Вопросы выбора уплотнений при установке двойных механических уплотнений высокого давления.

Механические уплотнения в конфигурации 3 представляют собойдвойные уплотнениягде барьерная жидкость в полости между уплотнениями поддерживается под давлением, превышающим давление в камере уплотнения. Со временем в отрасли было разработано несколько стратегий для создания необходимой для таких уплотнений среды высокого давления. Эти стратегии отражены в схемах трубопроводов механического уплотнения. Хотя многие из этих схем выполняют схожие функции, рабочие характеристики каждой из них могут существенно различаться и влиять на все аспекты системы уплотнения.

Схема трубопровода 53B, согласно стандарту API 682, представляет собой схему, в которой барьерная жидкость находится под давлением с помощью заполненного азотом мембранного аккумулятора. Мембрана под давлением непосредственно воздействует на барьерную жидкость, создавая давление во всей системе уплотнения. Мембрана предотвращает прямой контакт между газом под давлением и барьерной жидкостью, исключая поглощение газа жидкостью. Это позволяет использовать схему трубопровода 53B в условиях более высокого давления, чем схему 53A. Автономная конструкция аккумулятора также исключает необходимость постоянной подачи азота, что делает систему идеальной для удаленных установок.

Однако преимущества мембранного аккумулятора нивелируются некоторыми особенностями работы системы. Давление в трубопроводе 53B определяется непосредственно давлением газа в мембране. Это давление может резко меняться из-за ряда факторов.

Перед добавлением барьерной жидкости в систему необходимо предварительно заполнить мембрану в аккумуляторе. Это создает основу для всех будущих расчетов и интерпретаций работы системы. Фактическое давление предварительного заполнения зависит от рабочего давления системы и безопасного объема барьерной жидкости в аккумуляторах. Давление предварительного заполнения также зависит от температуры газа в мембране. Примечание: давление предварительного заполнения устанавливается только при первоначальном вводе системы в эксплуатацию и не будет регулироваться в процессе фактической работы.

Давление газа в баллоне будет меняться в зависимости от температуры газа. В большинстве случаев температура газа будет соответствовать температуре окружающей среды в месте установки. В регионах с большими суточным и сезонным колебаниями температуры будут наблюдаться значительные колебания давления в системе.

Расход барьерной жидкостиВ процессе эксплуатации механические уплотнения потребляют барьерную жидкость за счет естественной утечки. Эта барьерная жидкость пополняется жидкостью в аккумуляторе, что приводит к расширению газа в мембране и снижению давления в системе. Эти изменения зависят от размера аккумулятора, скорости утечки через уплотнения и желаемого интервала технического обслуживания системы (например, 28 дней).

Изменение давления в системе является основным способом отслеживания пользователем эффективности уплотнений. Давление также используется для создания сигналов тревоги о необходимости технического обслуживания и обнаружения неисправностей уплотнений. Однако давление будет постоянно меняться во время работы системы. Как пользователь должен установить давление в системе Plan 53B? Когда необходимо добавить барьерную жидкость? Какое количество жидкости следует добавить?

Первый широко опубликованный набор инженерных расчетов для систем Plan 53B появился в API 682 Fourth Edition. Приложение F содержит пошаговые инструкции по определению давлений и объемов для данной схемы трубопроводов. Одним из наиболее полезных требований API 682 является создание стандартной паспортной таблички для мембранных аккумуляторов (API 682 Fourth Edition, Таблица 10). Эта табличка содержит таблицу, в которой указаны давления предварительного наполнения, наполнения и аварийного сигнала для системы в диапазоне температур окружающей среды на месте применения. Примечание: таблица в стандарте является лишь примером, и фактические значения значительно изменятся при применении в конкретных условиях эксплуатации.

Одно из основных предположений, лежащих в основе рисунка 2, заключается в том, что схема трубопровода 53B должна работать непрерывно и без изменения начального давления предварительной зарядки. Также предполагается, что система может подвергаться воздействию всего диапазона температур окружающей среды в течение короткого периода времени. Это имеет существенные последствия для проектирования системы и требует, чтобы система работала при давлении, превышающем давление в других схемах трубопроводов с двойным уплотнением.

