Ζητήματα Επιλογής Σφραγίδων – Εγκατάσταση Διπλών Μηχανικών Σφραγίδων Υψηλής Πίεσης

Οι μηχανικές σφραγίδες της διάταξης 3 είναιδιπλές σφραγίδεςόπου η κοιλότητα του υγρού φραγμού μεταξύ των στεγανοποιήσεων διατηρείται σε πίεση μεγαλύτερη από την πίεση του θαλάμου στεγανοποίησης. Με την πάροδο του χρόνου, η βιομηχανία έχει αναπτύξει διάφορες στρατηγικές για τη δημιουργία του περιβάλλοντος υψηλής πίεσης που είναι απαραίτητο για αυτές τις στεγανοποιήσεις. Αυτές οι στρατηγικές αποτυπώνονται στα σχέδια σωληνώσεων της μηχανικής στεγανοποίησης. Ενώ πολλά από αυτά τα σχέδια εξυπηρετούν παρόμοιες λειτουργίες, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά καθενός μπορεί να είναι πολύ διαφορετικά και θα επηρεάσουν όλες τις πτυχές του συστήματος στεγανοποίησης.

Το Σχέδιο Σωλήνωσης 53Β, όπως ορίζεται από το API 682, είναι ένα σχέδιο σωληνώσεων που συμπιέζει το υγρό φραγμού με έναν συσσωρευτή κύστης φορτισμένο με άζωτο. Η υπό πίεση κύστη δρα απευθείας στο υγρό φραγμού, συμπιέζοντας ολόκληρο το σύστημα στεγανοποίησης. Η κύστη εμποδίζει την άμεση επαφή μεταξύ του αερίου συμπίεσης και του υγρού φραγμού, εξαλείφοντας την απορρόφηση αερίου στο υγρό. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του Σχεδίου Σωλήνωσης 53Β σε εφαρμογές υψηλότερης πίεσης από το Σχέδιο Σωλήνωσης 53Α. Η αυτόνομη φύση του συσσωρευτή εξαλείφει επίσης την ανάγκη για συνεχή παροχή αζώτου, γεγονός που καθιστά το σύστημα ιδανικό για απομακρυσμένες εγκαταστάσεις.

Τα οφέλη του συσσωρευτή κύστεων, ωστόσο, αντισταθμίζονται από ορισμένα λειτουργικά χαρακτηριστικά του συστήματος. Η πίεση ενός Σχεδίου Σωληνώσεων 53Β καθορίζεται άμεσα από την πίεση του αερίου στην κύστη. Αυτή η πίεση μπορεί να αλλάξει δραματικά λόγω διαφόρων μεταβλητών.

Η κύστη στον συσσωρευτή πρέπει να έχει προπληρωθεί πριν προστεθεί υγρό φραγμού στο σύστημα. Αυτό δημιουργεί τη βάση για όλους τους μελλοντικούς υπολογισμούς και ερμηνείες της λειτουργίας των συστημάτων. Η πραγματική πίεση προφόρτισης εξαρτάται από την πίεση λειτουργίας του συστήματος και τον όγκο ασφαλείας του υγρού φραγμού στους συσσωρευτές. Η πίεση προφόρτισης εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία του αερίου στον συσσωρευτή. Σημείωση: η πίεση προφόρτισης ρυθμίζεται μόνο κατά την αρχική θέση σε λειτουργία του συστήματος και δεν θα ρυθμιστεί κατά την πραγματική λειτουργία.

Η πίεση του αερίου στην κύστη θα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία του αερίου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η θερμοκρασία του αερίου θα παρακολουθεί τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στο σημείο εγκατάστασης. Οι εφαρμογές σε περιοχές όπου υπάρχουν μεγάλες ημερήσιες και εποχιακές αλλαγές στις θερμοκρασίες θα παρουσιάσουν μεγάλες διακυμάνσεις στην πίεση του συστήματος.

