ข้อควรพิจารณาในการเลือกซีล – การติดตั้งซีลเชิงกลแรงดันสูงแบบคู่

การจัดเรียง 3 ซีลเชิงกลคือซีลคู่โดยที่ช่องของเหลวกั้นระหว่างซีลจะถูกรักษาให้แรงดันมากกว่าแรงดันในห้องซีล เมื่อเวลาผ่านไป อุตสาหกรรมได้พัฒนากลยุทธ์ต่างๆ มากมายสำหรับการสร้างสภาพแวดล้อมแรงดันสูงที่จำเป็นสำหรับซีลเหล่านี้ กลยุทธ์เหล่านี้ถูกบันทึกไว้ในแผนงานท่อของซีลเชิงกล แม้ว่าแผนงานเหล่านี้จำนวนมากจะมีหน้าที่คล้ายกัน แต่ลักษณะการทำงานของแต่ละแผนงานอาจแตกต่างกันมาก และจะส่งผลกระทบต่อทุกด้านของระบบซีล

แผนงานท่อ 53B ตามที่กำหนดโดย API 682 คือแผนงานท่อที่เพิ่มแรงดันให้กับของเหลวกั้นด้วยตัวสะสมไนโตรเจนในกระเพาะปัสสาวะ กระเพาะปัสสาวะที่มีแรงดันจะทำหน้าที่โดยตรงกับของเหลวกั้น ทำให้เกิดแรงดันขึ้นทั่วทั้งระบบปิดผนึก กระเพาะปัสสาวะจะป้องกันไม่ให้ก๊าซที่สร้างแรงดันสัมผัสกับของเหลวกั้นโดยตรง ทำให้ก๊าซไม่สามารถดูดซับเข้าไปในของเหลวได้ ซึ่งทำให้สามารถใช้แผนงานท่อ 53B ในงานที่มีแรงดันสูงกว่าแผนงานท่อ 53A ได้ ลักษณะการทำงานแบบแยกอิสระของตัวสะสมยังช่วยขจัดความจำเป็นในการจ่ายไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้ระบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งระยะไกล

อย่างไรก็ตาม ข้อดีของตัวสะสมก๊าซในกระเพาะปัสสาวะนั้นถูกชดเชยด้วยลักษณะการทำงานบางประการของระบบ แรงดันของแผนท่อ 53B ถูกกำหนดโดยตรงจากแรงดันของก๊าซในกระเพาะปัสสาวะ แรงดันนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเนื่องจากตัวแปรหลายประการ

จะต้องเติมของเหลวกั้นในถุงเก็บพลังงานก่อนเติมลงในระบบ ซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณและการตีความการทำงานของระบบในอนาคต แรงดันก่อนเติมจริงขึ้นอยู่กับแรงดันใช้งานของระบบและปริมาตรความปลอดภัยของของเหลวกั้นในถุงเก็บพลังงาน แรงดันก่อนเติมยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซในถุงเก็บพลังงานด้วย หมายเหตุ: แรงดันก่อนเติมจะถูกตั้งค่าเฉพาะตอนเริ่มใช้งานระบบเท่านั้น และจะไม่ถูกปรับระหว่างการทำงานจริง

แรงดันของก๊าซในถุงลมจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซ ในกรณีส่วนใหญ่ อุณหภูมิของก๊าซจะติดตามอุณหภูมิโดยรอบที่บริเวณที่ติดตั้ง การใช้งานในพื้นที่ที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมากในแต่ละวันและตามฤดูกาล แรงดันของระบบจะผันผวนอย่างมาก

การบริโภคของเหลวกั้นในระหว่างการทำงาน ซีลเชิงกลจะใช้ของเหลวกั้นผ่านการรั่วไหลของซีลตามปกติ ของเหลวกั้นนี้จะถูกเติมด้วยของเหลวในตัวสะสม ส่งผลให้ก๊าซในถุงขยายตัวและแรงดันของระบบลดลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นฟังก์ชันของขนาดของตัวสะสม อัตราการรั่วของซีล และช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ต้องการสำหรับระบบ (เช่น 28 วัน)

การเปลี่ยนแปลงแรงดันของระบบเป็นวิธีหลักที่ผู้ใช้ปลายทางใช้ในการติดตามประสิทธิภาพของซีล แรงดันยังใช้เพื่อสร้างสัญญาณเตือนการบำรุงรักษาและตรวจจับความล้มเหลวของซีล อย่างไรก็ตาม แรงดันจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่ระบบทำงาน ผู้ใช้ควรตั้งค่าแรงดันในระบบ Plan 53B อย่างไร จำเป็นต้องเติมของเหลวกั้นเมื่อใด ควรเติมของเหลวเท่าใด

ชุดการคำนวณทางวิศวกรรมชุดแรกที่เผยแพร่กันอย่างแพร่หลายสำหรับระบบ Plan 53B ปรากฏอยู่ใน API 682 ฉบับที่สี่ ภาคผนวก F ให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการกำหนดแรงดันและปริมาตรสำหรับแผนท่อนี้ ข้อกำหนดที่มีประโยชน์ที่สุดประการหนึ่งของ API 682 คือการสร้างป้ายชื่อมาตรฐานสำหรับตัวสะสมในถุง (API 682 ฉบับที่สี่ ตารางที่ 10) ป้ายชื่อนี้ประกอบด้วยตารางที่แสดงแรงดันก่อนชาร์จ แรงดันเติม และแรงดันสัญญาณเตือนสำหรับระบบในช่วงอุณหภูมิแวดล้อมที่ไซต์การใช้งาน หมายเหตุ: ตารางในมาตรฐานเป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น และค่าจริงจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อนำไปใช้กับการใช้งานภาคสนามเฉพาะ

