Consideracións sobre a selección de selos: instalación de selos mecánicos duplos de alta presión

Disposición de 3 selos mecánicosselos dobresonde a cavidade do fluído de barreira entre os selos se mantén a unha presión maior que a presión da cámara de selos. Co tempo, a industria desenvolveu varias estratexias para crear o ambiente de alta presión necesario para estes selos. Estas estratexias están recollidas nos planos de tubaxes do selo mecánico. Aínda que moitos destes planos cumpren funcións similares, as características de funcionamento de cada un poden ser moi diferentes e afectarán a todos os aspectos do sistema de selado.

O Plan de tubaxes 53B, segundo a definición da norma API 682, é un plan de tubaxes que presuriza o fluído de barreira cun acumulador de vexilla cargado de nitróxeno. A vexilla presurizada actúa directamente sobre o fluído de barreira, presurizando todo o sistema de selado. A vexilla impide o contacto directo entre o gas de presurización e o fluído de barreira, eliminando a absorción de gas no fluído. Isto permite que o Plan de tubaxes 53B se utilice en aplicacións de maior presión que o Plan de tubaxes 53A. A natureza autónoma do acumulador tamén elimina a necesidade dun subministro constante de nitróxeno, o que fai que o sistema sexa ideal para instalacións remotas.

Non obstante, as vantaxes do acumulador de vexiga compénsanse con algunhas das características de funcionamento do sistema. A presión dun Plan de Tubaxes 53B vén determinada directamente pola presión do gas na vexiga. Esta presión pode cambiar drasticamente debido a varias variables.

A vexiga do acumulador debe precargarse antes de engadir fluído de barreira ao sistema. Isto senta a base para todos os cálculos e interpretacións futuras do funcionamento dos sistemas. A presión de precarga real depende da presión de funcionamento do sistema e do volume de seguridade do fluído de barreira nos acumuladores. A presión de precarga tamén depende da temperatura do gas na vexiga. Nota: a presión de precarga só se axusta na posta en servizo inicial do sistema e non se axustará durante o funcionamento real.

A presión do gas na vexiga variará dependendo da temperatura do gas. Na maioría dos casos, a temperatura do gas seguirá a temperatura ambiente no lugar de instalación. As aplicacións en rexións onde hai grandes cambios diarios e estacionais nas temperaturas experimentarán grandes oscilacións na presión do sistema.

Consumo de fluído de barreiraDurante o funcionamento, os selos mecánicos consumirán fluído de barreira a través das fugas normais do selo. Este fluído de barreira é repouso polo fluído do acumulador, o que resulta nunha expansión do gas na vexiga e unha diminución da presión do sistema. Estes cambios son función do tamaño do acumulador, as taxas de fuga do selo e o intervalo de mantemento desexado para o sistema (por exemplo, 28 días).

A variación na presión do sistema é a principal forma en que o usuario final fai un seguimento do rendemento dos selos. A presión tamén se usa para crear alarmas de mantemento e para detectar fallos nos selos. Non obstante, as presións cambiarán continuamente mentres o sistema estea en funcionamento. Como debe o usuario axustar as presións no sistema Plan 53B? Cando é necesario engadir fluído de barreira? Canto fluído se debe engadir?

O primeiro conxunto de cálculos de enxeñaría amplamente publicado para os sistemas do Plan 53B apareceu na norma API 682, cuarta edición. O anexo F ofrece instrucións paso a paso sobre como determinar as presións e os volumes para este plano de tubaxes. Un dos requisitos máis útiles da norma API 682 é a creación dunha placa de identificación estándar para os acumuladores de vexiga (API 682, cuarta edición, táboa 10). Esta placa de identificación contén unha táboa que recolle as presións de precarga, recheo e alarma para o sistema en todo o rango de condicións de temperatura ambiente no lugar de aplicación. Nota: a táboa da norma é só un exemplo e os valores reais cambiarán significativamente cando se apliquen a unha aplicación de campo específica.

Unha das suposicións básicas da Figura 2 é que se espera que o Plan de tubaxes 53B funcione de forma continua e sen modificar a presión de precarga inicial. Tamén se supón que o sistema pode estar exposto a todo un rango de temperatura ambiente durante un curto período de tempo. Isto ten implicacións significativas no deseño do sistema e require que o sistema funcione a unha presión maior que outros plans de tubaxes de dobre selo.

Usando a Figura 2 como referencia, a aplicación de exemplo está instalada nun lugar onde a temperatura ambiente está entre -17 °C (1 °F) e 70 °C (158 °F). O extremo superior deste rango semella ser irrealmente alto, pero tamén inclúe os efectos do quecemento solar dun acumulador que está exposto á luz solar directa. As filas da táboa representan intervalos de temperatura entre os valores máis altos e máis baixos.