Κατανάλωση υγρού φραγμούΚατά τη λειτουργία, οι μηχανικές στεγανοποιήσεις θα καταναλώνουν υγρό φραγμού μέσω της κανονικής διαρροής στεγανοποίησης. Αυτό το υγρό φραγμού αναπληρώνεται από το υγρό στον συσσωρευτή, με αποτέλεσμα τη διαστολή του αερίου στην κύστη και τη μείωση της πίεσης του συστήματος. Αυτές οι αλλαγές είναι συνάρτηση του μεγέθους του συσσωρευτή, των ρυθμών διαρροής στεγανοποίησης και του επιθυμητού διαστήματος συντήρησης για το σύστημα (π.χ., 28 ημέρες).

Η αλλαγή στην πίεση του συστήματος είναι ο κύριος τρόπος με τον οποίο ο τελικός χρήστης παρακολουθεί την απόδοση της στεγανοποίησης. Η πίεση χρησιμοποιείται επίσης για τη δημιουργία συναγερμών συντήρησης και για την ανίχνευση βλαβών στη στεγανοποίηση. Ωστόσο, οι πιέσεις θα αλλάζουν συνεχώς ενώ το σύστημα βρίσκεται σε λειτουργία. Πώς θα πρέπει ο χρήστης να ρυθμίζει τις πιέσεις στο σύστημα του Σχεδίου 53Β; Πότε είναι απαραίτητο να προστεθεί υγρό φραγμού; Πόσο υγρό πρέπει να προστεθεί;

Το πρώτο ευρέως δημοσιευμένο σύνολο μηχανικών υπολογισμών για συστήματα Σχεδίου 53Β εμφανίστηκε στο API 682 Τέταρτη Έκδοση. Το Παράρτημα F παρέχει οδηγίες βήμα προς βήμα για τον τρόπο προσδιορισμού των πιέσεων και των όγκων για αυτό το σχέδιο σωληνώσεων. Μία από τις πιο χρήσιμες απαιτήσεις του API 682 είναι η δημιουργία μιας τυποποιημένης πινακίδας τύπου για συσσωρευτές με κύστη (API 682 Τέταρτη Έκδοση, Πίνακας 10). Αυτή η πινακίδα τύπου περιέχει έναν πίνακα που καταγράφει τις πιέσεις προφόρτισης, επαναπλήρωσης και συναγερμού για το σύστημα σε όλο το εύρος των συνθηκών θερμοκρασίας περιβάλλοντος στον τόπο εφαρμογής. Σημείωση: ο πίνακας στο πρότυπο είναι απλώς ένα παράδειγμα και οι πραγματικές τιμές θα αλλάξουν σημαντικά όταν εφαρμόζονται σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή πεδίου.

Μία από τις βασικές υποθέσεις του Σχήματος 2 είναι ότι το Σχέδιο Σωληνώσεων 53Β αναμένεται να λειτουργεί συνεχώς και χωρίς να αλλάζει η αρχική πίεση προφόρτισης. Υπάρχει επίσης η υπόθεση ότι το σύστημα μπορεί να εκτεθεί σε ένα ολόκληρο εύρος θερμοκρασίας περιβάλλοντος για σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτά έχουν σημαντικές επιπτώσεις στο σχεδιασμό του συστήματος και απαιτούν το σύστημα να λειτουργεί σε πίεση μεγαλύτερη από άλλα σχέδια σωληνώσεων διπλής σφράγισης.

Χρησιμοποιώντας το Σχήμα 2 ως αναφορά, η εφαρμογή-παράδειγμα εγκαθίσταται σε μια τοποθεσία όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι μεταξύ -17°C (1°F) και 70°C (158°F). Το ανώτερο όριο αυτού του εύρους φαίνεται να είναι εξωπραγματικά υψηλό, αλλά περιλαμβάνει επίσης τις επιπτώσεις της ηλιακής θέρμανσης ενός συσσωρευτή που εκτίθεται σε άμεσο ηλιακό φως. Οι γραμμές στον πίνακα αντιπροσωπεύουν τα διαστήματα θερμοκρασίας μεταξύ της υψηλότερης και της χαμηλότερης τιμής.

