ข้อควรพิจารณาในการเลือกซีล – การติดตั้งซีลเชิงกลคู่แรงดันสูง

การจัดเรียงซีลเชิงกล 3 ตัว คือซีลคู่โดยที่ช่องว่างของของเหลวที่เป็นกำแพงกั้นระหว่างซีลจะถูกรักษาไว้ที่ความดันสูงกว่าความดันภายในห้องซีล เมื่อเวลาผ่านไป อุตสาหกรรมได้พัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่มีความดันสูงซึ่งจำเป็นสำหรับซีลเหล่านี้ วิธีการเหล่านี้ถูกบันทึกไว้ในแผนผังท่อของซีลเชิงกล แม้ว่าแผนผังเหล่านี้จำนวนมากจะมีหน้าที่คล้ายกัน แต่ลักษณะการทำงานของแต่ละแผนผังอาจแตกต่างกันมากและจะส่งผลกระทบต่อทุกด้านของระบบซีล

แผนผังท่อ 53B ตามที่กำหนดโดย API 682 เป็นแผนผังท่อที่ใช้แรงดันกับของเหลวกั้นด้วยถังสะสมแรงดันแบบมีถุงบรรจุไนโตรเจน แรงดันจากถุงจะกระทำโดยตรงกับของเหลวกั้น ทำให้ระบบการปิดผนึกทั้งหมดมีแรงดัน ถุงจะป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างก๊าซที่ใช้เพิ่มแรงดันกับของเหลวกั้น ทำให้ไม่มีการดูดซับก๊าซเข้าไปในของเหลว ดังนั้น แผนผังท่อ 53B จึงสามารถใช้ในงานที่มีแรงดันสูงกว่าแผนผังท่อ 53A ได้ นอกจากนี้ ลักษณะการทำงานแบบครบวงในถังสะสมแรงดันยังช่วยลดความจำเป็นในการจ่ายไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง ทำให้ระบบนี้เหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ห่างไกล

อย่างไรก็ตาม ข้อดีของถังสะสมแรงดันแบบมีถุงลมนั้นถูกหักล้างด้วยลักษณะการทำงานบางประการของระบบ แรงดันของระบบท่อตามแผน 53B นั้นถูกกำหนดโดยตรงจากแรงดันของก๊าซในถุงลม ซึ่งแรงดันนี้สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างมากได้เนื่องจากตัวแปรหลายประการ

ต้องทำการอัดแรงดันล่วงหน้าให้กับถุงเก็บแรงดันในถังสะสมแรงดันก่อนที่จะเติมของเหลวกั้นเข้าไปในระบบ ขั้นตอนนี้จะเป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณและการตีความการทำงานของระบบในอนาคต แรงดันการอัดล่วงหน้าที่แท้จริงจะขึ้นอยู่กับแรงดันใช้งานของระบบและปริมาตรความปลอดภัยของของเหลวกั้นในถังสะสมแรงดัน นอกจากนี้ แรงดันการอัดล่วงหน้ายังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซในถุงเก็บแรงดันด้วย หมายเหตุ: แรงดันการอัดล่วงหน้าจะถูกตั้งค่าเฉพาะในขั้นตอนการติดตั้งระบบครั้งแรกเท่านั้น และจะไม่ถูกปรับเปลี่ยนในระหว่างการใช้งานจริง

ความดันของก๊าซในถุงบรรจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของก๊าซ ในกรณีส่วนใหญ่ อุณหภูมิของก๊าซจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิแวดล้อม ณ สถานที่ติดตั้ง การใช้งานในภูมิภาคที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิรายวันและตามฤดูกาลสูง จะทำให้ความดันในระบบผันผวนอย่างมาก

การสิ้นเปลืองของสารหล่อลื่นกั้นในระหว่างการทำงาน ซีลเชิงกลจะใช้ของเหลวกั้นผ่านการรั่วไหลของซีลตามปกติ ของเหลวกั้นนี้จะถูกเติมเต็มโดยของเหลวในถังสะสมแรงดัน ส่งผลให้ก๊าซในถุงขยายตัวและแรงดันในระบบลดลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับขนาดของถังสะสมแรงดัน อัตราการรั่วไหลของซีล และช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ต้องการสำหรับระบบ (เช่น 28 วัน)

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันในระบบเป็นวิธีหลักที่ผู้ใช้ตรวจสอบประสิทธิภาพของซีล แรงดันยังใช้ในการสร้างสัญญาณเตือนการบำรุงรักษาและตรวจจับความเสียหายของซีล อย่างไรก็ตาม แรงดันจะเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาขณะที่ระบบกำลังทำงาน ผู้ใช้ควรตั้งค่าแรงดันในระบบ Plan 53B อย่างไร? เมื่อใดจึงจำเป็นต้องเติมของเหลวกั้น? ควรเติมของเหลวปริมาณเท่าใด?