Cando o usuario final estea a operar o sistema, engadirá presión de fluído de barreira ata que se alcance a presión de recheo á temperatura ambiente actual. A presión de alarma é a presión que indica que o usuario final necesita engadir fluído de barreira adicional. A 25 °C (77 °F), o operador precargaría o acumulador a 30,3 bar (440 PSIG), a alarma configuraríase en 30,7 bar (445 PSIG) e o operador engadiría fluído de barreira ata que a presión alcanzase os 37,9 bar (550 PSIG). Se a temperatura ambiente diminuíse a 0 °C (32 °F), a presión de alarma baixaría a 28,1 bar (408 PSIG) e a presión de recheo a 34,7 bar (504 PSIG).

Neste escenario, as presións de alarma e de recheo cambian ou flutúan en resposta ás temperaturas ambiente. Esta estratexia adoita denominarse estratexia flotante-flotante. Tanto a alarma como o recheo "flotan". Isto resulta nas presións de funcionamento máis baixas para o sistema de selado. Non obstante, isto impón dous requisitos específicos para o usuario final: determinar a presión de alarma e a presión de recheo correctas. A presión de alarma para o sistema é función da temperatura e esta relación debe programarse no sistema DCS do usuario final. A presión de recheo tamén dependerá da temperatura ambiente, polo que o operador terá que consultar a placa de identificación para atopar a presión correcta para as condicións actuais.

Algúns usuarios finais esixen unha estratexia máis sinxela e desexan unha estratexia onde tanto a presión de alarma como as presións de recheo sexan constantes (ou fixas) e independentes das temperaturas ambiente. A estratexia fixa-fixa proporciona ao usuario final unha soa presión para rechear o sistema e un único valor para activar a alarma do sistema. Desafortunadamente, esta condición debe asumir que a temperatura está no valor máximo, xa que os cálculos compensan a caída da temperatura ambiente da temperatura máxima á mínima. Isto fai que o sistema funcione a presións máis altas. Nalgunhas aplicacións, o uso dunha estratexia fixa-fixa pode provocar cambios no deseño do selo ou nas clasificacións MAWP para outros compoñentes do sistema para xestionar as presións elevadas.

Outros usuarios finais aplicarán unha estratexia híbrida cunha presión de alarma fixa e unha presión de recheo flotante. Isto pode reducir a presión de funcionamento e simplificar a configuración da alarma. A decisión sobre a estratexia de alarma correcta só debe tomarse despois de considerar as condicións da aplicación, o rango de temperatura ambiente e os requisitos do usuario final.

Hai algunhas modificacións no deseño do Plan de tubaxes 53B que poden axudar a mitigar algúns destes desafíos. O quecemento da radiación solar pode aumentar considerablemente a temperatura máxima do acumulador para os cálculos de deseño. Colocar o acumulador á sombra ou construír un protector solar para o acumulador pode eliminar o quecemento solar e reducir a temperatura máxima nos cálculos.

Nas descricións anteriores, o termo temperatura ambiente úsase para representar a temperatura do gas na vexiga. En condicións de temperatura ambiente en estado estacionario ou que cambian lentamente, esta é unha suposición razoable. Se hai grandes oscilacións nas condicións de temperatura ambiente entre o día e a noite, o illamento do acumulador pode moderar as oscilacións de temperatura efectivas da vexiga, o que resulta en temperaturas de funcionamento máis estables.

Esta estratexia pódese estender ao uso de trazado térmico e illamento no acumulador. Cando isto se aplica correctamente, o acumulador funcionará a unha temperatura independentemente dos cambios diarios ou estacionais na temperatura ambiente. Esta é quizais a opción de deseño individual máis importante a considerar en zonas con grandes variacións de temperatura. Esta estratexia ten unha gran base instalada no campo e permitiu que o Plan 53B se utilizase en lugares que non serían posibles co trazado térmico.

Os usuarios finais que estean a considerar usar un Plan de tubaxes 53B deben ter en conta que este plan de tubaxes non é simplemente un Plan de tubaxes 53A cun acumulador. Practicamente todos os aspectos do deseño, posta en servizo, funcionamento e mantemento do sistema dun Plan 53B son exclusivos deste plan de tubaxes. A maioría das frustracións que experimentaron os usuarios finais proveñen da falta de comprensión do sistema. Os fabricantes de selos poden preparar unha análise máis detallada para unha aplicación específica e poden proporcionar os coñecementos necesarios para axudar ao usuario final a especificar e operar correctamente este sistema.