Όταν ο τελικός χρήστης χειρίζεται το σύστημα, θα προσθέτει πίεση υγρού φραγμού μέχρι να επιτευχθεί η πίεση αναπλήρωσης στην τρέχουσα θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η πίεση συναγερμού είναι η πίεση που υποδεικνύει ότι ο τελικός χρήστης χρειάζεται να προσθέσει επιπλέον υγρό φραγμού. Στους 25°C (77°F), ο χειριστής θα προφορτίσει τον συσσωρευτή στα 30,3 bar (440 PSIG), ο συναγερμός θα ρυθμιστεί στα 30,7 bar (445 PSIG) και ο χειριστής θα προσθέσει υγρό φραγμού μέχρι η πίεση να φτάσει τα 37,9 bar (550 PSIG). Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος μειωθεί στους 0°C (32°F), τότε η πίεση συναγερμού θα μειωθεί στα 28,1 bar (408 PSIG) και η πίεση αναπλήρωσης στα 34,7 bar (504 PSIG).

Σε αυτό το σενάριο, οι πιέσεις συναγερμού και επαναπλήρωσης αλλάζουν ή κυμαίνονται ανάλογα με τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Αυτή η προσέγγιση αναφέρεται συχνά ως στρατηγική πλεύσης-πλεύσης. Τόσο ο συναγερμός όσο και η επαναπλήρωση «επιπλέουν». Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τις χαμηλότερες πιέσεις λειτουργίας για το σύστημα στεγανοποίησης. Αυτό, ωστόσο, θέτει δύο συγκεκριμένες απαιτήσεις στον τελικό χρήστη: τον προσδιορισμό της σωστής πίεσης συναγερμού και της πίεσης επαναπλήρωσης. Η πίεση συναγερμού για το σύστημα είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και αυτή η σχέση πρέπει να προγραμματιστεί στο σύστημα DCS του τελικού χρήστη. Η πίεση επαναπλήρωσης θα εξαρτηθεί επίσης από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, επομένως ο χειριστής θα πρέπει να ανατρέξει στην πινακίδα τύπου για να βρει τη σωστή πίεση για τις τρέχουσες συνθήκες.

Ορισμένοι τελικοί χρήστες απαιτούν μια απλούστερη προσέγγιση και επιθυμούν μια στρατηγική όπου τόσο η πίεση συναγερμού όσο και οι πιέσεις επαναπλήρωσης είναι σταθερές (ή σταθερές) και ανεξάρτητες από τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η στρατηγική σταθερής-σταθερής παρέχει στον τελικό χρήστη μόνο μία πίεση για την επαναπλήρωση του συστήματος και μόνο μία τιμή για την ενεργοποίηση συναγερμού στο σύστημα. Δυστυχώς, αυτή η συνθήκη πρέπει να υποθέτει ότι η θερμοκρασία βρίσκεται στη μέγιστη τιμή, καθώς οι υπολογισμοί αντισταθμίζουν την πτώση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος από τη μέγιστη στην ελάχιστη θερμοκρασία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σύστημα να λειτουργεί σε υψηλότερες πιέσεις. Σε ορισμένες εφαρμογές, η χρήση μιας στρατηγικής σταθερής-σταθερής μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές στο σχεδιασμό της στεγανοποίησης ή στις ονομαστικές τιμές MAWP για άλλα εξαρτήματα του συστήματος για τη διαχείριση των αυξημένων πιέσεων.