ชุดการคำนวณทางวิศวกรรมชุดแรกที่เผยแพร่อย่างกว้างขวางสำหรับระบบ Plan 53B ปรากฏใน API 682 ฉบับที่สี่ ภาคผนวก F ให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการกำหนดแรงดันและปริมาตรสำหรับแผนผังท่อนี้ ข้อกำหนดที่มีประโยชน์ที่สุดข้อหนึ่งของ API 682 คือการสร้างแผ่นป้ายชื่อมาตรฐานสำหรับตัวสะสมแรงดันแบบมีถุงลม (API 682 ฉบับที่สี่ ตารางที่ 10) แผ่นป้ายชื่อนี้มีตารางที่บันทึกแรงดันก่อนการชาร์จ การเติม และแรงดันเตือนภัยสำหรับระบบในช่วงอุณหภูมิแวดล้อมต่างๆ ณ สถานที่ใช้งาน หมายเหตุ: ตารางในมาตรฐานเป็นเพียงตัวอย่าง และค่าจริงจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อนำไปใช้กับงานภาคสนามเฉพาะ

หนึ่งในข้อสมมติฐานพื้นฐานของรูปที่ 2 คือ แผนผังท่อ 53B คาดว่าจะทำงานได้อย่างต่อเนื่องและไม่เปลี่ยนแปลงแรงดันก่อนการบรรจุเริ่มต้น นอกจากนี้ยังมีข้อสมมติฐานว่าระบบอาจสัมผัสกับช่วงอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมดในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งสิ่งเหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการออกแบบระบบและกำหนดให้ระบบต้องทำงานที่แรงดันมากกว่าแผนผังท่อแบบซีลคู่แบบอื่นๆ

โดยอ้างอิงจากรูปที่ 2 ตัวอย่างแอปพลิเคชันนี้ติดตั้งอยู่ในตำแหน่งที่มีอุณหภูมิแวดล้อมอยู่ระหว่าง -17°C (1°F) และ 70°C (158°F) ค่าสูงสุดของช่วงนี้ดูเหมือนจะสูงเกินจริง แต่ก็รวมถึงผลกระทบจากความร้อนของแสงอาทิตย์ที่กระทำต่อแบตเตอรี่ที่สัมผัสกับแสงแดดโดยตรงด้วย แถวในตารางแสดงช่วงอุณหภูมิระหว่างค่าสูงสุดและค่าต่ำสุด

เมื่อผู้ใช้งานกำลังใช้งานระบบ พวกเขาจะเพิ่มแรงดันของของเหลวกั้นจนกว่าแรงดันเติมจะถึงระดับที่กำหนด ณ อุณหภูมิแวดล้อมปัจจุบัน แรงดันเตือนภัยคือแรงดันที่บ่งชี้ว่าผู้ใช้งานจำเป็นต้องเติมของเหลวกั้นเพิ่มเติม ที่อุณหภูมิ 25°C (77°F) ผู้ใช้งานจะอัดแรงดันในถังสะสมไว้ที่ 30.3 บาร์ (440 PSIG) ตั้งค่าสัญญาณเตือนไว้ที่ 30.7 บาร์ (445 PSIG) และผู้ใช้งานจะเติมของเหลวกั้นจนกว่าแรงดันจะถึง 37.9 บาร์ (550 PSIG) หากอุณหภูมิแวดล้อมลดลงเหลือ 0°C (32°F) แรงดันเตือนภัยจะลดลงเหลือ 28.1 บาร์ (408 PSIG) และแรงดันเติมจะลดลงเหลือ 34.7 บาร์ (504 PSIG)

ในสถานการณ์นี้ แรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันการเติมจะเปลี่ยนแปลงหรือลอยตัวตามอุณหภูมิแวดล้อม วิธีการนี้มักเรียกว่ากลยุทธ์แบบลอยตัว (floating-floating strategy) ทั้งแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันการเติมจะ “ลอยตัว” ซึ่งส่งผลให้แรงดันใช้งานของระบบซีลต่ำที่สุด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ทำให้ผู้ใช้งานต้องกำหนดข้อกำหนดเฉพาะสองประการ คือ การกำหนดแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันการเติมที่ถูกต้อง แรงดันสัญญาณเตือนของระบบเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ และความสัมพันธ์นี้จะต้องถูกตั้งโปรแกรมลงในระบบ DCS ของผู้ใช้งาน แรงดันการเติมก็จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมเช่นกัน ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจะต้องดูที่แผ่นป้ายชื่อเพื่อหาแรงดันที่ถูกต้องสำหรับสภาวะปัจจุบัน

