اعتبارات اختيار الختم – تركيب موانع التسرب الميكانيكية المزدوجة ذات الضغط العالي

الترتيب 3 الأختام الميكانيكية هيالأختام المزدوجةحيث يتم الحفاظ على تجويف السائل الحاجز بين الأختام عند ضغط أكبر من ضغط غرفة الختم. مع مرور الوقت، طورت الصناعة العديد من الاستراتيجيات لخلق بيئة الضغط العالي اللازمة لهذه الأختام. يتم التقاط هذه الاستراتيجيات في مخططات أنابيب الختم الميكانيكي. في حين أن العديد من هذه الخطط تخدم وظائف مماثلة، فإن خصائص التشغيل لكل منها يمكن أن تكون مختلفة تمامًا وستؤثر على جميع جوانب نظام الختم.

خطة الأنابيب 53ب، كما هو محدد بواسطة API 682، هي خطة أنابيب تعمل على ضغط السائل الحاجز باستخدام مركم مثانة مشحون بالنيتروجين. تعمل المثانة المضغوطة مباشرة على السائل الحاجز، مما يضغط على نظام الختم بأكمله. تمنع المثانة الاتصال المباشر بين غاز الضغط والسائل الحاجز مما يمنع امتصاص الغاز في السائل. يتيح ذلك استخدام خطة الأنابيب 53B في تطبيقات الضغط العالي مقارنة بخطة الأنابيب 53A. كما أن الطبيعة المستقلة للمراكم تلغي الحاجة إلى إمداد ثابت بالنيتروجين، مما يجعل النظام مثاليًا للتركيبات عن بعد.

ومع ذلك، فإن فوائد مراكم المثانة يقابلها بعض خصائص تشغيل النظام. يتم تحديد ضغط خطة الأنابيب 53ب مباشرة من خلال ضغط الغاز في المثانة. يمكن أن يتغير هذا الضغط بشكل كبير بسبب عدة متغيرات.

يجب أن يتم شحن المثانة الموجودة في المجمع مسبقًا قبل إضافة السائل الحاجز إلى النظام. وهذا يخلق الأساس لجميع الحسابات والتفسيرات المستقبلية لتشغيل الأنظمة. ويعتمد ضغط الشحن المسبق الفعلي على ضغط التشغيل للنظام وحجم الأمان لسائل الحاجز في المركمات. ويعتمد ضغط ما قبل الشحن أيضًا على درجة حرارة الغاز الموجود في المثانة. ملاحظة: يتم ضبط ضغط الشحن المسبق فقط عند التشغيل الأولي للنظام ولن يتم تعديله أثناء التشغيل الفعلي.

يختلف ضغط الغاز في المثانة حسب درجة حرارة الغاز. في معظم الحالات، ستتبع درجة حرارة الغاز درجة الحرارة المحيطة في موقع التثبيت. التطبيقات في المناطق التي توجد بها تغيرات يومية وموسمية كبيرة في درجات الحرارة ستشهد تقلبات كبيرة في ضغط النظام.

استهلاك السوائل الحاجزةأثناء التشغيل، سوف تستهلك الأختام الميكانيكية سائل الحاجز من خلال تسرب الختم العادي. يتم تجديد هذا السائل الحاجز بواسطة السائل الموجود في المجمع، مما يؤدي إلى تمدد الغاز في المثانة وانخفاض ضغط النظام. هذه التغييرات هي دالة لحجم المركم، ومعدلات تسرب الختم، وفترة الصيانة المطلوبة للنظام (على سبيل المثال، 28 يومًا).

