некоторых случаях использование стратегии «фиксировано-фиксировано» может привести к изменениям в конструкции уплотнения или номинальных значениях максимального рабочего давления для других компонентов системы, способных выдерживать повышенное давление.

Другие конечные пользователи будут применять гибридный подход с фиксированным давлением сигнализации и плавающим давлением подпитки. Это может снизить рабочее давление и одновременно упростить настройки сигнализации. Решение о правильной стратегии сигнализации следует принимать только после рассмотрения условий применения, диапазона температуры окружающей среды и требований конечного пользователя.

В проект Плана трубопроводов 53B внесены некоторые изменения, которые могут помочь смягчить некоторые из этих проблем. Нагрев от солнечной радиации может сильно повысить максимальную температуру аккумулятора для расчетов конструкции. Размещение аккумулятора в тени или установка солнцезащитного экрана для аккумулятора позволяет исключить солнечный нагрев и снизить максимальную температуру в расчетах.

В приведенных выше описаниях термин «температура окружающей среды» используется для обозначения температуры газа в баллоне. Это разумное предположение в условиях установившейся или медленно меняющейся температуры окружающей среды. Если между днем ​​и ночью наблюдаются большие перепады температуры окружающей среды, изоляция аккумулятора может смягчить эффективные колебания температуры баллона, что приведет к более стабильным рабочим температурам.

Этот подход можно распространить на использование системы обогрева и изоляции аккумулятора. При правильном применении аккумулятор будет работать при одной температуре независимо от ежедневных или сезонных изменений температуры окружающей среды. Это, пожалуй, самый важный вариант конструкции, который следует учитывать в районах с большими перепадами температур. Этот подход имеет большую базу установленного оборудования на местах и ​​позволил использовать Plan 53B в местах, которые были бы невозможны при использовании системы обогрева.

Конечные пользователи, которые рассматривают возможность использования схемы трубопроводов 53B, должны знать, что эта схема трубопроводов — это не просто схема трубопроводов 53A с аккумулятором. Практически каждый аспект проектирования системы, ввода в эксплуатацию, эксплуатации и технического обслуживания плана 53B уникален для этого плана трубопроводов. Большинство разочарований, с которыми сталкиваются конечные пользователи, происходят из-за непонимания системы. OEM-производители уплотнений могут подготовить более подробный анализ для конкретного применения и предоставить необходимую информацию, которая поможет конечному пользователю правильно определить и использовать эту систему.