ผู้ใช้งานบางรายต้องการวิธีการที่เรียบง่ายกว่า และต้องการกลยุทธ์ที่ทั้งแรงดันเตือนภัยและแรงดันเติมคงที่ (หรือกำหนดไว้ตายตัว) และไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อม กลยุทธ์แบบคงที่ทั้งสองด้านนี้ให้แรงดันเพียงค่าเดียวสำหรับการเติมระบบ และค่าเดียวสำหรับการแจ้งเตือนระบบ อย่างไรก็ตาม เงื่อนไขนี้ต้องสมมติว่าอุณหภูมิอยู่ที่ค่าสูงสุด เนื่องจากในการคำนวณจะชดเชยอุณหภูมิแวดล้อมที่ลดลงจากค่าสูงสุดไปยังค่าต่ำสุด ส่งผลให้ระบบทำงานที่แรงดันสูงขึ้น ในบางแอปพลิเคชัน การใช้กลยุทธ์แบบคงที่ทั้งสองด้านอาจส่งผลให้ต้องเปลี่ยนแปลงการออกแบบซีลหรือค่า MAWP ของส่วนประกอบอื่นๆ ในระบบ เพื่อรองรับแรงดันที่สูงขึ้น

ผู้ใช้งานรายอื่นอาจใช้วิธีผสมผสาน โดยกำหนดแรงดันสัญญาณเตือนคงที่และแรงดันเติมแบบลอยตัว วิธีนี้จะช่วยลดแรงดันในการทำงานพร้อมทั้งลดความซับซ้อนของการตั้งค่าสัญญาณเตือน การตัดสินใจเลือกกลยุทธ์สัญญาณเตือนที่เหมาะสมควรพิจารณาจากสภาพการใช้งาน ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม และความต้องการของผู้ใช้งานเป็นสำคัญ

มีการปรับเปลี่ยนบางอย่างในการออกแบบแผนผังท่อ 53B ซึ่งสามารถช่วยลดความท้าทายบางประการเหล่านี้ได้ ความร้อนจากรังสีแสงอาทิตย์สามารถเพิ่มอุณหภูมิสูงสุดของถังสะสมความร้อนสำหรับการคำนวณออกแบบได้อย่างมาก การวางถังสะสมความร้อนไว้ในที่ร่มหรือการสร้างที่บังแดดสำหรับถังสะสมความร้อนสามารถกำจัดความร้อนจากแสงอาทิตย์และลดอุณหภูมิสูงสุดในการคำนวณได้

ในคำอธิบายข้างต้น คำว่า อุณหภูมิแวดล้อม ใช้เพื่อแสดงถึงอุณหภูมิของก๊าซในถุงเก็บก๊าซ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิแวดล้อมคงที่หรือเปลี่ยนแปลงช้า การสมมติเช่นนี้ถือว่าสมเหตุสมผล แต่หากอุณหภูมิแวดล้อมเปลี่ยนแปลงอย่างมากระหว่างกลางวันและกลางคืน การหุ้มฉนวนถุงเก็บก๊าซจะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในถุงเก็บก๊าซ ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานมีความเสถียรมากขึ้น

แนวทางนี้สามารถขยายไปสู่การใช้ระบบทำความร้อนและฉนวนกันความร้อนกับถังสะสมความร้อนได้ เมื่อนำไปใช้อย่างถูกต้อง ถังสะสมความร้อนจะทำงานที่อุณหภูมิคงที่โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อมในแต่ละวันหรือแต่ละฤดูกาล นี่อาจเป็นตัวเลือกการออกแบบที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวที่ควรพิจารณาในพื้นที่ที่มีความผันผวนของอุณหภูมิสูง แนวทางนี้มีการใช้งานจริงอย่างแพร่หลายและทำให้สามารถใช้ Plan 53B ในสถานที่ที่ไม่สามารถใช้ระบบทำความร้อนได้

ผู้ใช้งานที่กำลังพิจารณาใช้แผนผังท่อ 53B ควรทราบว่าแผนผังท่อนี้ไม่ใช่เพียงแค่แผนผังท่อ 53A ที่เพิ่มตัวสะสมแรงดันเข้าไปเท่านั้น แทบทุกแง่มุมของการออกแบบระบบ การทดสอบระบบ การใช้งาน และการบำรุงรักษาของแผนผังท่อ 53B นั้นมีความเฉพาะตัว ปัญหาที่ผู้ใช้งานส่วนใหญ่พบเจอนั้นเกิดจากการขาดความเข้าใจในระบบ ผู้ผลิตซีลสามารถจัดทำบทวิเคราะห์โดยละเอียดเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานเฉพาะ และสามารถให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อช่วยให้ผู้ใช้กำหนดและใช้งานระบบนี้ได้อย่างถูกต้อง