اعتبارات اختيار مانع التسرب - تركيب موانع تسرب ميكانيكية مزدوجة عالية الضغط

الأختام الميكانيكية في الترتيب 3 هيمانعات تسرب مزدوجةحيث يُحافظ على ضغط أعلى من ضغط حجرة منع التسرب في تجويف سائل الحاجز بين موانع التسرب. وقد طوّرت الصناعة، على مرّ الزمن، استراتيجيات عديدة لخلق بيئة الضغط العالي اللازمة لهذه الموانع. وتُجسّد هذه الاستراتيجيات في مخططات أنابيب مانع التسرب الميكانيكي. ورغم تشابه وظائف العديد من هذه المخططات، إلا أن خصائص تشغيل كل منها قد تختلف اختلافًا كبيرًا، مما يؤثر على جميع جوانب نظام منع التسرب.

مخطط الأنابيب 53B، كما هو مُعرّف في معيار API 682، هو مخطط أنابيب يضغط سائل الحاجز باستخدام مُجمِّع غشائي مملوء بالنيتروجين. يعمل الغشاء المضغوط مباشرةً على سائل الحاجز، ضاغطًا نظام منع التسرب بأكمله. يمنع الغشاء التلامس المباشر بين غاز الضغط وسائل الحاجز، مما يمنع امتصاص الغاز في السائل. هذا يسمح باستخدام مخطط الأنابيب 53B في تطبيقات ذات ضغط أعلى من مخطط الأنابيب 53A. كما أن طبيعة المُجمِّع المُكتفية ذاتيًا تُغني عن الحاجة إلى إمداد مستمر بالنيتروجين، مما يجعل النظام مثاليًا للتركيبات البعيدة.

مع ذلك، فإن فوائد مُجمِّع الضغط ذي الغشاء تُقابلها بعض خصائص تشغيل النظام. يتحدد ضغط مخطط الأنابيب 53B مباشرةً بضغط الغاز الموجود في الغشاء، والذي قد يتغير بشكل كبير نتيجةً لعدة عوامل.

يجب شحن الغشاء الموجود في المُراكم مسبقًا قبل إضافة سائل الحاجز إلى النظام. يُشكل هذا أساسًا لجميع الحسابات والتفسيرات اللاحقة لتشغيل النظام. يعتمد ضغط الشحن المسبق الفعلي على ضغط تشغيل النظام وحجم سائل الحاجز الآمن في المُراكم. كما يعتمد ضغط الشحن المسبق على درجة حرارة الغاز في الغشاء. ملاحظة: يتم ضبط ضغط الشحن المسبق فقط عند التشغيل الأولي للنظام، ولن يتم تعديله أثناء التشغيل الفعلي.

يتغير ضغط الغاز في الغشاء تبعًا لدرجة حرارته. في معظم الحالات، تتناسب درجة حرارة الغاز مع درجة الحرارة المحيطة في موقع التركيب. أما التطبيقات في المناطق التي تشهد تغيرات كبيرة في درجات الحرارة يوميًا وموسميًا، فستشهد تقلبات كبيرة في ضغط النظام.

استهلاك سائل الحاجزأثناء التشغيل، تستهلك موانع التسرب الميكانيكية سائل الحاجز نتيجةً للتسرب الطبيعي. ويتم تعويض هذا السائل بواسطة السائل الموجود في المُجمِّع، مما يؤدي إلى تمدد الغاز في الغشاء وانخفاض ضغط النظام. وتعتمد هذه التغيرات على حجم المُجمِّع، ومعدلات تسرب موانع التسرب، وفترة الصيانة المطلوبة للنظام (مثلاً، 28 يومًا).