Используя рисунок 2 в качестве ориентира, пример приложения установлен в месте, где температура окружающей среды находится в диапазоне от -17°C (1°F) до 70°C (158°F). Верхняя граница этого диапазона кажется нереалистично высокой, но она также включает в себя влияние солнечного нагрева аккумулятора, подверженного воздействию прямых солнечных лучей. Строки в таблице представляют собой температурные интервалы между самым высоким и самым низким значениями.

При эксплуатации системы конечный пользователь будет добавлять барьерную жидкость до достижения давления заправки при текущей температуре окружающей среды. Давление срабатывания сигнализации — это давление, указывающее на необходимость добавления дополнительной барьерной жидкости. При 25°C (77°F) оператор предварительно наполнит аккумулятор до 30,3 бар (440 PSIG), давление срабатывания сигнализации будет установлено на 30,7 бар (445 PSIG), и оператор будет добавлять барьерную жидкость до достижения давления 37,9 бар (550 PSIG). Если температура окружающей среды снизится до 0°C (32°F), то давление срабатывания сигнализации упадет до 28,1 бар (408 PSIG), а давление заправки — до 34,7 бар (504 PSIG).

В этом сценарии давление срабатывания сигнализации и давление заправки изменяются, или «плавают», в зависимости от температуры окружающей среды. Такой подход часто называют стратегией «плавающего-плавающего» давления. И давление срабатывания сигнализации, и давление заправки «плавают». Это приводит к самым низким рабочим давлениям для системы уплотнения. Однако это накладывает на конечного пользователя два специфических требования: определение правильного давления срабатывания сигнализации и давления заправки. Давление срабатывания сигнализации для системы является функцией температуры, и эта зависимость должна быть запрограммирована в системе DCS конечного пользователя. Давление заправки также будет зависеть от температуры окружающей среды, поэтому оператору необходимо будет обратиться к паспортной табличке, чтобы найти правильное давление для текущих условий.

Некоторые конечные пользователи требуют более простого подхода и желают стратегии, при которой как давление срабатывания сигнализации, так и давление заправки являются постоянными (или фиксированными) и не зависят от температуры окружающей среды. Стратегия «фиксированное-фиксированное» предоставляет конечному пользователю только одно давление для заправки системы и только одно значение для срабатывания сигнализации. К сожалению, это условие предполагает, что температура находится на максимальном значении, поскольку расчеты компенсируют падение температуры окружающей среды от максимальной до минимальной. Это приводит к работе системы при более высоком давлении. В некоторых приложениях использование стратегии «фиксированное-фиксированное» может привести к изменению конструкции уплотнения или номинальных значений максимального допустимого рабочего давления (MAWP) других компонентов системы для работы при повышенном давлении.

Другие конечные пользователи будут применять гибридный подход с фиксированным давлением срабатывания сигнализации и плавающим давлением заправки. Это позволит снизить рабочее давление и упростить настройки сигнализации. Выбор правильной стратегии сигнализации следует принимать только после учета условий эксплуатации, диапазона температур окружающей среды и требований конечного пользователя.

В конструкцию схемы трубопроводов 53B внесены некоторые изменения, которые могут помочь смягчить ряд этих проблем. Нагрев от солнечного излучения может значительно повысить максимальную температуру аккумулятора при расчетах. Размещение аккумулятора в тени или изготовление солнцезащитного экрана для него может исключить солнечный нагрев и снизить максимальную температуру при расчетах.

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

Этот подход можно расширить, используя обогрев и изоляцию аккумулятора. При правильном применении аккумулятор будет работать при одной и той же температуре независимо от суточных или сезонных изменений температуры окружающей среды. Это, пожалуй, наиболее важный вариант конструкции, который следует учитывать в районах с большими колебаниями температуры. Этот подход имеет большую базу установленных систем и позволил использовать Plan 53B в местах, где это было бы невозможно при использовании обогрева.

Конечным пользователям, рассматривающим возможность использования схемы трубопроводов 53B, следует знать, что эта схема не является просто схемой 53A с аккумулятором. Практически каждый аспект проектирования, ввода в эксплуатацию, эксплуатации и технического обслуживания системы по схеме 53B уникален для этой схемы. Большинство проблем, с которыми сталкиваются конечные пользователи, связаны с недостаточным пониманием системы. Производители уплотнений могут подготовить более подробный анализ для конкретного применения и предоставить необходимую информацию, чтобы помочь конечному пользователю правильно выбрать и эксплуатировать эту систему.