ข้อควรพิจารณาในการเลือกซีล - การติดตั้งซีลเชิงกลแบบคู่แรงดันสูง

การจัดเรียงแมคคานิคอลซีล 3 อัน ได้แก่ซีลคู่โดยที่ช่องของเหลวกั้นระหว่างซีลจะถูกรักษาไว้ที่ความดันที่มากกว่าความดันของห้องซีล เมื่อเวลาผ่านไป อุตสาหกรรมได้พัฒนากลยุทธ์หลายประการสำหรับการสร้างสภาพแวดล้อมแรงดันสูงที่จำเป็นสำหรับซีลเหล่านี้ กลยุทธ์เหล่านี้รวมอยู่ในแผนผังการวางท่อของแมคคานิคอลซีล แม้ว่าแผนเหล่านี้หลายแผนจะทำหน้าที่คล้ายกัน แต่ลักษณะการทำงานของแต่ละแผนอาจแตกต่างกันมากและจะส่งผลกระทบต่อระบบการปิดผนึกทุกด้าน

Piping Plan 53B ตามที่กำหนดโดย API 682 คือแผนผังการวางท่อที่สร้างแรงดันให้กับของไหลของกั้นด้วยตัวสะสมกระเพาะปัสสาวะที่มีประจุไนโตรเจน กระเพาะปัสสาวะที่มีแรงดันจะทำหน้าที่โดยตรงกับของเหลวกั้น ซึ่งจะเพิ่มแรงดันให้กับระบบการปิดผนึกทั้งหมด กระเพาะปัสสาวะป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างก๊าซแรงดันและของเหลวกั้น ซึ่งช่วยลดการดูดซึมของก๊าซเข้าไปในของเหลว ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ Piping Plan 53B ในการใช้งานที่มีแรงดันสูงกว่า Piping Plan 53A ลักษณะของตัวสะสมในตัวยังช่วยลดความจำเป็นในการจ่ายไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้ระบบเหมาะสำหรับการติดตั้งระยะไกล

อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของตัวสะสมกระเพาะปัสสาวะจะถูกชดเชยด้วยคุณลักษณะการทำงานบางประการของระบบ แรงดันของ Piping Plan 53B ถูกกำหนดโดยตรงจากแรงดันของก๊าซในกระเพาะปัสสาวะ ความกดดันนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเนื่องจากตัวแปรหลายตัว

กระเพาะปัสสาวะในตัวสะสมจะต้องชาร์จล่วงหน้าก่อนเติมของเหลวกั้นเข้าสู่ระบบ สิ่งนี้จะสร้างพื้นฐานสำหรับการคำนวณและการตีความการทำงานของระบบในอนาคตทั้งหมด แรงดันพรีชาร์จจริงขึ้นอยู่กับแรงดันใช้งานของระบบและปริมาตรความปลอดภัยของของเหลวกั้นในตัวสะสม แรงดันก่อนการชาร์จยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซในกระเพาะปัสสาวะด้วย หมายเหตุ: แรงดันการชาร์จล่วงหน้าจะถูกตั้งค่าเฉพาะในการทดสอบการใช้งานระบบครั้งแรก และจะไม่ถูกปรับระหว่างการทำงานจริง

ความดันของก๊าซในกระเพาะปัสสาวะจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซ ในกรณีส่วนใหญ่ อุณหภูมิของก๊าซจะติดตามอุณหภูมิโดยรอบที่สถานที่ติดตั้ง การใช้งานในภูมิภาคที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิรายวันและตามฤดูกาลอย่างมากจะพบกับความแปรปรวนอย่างมากในแรงดันของระบบ

การบริโภคของไหลของสิ่งกีดขวางในระหว่างการทำงาน ซีลเชิงกลจะใช้ของเหลวกั้นผ่านการรั่วไหลของซีลตามปกติ ของเหลวกั้นนี้จะถูกเติมด้วยของเหลวในตัวสะสม ส่งผลให้ก๊าซขยายตัวในกระเพาะปัสสาวะและลดความดันของระบบ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นหน้าที่ของขนาดตัวสะสม อัตราการรั่วไหลของซีล และช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ต้องการสำหรับระบบ (เช่น 28 วัน)

การเปลี่ยนแปลงความดันของระบบเป็นวิธีหลักที่ผู้ใช้จะติดตามประสิทธิภาพของซีล นอกจากนี้ แรงดันยังใช้เพื่อสร้างการแจ้งเตือนการบำรุงรักษาและตรวจจับความล้มเหลวของซีลอีกด้วย อย่างไรก็ตาม แรงกดดันจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่ระบบกำลังทำงาน ผู้ใช้ควรตั้งค่าแรงกดดันในระบบ Plan 53B อย่างไร? เมื่อใดจึงจำเป็นต้องเติมของเหลวกั้น? ควรเติมของเหลวมากแค่ไหน?