يعد التغيير في ضغط النظام هو الطريقة الأساسية التي يتتبع بها المستخدم النهائي أداء الختم. يتم استخدام الضغط أيضًا لإنشاء إنذارات الصيانة والكشف عن فشل الختم. ومع ذلك، فإن الضغوط سوف تتغير باستمرار أثناء تشغيل النظام. كيف يجب على المستخدم ضبط الضغوط في نظام الخطة 53ب؟ متى يكون من الضروري إضافة السائل الحاجز؟ ما مقدار السوائل التي يجب إضافتها؟

ظهرت أول مجموعة من الحسابات الهندسية المنشورة على نطاق واسع لأنظمة Plan 53B في الإصدار الرابع من API 682. يوفر الملحق F تعليمات خطوة بخطوة حول كيفية تحديد الضغوط والأحجام لخطة الأنابيب هذه. أحد المتطلبات الأكثر فائدة لـ API 682 هو إنشاء لوحة اسم قياسية لمراكم المثانة (API 682، الإصدار الرابع، الجدول 10). تحتوي لوحة الاسم هذه على جدول يلتقط ضغوط الشحن المسبق وإعادة التعبئة والإنذار للنظام عبر نطاق ظروف درجة الحرارة المحيطة في موقع التطبيق. ملحوظة: الجدول الموجود في المعيار هو مجرد مثال وأن القيم الفعلية ستتغير بشكل كبير عند تطبيقها على تطبيق ميداني محدد.

أحد الافتراضات الأساسية في الشكل 2 هو أنه من المتوقع أن تعمل خطة الأنابيب 53B بشكل مستمر ودون تغيير الضغط الأولي قبل الشحن. هناك أيضًا افتراض بأن النظام قد يتعرض لنطاق كامل من درجات الحرارة المحيطة خلال فترة زمنية قصيرة. وهذا له آثار كبيرة على تصميم النظام ويتطلب تشغيل النظام عند ضغط أكبر من خطط الأنابيب المزدوجة الختم الأخرى.

باستخدام الشكل 2 كمرجع، تم تثبيت تطبيق المثال في موقع تتراوح درجة الحرارة المحيطة فيه بين -17 درجة مئوية (1 درجة فهرنهايت) و70 درجة مئوية (158 درجة فهرنهايت). ويبدو أن الحد الأعلى لهذا النطاق مرتفع بشكل غير واقعي، ولكنه يشمل أيضًا تأثيرات التسخين الشمسي للمراكم المعرضة لأشعة الشمس المباشرة. تمثل الصفوف الموجودة في الجدول فترات درجة الحرارة بين أعلى وأدنى القيم.

عندما يقوم المستخدم النهائي بتشغيل النظام، فإنه سيضيف ضغط سائل الحاجز حتى يصل ضغط إعادة الملء إلى درجة الحرارة المحيطة الحالية. ضغط الإنذار هو الضغط الذي يشير إلى أن المستخدم النهائي يحتاج إلى إضافة سائل حاجز إضافي. عند 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)، يقوم المشغل بشحن المركم مسبقًا إلى 30.3 بار (440 رطل لكل بوصة مربعة)، ويتم ضبط المنبه على 30.7 بار (445 رطل لكل بوصة مربعة)، وسيضيف المشغل السائل الحاجز حتى يصل الضغط 37.9 بار (550 رطل لكل بوصة مربعة). إذا انخفضت درجة الحرارة المحيطة إلى 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت)، فسوف ينخفض ​​ضغط الإنذار إلى 28.1 بار (408 رطل لكل بوصة مربعة) وضغط إعادة التعبئة إلى 34.7 بار (504 رطل لكل بوصة مربعة).

في هذا السيناريو، تتغير ضغوط الإنذار وإعادة التعبئة، أو تطفو، استجابة لدرجات الحرارة المحيطة. وغالبا ما يشار إلى هذا النهج على أنه استراتيجية عائمة عائمة. كل من التنبيه وإعادة التعبئة "تعويم". وهذا يؤدي إلى أدنى ضغوط تشغيل لنظام الختم. ومع ذلك، فإن هذا يضع متطلبين محددين على المستخدم النهائي؛ تحديد ضغط الإنذار الصحيح وضغط إعادة التعبئة. إن ضغط الإنذار للنظام هو دالة لدرجة الحرارة ويجب برمجة هذه العلاقة في نظام DCS الخاص بالمستخدم النهائي. سيعتمد ضغط إعادة الملء أيضًا على درجة الحرارة المحيطة، لذلك سيحتاج المشغل إلى الرجوع إلى لوحة الاسم للعثور على الضغط الصحيح للظروف الحالية.

