Consideracións de selección de selos: instalación de selos mecánicos duales de alta presión

Disposición 3 selos mecánicos sonselos dobresonde a cavidade do fluído de barreira entre os selos se mantén a unha presión superior á presión da cámara de selado. Ao longo do 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 plans cumpren funcións similares, as características operativas de cada un poden ser moi diferentes e afectarán a todos os aspectos do sistema de selado.

O Plan de tubaxes 53B, segundo o definido pola API 682, é un plan de tubaxes que presuriza o fluído de barreira cun acumulador de vexiga cargado de nitróxeno. A vexiga presurizada actúa directamente sobre o fluído de barreira, presurizando todo o sistema de selado. A vexiga 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 Piping Plan 53B se use en aplicacións de maior presión que o Piping Plan 53A. A natureza autónoma do acumulador tamén elimina a necesidade dunha subministración constante de nitróxeno, o que fai que o sistema sexa ideal para instalacións remotas.

Non obstante, os beneficios do acumulador de vexiga vense compensados ​​por algunhas das características de funcionamento do sistema. A presión dun Plan de Tuberías 53B está determinada directamente pola presión do gas na vexiga. Esta presión pode cambiar drasticamente debido a varias variables.

A vexiga do acumulador debe cargarse previamente antes de engadir fluído de barreira ao sistema. Isto crea a base para todos os cálculos e interpretacións futuros do funcionamento dos sistemas. A presión real de precarga 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 establece na posta en marcha 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 fará un seguimento da temperatura ambiente no lugar de instalación. As aplicacións en rexións onde hai grandes cambios diarios e estacionais de temperatura experimentarán grandes oscilacións na presión do sistema.

Consumo de fluído de barreiraDurante o funcionamento, os selos mecánicos consumirán fluído de barreira a través da fuga normal do selo. Este fluído de barreira é reabastecido polo fluído no acumulador, o que orixina unha expansión do gas na vexiga e unha diminución da presión do sistema. Estes cambios dependen do tamaño do acumulador, das taxas de fuga de selado e do intervalo de mantemento desexado para o sistema (por exemplo, 28 días).

O cambio na presión do sistema é a principal forma en que o usuario final realiza un seguimento do rendemento do selo. A presión tamén se usa para crear alarmas de mantemento e detectar fallos de selado. Non obstante, as presións cambiarán continuamente mentres o sistema estea en funcionamento. Como debería o usuario establecer as presións no sistema Plan 53B? Cando é necesario engadir líquido de barreira? Canto líquido hai que engadir?

O primeiro conxunto de cálculos de enxeñería amplamente publicado para sistemas Plan 53B apareceu na API 682 Cuarta Edición. O anexo F ofrece instrucións paso a paso sobre como determinar presións e volumes para este plan de tubaxes. Un dos requisitos máis útiles da 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, recarga e alarma para o sistema no rango de condicións de temperatura ambiente no lugar de aplicación. Nota: a táboa do estándar é só un exemplo e que 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 tuberías 53B funcione de forma continua e sen cambiar a presión inicial de precarga. Tamén se presume que o sistema pode estar exposto a todo un rango de temperatura ambiente nun curto período de tempo. Estes teñen implicacións significativas no deseño do sistema e requiren que o sistema funcione a unha presión maior que outros plans de tubaxe de selado dobre.

Usando a Figura 2 como referencia, a aplicación de exemplo instálase nun lugar onde a temperatura ambiente está entre -17 °C (1 °F) e 70 °C (158 °F). O extremo superior deste intervalo parece ser pouco realista, 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 alto e máis baixo.

Cando o usuario final estea a operar o sistema, engadirá a presión do fluído de barreira ata que se alcance a presión de recarga 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 cargaría previamente o acumulador a 30,3 bar (440 PSIG), a alarma estableceríase en 30,7 bar (445 PSIG) e o operador engadiría o fluído de barreira ata que alcanzase a presión. 37,9 bar (550 PSIG). Se a temperatura ambiente diminuíu a 0 °C (32 °F), entón a presión de alarma baixará a 28,1 bar (408 PSIG) e a presión de recheo a 34,7 bar (504 PSIG).

Neste escenario, a alarma e as presións de recheo cambian ou flotan en resposta ás temperaturas ambiente. Este enfoque a miúdo denomínase estratexia flotante-flotante. Tanto a alarma como a recarga "flotan". Isto resulta nas presións de funcionamento máis baixas para o sistema de selado. Isto, porén, pon dous requisitos específicos ao usuario final; determinando a presión de alarma e de recarga correctas. A presión de alarma para o sistema é unha función da temperatura e esta relación debe ser programada no sistema DCS do usuario final. A presión de recarga tamén dependerá da temperatura ambiente, polo que o operador terá que consultar a placa de características para atopar a presión correcta para as condicións actuais.

Algúns usuarios finais demandan un enfoque máis sinxelo e desexan unha estratexia na que tanto a presión de alarma como as presións de recarga sexan constantes (ou fixas) e independentes da temperatura ambiente. A estratexia fixo-fixo proporciona ao usuario final só unha presión para recargar o sistema e un único valor para alarmar o sistema. Desafortunadamente, esta condición debe asumir que a temperatura está no valor máximo, xa que os cálculos compensan a baixada da temperatura ambiente da temperatura máxima á mínima. Isto fai que o sistema funcione a presións máis altas. Nalgunhas aplicacións, o uso dunha estratexia fixo-fixo pode producir cambios no deseño do selo ou nas clasificacións MAWP doutros compoñentes do sistema para manexar as presións elevadas.

Outros usuarios finais aplicarán un enfoque híbrido cunha presión de alarma fixa e unha presión de recarga flotante. Isto pode reducir a presión de funcionamento ao mesmo tempo que simplifica a configuración da alarma. A decisión da estratexia de alarma correcta só debe tomarse despois de ter en conta a condición da aplicación, o rango de temperatura ambiente e os requisitos do usuario final.

Hai algunhas modificacións no deseño do Plan de Tuberías 53B que poden axudar a mitigar algúns destes desafíos. O quecemento a partir da radiación solar pode aumentar moito a temperatura máxima do acumulador para os cálculos de deseño. Colocar o acumulador á sombra ou construír un parasol para o acumulador pode eliminar a calefacción 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 os cambios de temperatura efectivos da vexiga, dando lugar a temperaturas de funcionamento máis estables.

Este enfoque pódese estender ao uso de trazado de calor e illamento no acumulador. Cando se aplica correctamente, o acumulador funcionará a unha temperatura independentemente dos cambios diarios ou estacionais da temperatura ambiente. Esta é quizais a opción de deseño único máis importante a considerar en áreas con grandes variacións de temperatura. Este enfoque ten unha gran base instalada no campo e permitiu empregar o Plan 53B en lugares que non serían posibles cun trazado térmico.

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