ชุดการคำนวณทางวิศวกรรมชุดแรกที่เผยแพร่อย่างกว้างขวางสำหรับระบบ Plan 53B ปรากฏใน API 682 ฉบับที่สี่ ภาคผนวก F ให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการกำหนดความดันและปริมาตรสำหรับแผนการวางท่อนี้ ข้อกำหนดที่มีประโยชน์ที่สุดประการหนึ่งของ API 682 คือการสร้างแผ่นป้ายมาตรฐานสำหรับตัวสะสมกระเพาะปัสสาวะ (API 682 Fourth Edition, ตารางที่ 10) ป้ายชื่อนี้ประกอบด้วยตารางซึ่งบันทึกแรงดันการชาร์จล่วงหน้า การเติม และสัญญาณเตือนสำหรับระบบในช่วงสภาวะอุณหภูมิแวดล้อมที่ไซต์การใช้งาน หมายเหตุ: ตารางในมาตรฐานเป็นเพียงตัวอย่าง และค่าจริงจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อนำไปใช้กับแอปพลิเคชันภาคสนามเฉพาะ

สมมติฐานพื้นฐานอย่างหนึ่งของรูปที่ 2 คือ Piping Plan 53B คาดว่าจะทำงานอย่างต่อเนื่องและไม่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันก่อนการชาร์จเบื้องต้น นอกจากนี้ยังมีข้อสันนิษฐานว่าระบบอาจสัมผัสกับช่วงอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมดในช่วงเวลาสั้นๆ สิ่งเหล่านี้มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการออกแบบระบบ และต้องการให้ระบบดำเนินการที่ความดันที่สูงกว่าแผนการวางท่อแบบซีลคู่อื่นๆ

การใช้รูปที่ 2 เป็นข้อมูลอ้างอิง แอปพลิเคชันตัวอย่างได้รับการติดตั้งในตำแหน่งที่อุณหภูมิแวดล้อมอยู่ระหว่าง -17°C (1°F) ถึง 70°C (158°F) จุดสูงสุดของช่วงนี้ดูเหมือนจะสูงเกินจริง แต่ยังรวมไปถึงผลกระทบจากความร้อนจากแสงอาทิตย์ของตัวสะสมพลังงานที่สัมผัสกับแสงแดดโดยตรงด้วย แถวในตารางแสดงช่วงอุณหภูมิระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุด

เมื่อผู้ใช้ใช้งานระบบ พวกเขาจะเพิ่มแรงดันของเหลวกั้นจนกระทั่งแรงดันเติมถึงอุณหภูมิแวดล้อมปัจจุบัน แรงดันสัญญาณเตือนคือแรงดันที่บ่งชี้ว่าผู้ใช้จำเป็นต้องเพิ่มของเหลวกั้นเพิ่มเติม ที่อุณหภูมิ 25°C (77°F) ผู้ปฏิบัติงานจะชาร์จถังสะสมล่วงหน้าไว้ที่ 30.3 บาร์ (440 PSIG) สัญญาณเตือนจะถูกตั้งไว้ที่ 30.7 บาร์ (445 PSIG) และผู้ปฏิบัติงานจะเติมของเหลวกั้นจนกว่าความดันจะถึง 37.9 บาร์ (550 PSIG) หากอุณหภูมิโดยรอบลดลงเหลือ 0°C (32°F) ความดันสัญญาณเตือนจะลดลงเหลือ 28.1 บาร์ (408 PSIG) และแรงดันเติมกลับเป็น 34.7 บาร์ (504 PSIG)

ในสถานการณ์นี้ สัญญาณเตือนและแรงดันเติมจะเปลี่ยนหรือลอยเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิโดยรอบ แนวทางนี้มักเรียกกันว่ากลยุทธ์แบบลอยตัว ทั้งตั้งปลุกและเติม “ลอย” ส่งผลให้มีแรงกดดันในการทำงานต่ำที่สุดสำหรับระบบซีล อย่างไรก็ตาม นี่เป็นข้อกำหนดเฉพาะสองประการสำหรับผู้ใช้ปลายทาง การกำหนดแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมที่ถูกต้อง ความดันสัญญาณเตือนสำหรับระบบเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ และความสัมพันธ์นี้จะต้องตั้งโปรแกรมไว้ในระบบ DCS ของผู้ใช้ปลายทาง แรงดันในการเติมจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบด้วย ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจะต้องดูที่ป้ายชื่อเพื่อค้นหาแรงดันที่ถูกต้องสำหรับสภาวะปัจจุบัน