يُعدّ تغيّر ضغط النظام الوسيلة الأساسية التي يستخدمها المستخدم النهائي لتتبع أداء مانع التسرب. كما يُستخدم الضغط أيضًا لإنشاء تنبيهات الصيانة والكشف عن أعطال مانع التسرب. مع ذلك، يتغير الضغط باستمرار أثناء تشغيل النظام. كيف ينبغي للمستخدم ضبط الضغوط في نظام Plan 53B؟ متى يلزم إضافة سائل الحاجز؟ ما هي كمية السائل التي يجب إضافتها؟

ظهرت أول مجموعة من الحسابات الهندسية المنشورة على نطاق واسع لأنظمة الخطة 53B في الإصدار الرابع من معيار API 682. يقدم الملحق F تعليمات مفصلة خطوة بخطوة حول كيفية تحديد الضغوط والأحجام لهذه الخطة الأنبوبية. من أهم متطلبات معيار API 682 إنشاء لوحة بيانات قياسية لمراكم الضغط (الإصدار الرابع من معيار API 682، الجدول 10). تحتوي هذه اللوحة على جدول يوضح ضغوط الشحن المسبق وإعادة التعبئة والإنذار للنظام ضمن نطاق درجات الحرارة المحيطة في موقع التطبيق. ملاحظة: الجدول الوارد في المعيار هو مجرد مثال، وستختلف القيم الفعلية اختلافًا كبيرًا عند تطبيقها على تطبيق ميداني محدد.

يفترض الشكل 2 أن مخطط الأنابيب 53B مصمم للعمل بشكل مستمر دون تغيير ضغط الشحن المسبق الأولي. كما يفترض أن النظام قد يتعرض لنطاق كامل من درجات الحرارة المحيطة خلال فترة زمنية قصيرة. لهذه الافتراضات آثار هامة على تصميم النظام، وتتطلب تشغيله بضغط أعلى من مخططات الأنابيب الأخرى ذات نظام الإغلاق المزدوج.

بالاستناد إلى الشكل 2، تم تثبيت التطبيق النموذجي في موقع تتراوح فيه درجة الحرارة المحيطة بين -17 درجة مئوية (1 درجة فهرنهايت) و70 درجة مئوية (158 درجة فهرنهايت). قد يبدو الحد الأعلى لهذا النطاق مرتفعًا بشكل غير واقعي، ولكنه يشمل أيضًا تأثيرات التسخين الشمسي لمُجمِّع مُعرَّض لأشعة الشمس المباشرة. تمثل الصفوف في الجدول فواصل درجات الحرارة بين أعلى وأدنى القيم.

عند تشغيل النظام من قِبل المستخدم النهائي، يقوم بزيادة ضغط سائل الحاجز حتى يصل إلى ضغط إعادة التعبئة عند درجة الحرارة المحيطة الحالية. ضغط الإنذار هو الضغط الذي يُشير إلى ضرورة إضافة المزيد من سائل الحاجز. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)، يقوم المشغل بشحن المُراكم مسبقًا إلى 30.3 بار (440 رطل/بوصة مربعة)، ويتم ضبط الإنذار على 30.7 بار (445 رطل/بوصة مربعة)، ثم يُضيف سائل الحاجز حتى يصل الضغط إلى 37.9 بار (550 رطل/بوصة مربعة). إذا انخفضت درجة الحرارة المحيطة إلى 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت)، سينخفض ​​ضغط الإنذار إلى 28.1 بار (408 رطل/بوصة مربعة) وضغط إعادة التعبئة إلى 34.7 بار (504 رطل/بوصة مربعة).

في هذا السيناريو، يتغير ضغط الإنذار وضغط إعادة التعبئة، أو يتذبذبان، استجابةً لدرجات الحرارة المحيطة. يُشار إلى هذا النهج غالبًا باستراتيجية التذبذب المتغير. يتذبذب كل من ضغط الإنذار وضغط إعادة التعبئة، مما ينتج عنه أدنى ضغوط تشغيل لنظام الإحكام. ومع ذلك، يفرض هذا متطلبين محددين على المستخدم النهائي: تحديد ضغط الإنذار وضغط إعادة التعبئة الصحيحين. يعتمد ضغط الإنذار للنظام على درجة الحرارة، ويجب برمجة هذه العلاقة في نظام التحكم الموزع (DCS) الخاص بالمستخدم النهائي. كما يعتمد ضغط إعادة التعبئة على درجة الحرارة المحيطة، لذا سيحتاج المشغل إلى الرجوع إلى لوحة البيانات للعثور على الضغط الصحيح للظروف الحالية.