Άλλοι τελικοί χρήστες θα εφαρμόσουν μια υβριδική προσέγγιση με σταθερή πίεση συναγερμού και κυμαινόμενη πίεση επαναπλήρωσης. Αυτό μπορεί να μειώσει την πίεση λειτουργίας, απλοποιώντας παράλληλα τις ρυθμίσεις συναγερμού. Η απόφαση για τη σωστή στρατηγική συναγερμού θα πρέπει να λαμβάνεται μόνο αφού ληφθούν υπόψη οι συνθήκες εφαρμογής, το εύρος θερμοκρασίας περιβάλλοντος και οι απαιτήσεις του τελικού χρήστη.

Υπάρχουν ορισμένες τροποποιήσεις στο σχεδιασμό του Σχεδίου Σωληνώσεων 53Β που μπορούν να βοηθήσουν στην άμβλυνση ορισμένων από αυτές τις προκλήσεις. Η θέρμανση από την ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη μέγιστη θερμοκρασία του συσσωρευτή για τους υπολογισμούς σχεδιασμού. Η τοποθέτηση του συσσωρευτή στη σκιά ή η κατασκευή μιας ηλιακής θωράκισης για τον συσσωρευτή μπορεί να εξαλείψει την ηλιακή θέρμανση και να μειώσει τη μέγιστη θερμοκρασία στους υπολογισμούς.

Στις παραπάνω περιγραφές, ο όρος «θερμοκρασία περιβάλλοντος» χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τη θερμοκρασία του αερίου στην κύστη. Υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης ή αργά μεταβαλλόμενης θερμοκρασίας περιβάλλοντος, αυτή είναι μια λογική υπόθεση. Εάν υπάρχουν μεγάλες διακυμάνσεις στις συνθήκες θερμοκρασίας περιβάλλοντος μεταξύ ημέρας και νύχτας, η μόνωση του συσσωρευτή μπορεί να μετριάσει τις αποτελεσματικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας της κύστεως, με αποτέλεσμα πιο σταθερές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Αυτή η προσέγγιση μπορεί να επεκταθεί στη χρήση θερμικής ιχνηλάτησης και μόνωσης στον συσσωρευτή. Όταν αυτό εφαρμόζεται σωστά, ο συσσωρευτής θα λειτουργεί σε μία θερμοκρασία ανεξάρτητα από τις ημερήσιες ή εποχιακές αλλαγές στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτή είναι ίσως η πιο σημαντική επιλογή μοναδικού σχεδιασμού που πρέπει να ληφθεί υπόψη σε περιοχές με μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Αυτή η προσέγγιση έχει μια μεγάλη εγκατεστημένη βάση στο πεδίο και έχει επιτρέψει τη χρήση του Σχεδίου 53Β σε τοποθεσίες που δεν θα ήταν δυνατές με θερμική ιχνηλάτηση.

Οι τελικοί χρήστες που εξετάζουν το ενδεχόμενο χρήσης ενός Σχεδίου Σωληνώσεων 53Β θα πρέπει να γνωρίζουν ότι αυτό το σχέδιο σωληνώσεων δεν είναι απλώς ένα Σχέδιο Σωληνώσεων 53Α με συσσωρευτή. Σχεδόν κάθε πτυχή του σχεδιασμού, της θέσης σε λειτουργία, της λειτουργίας και της συντήρησης του συστήματος ενός Σχεδίου 53Β είναι μοναδική σε αυτό το σχέδιο σωληνώσεων. Οι περισσότερες από τις απογοητεύσεις που έχουν βιώσει οι τελικοί χρήστες προέρχονται από την έλλειψη κατανόησης του συστήματος. Οι κατασκευαστές πρωτότυπου εξοπλισμού (OEM) στεγανοποίησης μπορούν να προετοιμάσουν μια πιο λεπτομερή ανάλυση για μια συγκεκριμένη εφαρμογή και μπορούν να παρέχουν το απαραίτητο υπόβαθρο για να βοηθήσουν τον τελικό χρήστη να καθορίσει και να λειτουργήσει σωστά αυτό το σύστημα.