يطالب بعض المستخدمين النهائيين باتباع نهج أبسط ويرغبون في استراتيجية يكون فيها ضغط الإنذار وضغوط إعادة التعبئة ثابتين (أو ثابتين) ومستقلين عن درجات الحرارة المحيطة. توفر الإستراتيجية الثابتة الثابتة للمستخدم النهائي ضغطًا واحدًا فقط لإعادة تعبئة النظام وقيمة فقط لتنبيه النظام. ولسوء الحظ، يجب أن يفترض هذا الشرط أن درجة الحرارة عند القيمة القصوى، حيث أن الحسابات تعوض انخفاض درجة الحرارة المحيطة من الحد الأقصى إلى الحد الأدنى لدرجة الحرارة. وهذا يؤدي إلى تشغيل النظام عند ضغوط أعلى. في بعض التطبيقات، قد يؤدي استخدام استراتيجية ثابتة إلى تغييرات في تصميم الختم أو تقييمات MAWP لمكونات النظام الأخرى للتعامل مع الضغوط المرتفعة.

سيطبق المستخدمون النهائيون الآخرون نهجًا هجينًا مع ضغط إنذار ثابت وضغط إعادة تعبئة عائم. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل ضغط التشغيل مع تبسيط إعدادات الإنذار. يجب أن يتم اتخاذ القرار بشأن استراتيجية الإنذار الصحيحة فقط بعد النظر في حالة التطبيق، ونطاق درجة الحرارة المحيطة، ومتطلبات المستخدم النهائي.

هناك بعض التعديلات في تصميم خطة الأنابيب 53ب والتي يمكن أن تساعد في التخفيف من بعض هذه التحديات. يمكن أن يؤدي التسخين الناتج عن الإشعاع الشمسي إلى زيادة درجة الحرارة القصوى للمراكم بشكل كبير لحسابات التصميم. إن وضع المركم في الظل أو إنشاء درع شمسي للمراكم يمكن أن يزيل التسخين الشمسي ويقلل درجة الحرارة القصوى في الحسابات.

في الأوصاف أعلاه، يتم استخدام مصطلح درجة الحرارة المحيطة لتمثيل درجة حرارة الغاز في المثانة. في ظل الحالة المستقرة أو ظروف درجة الحرارة المحيطة المتغيرة ببطء، يعد هذا افتراضًا معقولًا. إذا كانت هناك تقلبات كبيرة في ظروف درجة الحرارة المحيطة بين النهار والليل، فإن عزل المركم يمكن أن يخفف من التقلبات الفعالة في درجة حرارة المثانة مما يؤدي إلى درجات حرارة تشغيل أكثر استقرارًا.

يمكن توسيع هذا النهج ليشمل استخدام تتبع الحرارة والعزل على المجمع. عند تطبيق ذلك بشكل صحيح، سيعمل المركم عند درجة حرارة واحدة بغض النظر عن التغيرات اليومية أو الموسمية في درجة الحرارة المحيطة. ربما يكون هذا هو خيار التصميم الأكثر أهمية الذي يجب مراعاته في المناطق ذات التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة. يحتوي هذا النهج على قاعدة كبيرة مثبتة في الميدان وقد سمح باستخدام الخطة 53ب في المواقع التي لم يكن من الممكن تحقيقها باستخدام تتبع الحرارة.

يجب على المستخدمين النهائيين الذين يفكرون في استخدام خطة الأنابيب 53ب أن يدركوا أن خطة الأنابيب هذه ليست مجرد خطة الأنابيب 53A المزودة بمراكم. تقريبًا كل جانب من جوانب تصميم النظام، والتشغيل، والتشغيل، والصيانة للخطة 53B فريد من نوعه في خطة الأنابيب هذه. معظم الإحباطات التي عانى منها المستخدمون النهائيون تأتي من عدم فهم النظام. يمكن لمصنعي Seal OEMs إعداد تحليل أكثر تفصيلاً لتطبيق معين ويمكنهم توفير الخلفية المطلوبة لمساعدة المستخدم النهائي على تحديد هذا النظام وتشغيله بشكل صحيح.