يطالب بعض المستخدمين النهائيين بنهج أبسط، ويرغبون في استراتيجية يكون فيها كل من ضغط الإنذار وضغط إعادة التعبئة ثابتين (أو محددين) ولا يتأثران بدرجة الحرارة المحيطة. توفر استراتيجية الضغط الثابت للمستخدم النهائي ضغطًا واحدًا فقط لإعادة تعبئة النظام وقيمة واحدة فقط لتفعيل الإنذار. مع ذلك، يفترض هذا الشرط أن تكون درجة الحرارة عند أقصى قيمة لها، لأن الحسابات تعوض انخفاض درجة الحرارة المحيطة من الحد الأقصى إلى الحد الأدنى. ينتج عن ذلك تشغيل النظام عند ضغوط أعلى. في بعض التطبيقات، قد يؤدي استخدام استراتيجية الضغط الثابت إلى تغييرات في تصميم مانع التسرب أو تصنيفات الحد الأقصى لضغط التشغيل المسموح به (MAWP) لمكونات النظام الأخرى لتحمل الضغوط المرتفعة.

سيلجأ بعض المستخدمين النهائيين إلى نهج هجين يجمع بين ضغط إنذار ثابت وضغط إعادة تعبئة متغير. وهذا من شأنه أن يقلل ضغط التشغيل مع تبسيط إعدادات الإنذار. ولا ينبغي اتخاذ قرار بشأن استراتيجية الإنذار المناسبة إلا بعد دراسة ظروف التطبيق، ونطاق درجة الحرارة المحيطة، ومتطلبات المستخدم النهائي.

توجد بعض التعديلات في تصميم مخطط الأنابيب 53B التي يمكن أن تساعد في التخفيف من بعض هذه التحديات. يمكن أن يؤدي التسخين الناتج عن الإشعاع الشمسي إلى زيادة كبيرة في درجة الحرارة القصوى للمراكم في حسابات التصميم. يمكن وضع المركم في الظل أو إنشاء واقٍ شمسي له للتخلص من التسخين الشمسي وتقليل درجة الحرارة القصوى في الحسابات.

في الأوصاف المذكورة أعلاه، يُستخدم مصطلح "درجة الحرارة المحيطة" للإشارة إلى درجة حرارة الغاز داخل الكيس. في ظل ظروف درجة حرارة محيطة مستقرة أو متغيرة ببطء، يُعد هذا افتراضًا منطقيًا. أما في حال وجود تقلبات كبيرة في درجة الحرارة المحيطة بين الليل والنهار، فإن عزل المُراكم يُمكن أن يُخفف من هذه التقلبات، مما يُؤدي إلى استقرار أكبر في درجات حرارة التشغيل.

يمكن توسيع نطاق هذا النهج ليشمل استخدام التدفئة والعزل الحراري في المُجمِّع. عند تطبيقه بشكل صحيح، سيعمل المُجمِّع عند درجة حرارة ثابتة بغض النظر عن التغيرات اليومية أو الموسمية في درجة الحرارة المحيطة. ولعل هذا هو أهم خيار تصميمي يجب مراعاته في المناطق ذات التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة. يتمتع هذا النهج بانتشار واسع في الميدان، وقد سمح باستخدام الخطة 53B في مواقع لم يكن من الممكن استخدامها فيها مع التدفئة التقليدية.

ينبغي على المستخدمين النهائيين الذين يفكرون في استخدام مخطط الأنابيب 53B أن يدركوا أن هذا المخطط ليس مجرد مخطط أنابيب 53A مع إضافة مُجمِّع. فكل جانب تقريبًا من جوانب تصميم النظام، وتشغيله، وصيانته، خاص بمخطط الأنابيب 53B. وتنشأ معظم المشاكل التي يواجهها المستخدمون النهائيون من عدم فهمهم للنظام. ويمكن لمصنعي موانع التسرب إعداد تحليل أكثر تفصيلًا لتطبيق محدد، وتوفير المعلومات الأساسية اللازمة لمساعدة المستخدم النهائي على تحديد مواصفات هذا النظام وتشغيله بشكل صحيح.