ผู้ใช้บางรายต้องการแนวทางที่ง่ายกว่าและต้องการกลยุทธ์ที่ทั้งแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันในการเติมคงที่ (หรือคงที่) และไม่ขึ้นกับอุณหภูมิโดยรอบ กลยุทธ์แบบคงที่ทำให้ผู้ใช้มีความกดดันเพียงทางเดียวในการเติมระบบ และมีเพียงค่าเดียวสำหรับการเตือนระบบ น่าเสียดาย เงื่อนไขนี้ต้องถือว่าอุณหภูมิอยู่ที่ค่าสูงสุด เนื่องจากการคำนวณจะชดเชยอุณหภูมิโดยรอบที่ลดลงจากอุณหภูมิสูงสุดไปจนถึงอุณหภูมิต่ำสุด ส่งผลให้ระบบทำงานที่แรงกดดันที่สูงขึ้น ในการใช้งานบางประเภท การใช้กลยุทธ์คงที่อาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบซีลหรือพิกัด MAWP สำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบเพื่อจัดการกับแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น

ผู้ใช้รายอื่นๆ จะใช้แนวทางแบบไฮบริดโดยมีแรงดันสัญญาณเตือนคงที่และแรงดันเติมแบบลอยตัว ซึ่งสามารถลดแรงกดดันในการทำงานในขณะที่ทำให้การตั้งค่าสัญญาณเตือนง่ายขึ้น การตัดสินใจใช้กลยุทธ์การแจ้งเตือนที่ถูกต้องควรกระทำหลังจากพิจารณาสภาพการใช้งาน ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม และข้อกำหนดของผู้ใช้แล้วเท่านั้น

มีการปรับเปลี่ยนบางอย่างในการออกแบบ Piping Plan 53B ซึ่งสามารถช่วยบรรเทาความท้าทายบางประการเหล่านี้ได้ การให้ความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์สามารถเพิ่มอุณหภูมิสูงสุดของตัวสะสมพลังงานได้อย่างมากสำหรับการคำนวณการออกแบบ การวางหม้อสะสมไว้ในที่ร่มหรือสร้างบังแดดสำหรับหม้อสะสมน้ำสามารถกำจัดความร้อนจากแสงอาทิตย์และลดอุณหภูมิสูงสุดในการคำนวณได้

ในคำอธิบายข้างต้น คำว่าอุณหภูมิโดยรอบใช้เพื่อแสดงอุณหภูมิของก๊าซในกระเพาะปัสสาวะ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิแวดล้อมในสภาวะคงตัวหรือเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ นี่เป็นสมมติฐานที่สมเหตุสมผล หากมีการแกว่งอย่างมากในสภาวะอุณหภูมิแวดล้อมระหว่างกลางวันและกลางคืน ฉนวนตัวสะสมสามารถปรับระดับการแกว่งของอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพของกระเพาะปัสสาวะ ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานมีเสถียรภาพมากขึ้น

วิธีการนี้สามารถขยายไปสู่การใช้การติดตามความร้อนและฉนวนบนตัวสะสม เมื่อนำไปใช้อย่างเหมาะสม แอคคิวมูเลเตอร์จะทำงานที่อุณหภูมิหนึ่ง โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบในแต่ละวันหรือตามฤดูกาล นี่อาจเป็นตัวเลือกการออกแบบเดี่ยวที่สำคัญที่สุดที่ควรพิจารณาในพื้นที่ที่มีความแปรผันของอุณหภูมิมาก วิธีการนี้มีฐานการติดตั้งขนาดใหญ่ในภาคสนาม และอนุญาตให้ใช้แผน 53B ในสถานที่ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยการติดตามความร้อน

ผู้ใช้ที่กำลังพิจารณาใช้ Piping Plan 53B ควรทราบว่าแผนการวางท่อนี้ไม่ใช่แค่ Piping Plan 53A ที่มีตัวสะสม แทบทุกแง่มุมของการออกแบบระบบ การทดสอบการใช้งาน การดำเนินงาน และการบำรุงรักษาแผน 53B มีเอกลักษณ์เฉพาะสำหรับแผนการวางท่อนี้ ความหงุดหงิดส่วนใหญ่ที่ผู้ใช้ปลายทางประสบมานั้นมาจากการขาดความเข้าใจในระบบ ผู้ผลิตซีล OEM สามารถเตรียมการวิเคราะห์โดยละเอียดเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานเฉพาะ และสามารถให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ระบุและใช้งานระบบนี้ได้อย่างเหมาะสม