ข้อสันนิษฐานพื้นฐานประการหนึ่งของรูปที่ 2 คือ คาดว่าแผนงานท่อ 53B จะทำงานอย่างต่อเนื่องและไม่เปลี่ยนแปลงแรงดันก่อนการชาร์จเริ่มต้น นอกจากนี้ยังมีข้อสันนิษฐานว่าระบบอาจสัมผัสกับอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมดในช่วงระยะเวลาสั้นๆ ข้อสันนิษฐานนี้มีผลอย่างมากต่อการออกแบบระบบและต้องใช้ระบบทำงานที่แรงดันที่สูงกว่าแผนงานท่อซีลคู่แบบอื่นๆ

โดยใช้รูปที่ 2 เป็นข้อมูลอ้างอิง แอปพลิเคชันตัวอย่างจะถูกติดตั้งในตำแหน่งที่อุณหภูมิแวดล้อมอยู่ระหว่าง -17°C (1°F) ถึง 70°C (158°F) ช่วงอุณหภูมิสูงสุดอาจดูสูงเกินจริง แต่ยังรวมถึงผลกระทบของความร้อนจากแสงอาทิตย์ของตัวสะสมที่สัมผัสกับแสงแดดโดยตรงด้วย แถวต่างๆ ในตารางแสดงช่วงอุณหภูมิระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุด

เมื่อผู้ใช้ปลายทางใช้งานระบบ พวกเขาจะเพิ่มแรงดันของเหลวกั้นจนกว่าจะถึงแรงดันเติมที่อุณหภูมิแวดล้อมปัจจุบัน แรงดันสัญญาณเตือนคือแรงดันที่ระบุว่าผู้ใช้ปลายทางจำเป็นต้องเติมของเหลวกั้นเพิ่มเติม ที่อุณหภูมิ 25°C (77°F) ผู้ปฏิบัติงานจะชาร์จตัวสะสมล่วงหน้าที่ 30.3 บาร์ (440 PSIG) สัญญาณเตือนจะถูกตั้งไว้ที่ 30.7 บาร์ (445 PSIG) และผู้ปฏิบัติงานจะเติมของเหลวกั้นจนกว่าแรงดันจะถึง 37.9 บาร์ (550 PSIG) หากอุณหภูมิแวดล้อมลดลงเหลือ 0°C (32°F) แรงดันสัญญาณเตือนจะลดลงเหลือ 28.1 บาร์ (408 PSIG) และแรงดันเติมใหม่จะเหลือ 34.7 บาร์ (504 PSIG)

ในสถานการณ์นี้ แรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมจะเปลี่ยนแปลงหรือลอยตัวตามอุณหภูมิแวดล้อม แนวทางนี้มักเรียกว่ากลยุทธ์ลอย-ลอยตัว ทั้งสัญญาณเตือนและแรงดันเติมจะ "ลอยตัว" ส่งผลให้แรงดันในการทำงานของระบบปิดผนึกต่ำที่สุด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ทำให้ผู้ใช้ปลายทางต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะสองประการ ได้แก่ การกำหนดแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมที่ถูกต้อง แรงดันสัญญาณเตือนสำหรับระบบเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ และความสัมพันธ์นี้จะต้องตั้งโปรแกรมไว้ในระบบ DCS ของผู้ใช้ปลายทาง แรงดันเติมจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมด้วย ดังนั้น ผู้ปฏิบัติงานจะต้องดูป้ายชื่อเพื่อค้นหาแรงดันที่ถูกต้องสำหรับสภาวะปัจจุบัน

ผู้ใช้ปลายทางบางรายต้องการแนวทางที่ง่ายกว่าและต้องการกลยุทธ์ที่ทั้งแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันในการเติมนั้นคงที่ (หรือคงที่) และไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบ กลยุทธ์แบบคงที่-คงที่นั้นให้ผู้ใช้ปลายทางมีแรงดันเพียงหนึ่งเดียวในการเติมระบบและมีค่าสำหรับการแจ้งเตือนระบบเท่านั้น น่าเสียดายที่เงื่อนไขนี้ต้องถือว่าอุณหภูมิอยู่ที่ค่าสูงสุด เนื่องจากการคำนวณจะชดเชยอุณหภูมิโดยรอบที่ลดลงจากอุณหภูมิสูงสุดไปยังอุณหภูมิต่ำสุด ส่งผลให้ระบบทำงานที่แรงดันที่สูงขึ้น ในการใช้งานบางกรณี การใช้กลยุทธ์แบบคงที่-คงที่อาจส่งผลให้การออกแบบซีลหรือระดับ MAWP ของส่วนประกอบระบบอื่นๆ เปลี่ยนแปลงไปเพื่อจัดการกับแรงดันที่สูงขึ้น

ผู้ใช้ปลายทางรายอื่นจะใช้แนวทางผสมผสานระหว่างแรงดันสัญญาณเตือนคงที่และแรงดันเติมแบบลอยตัว ซึ่งจะช่วยลดแรงดันในการทำงานได้ พร้อมทั้งลดความซับซ้อนของการตั้งค่าสัญญาณเตือน การตัดสินใจเลือกกลยุทธ์สัญญาณเตือนที่ถูกต้องควรทำหลังจากพิจารณาเงื่อนไขการใช้งาน ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม และข้อกำหนดของผู้ใช้ปลายทางเท่านั้น

การออกแบบ Piping Plan 53B ได้มีการปรับเปลี่ยนบางส่วน ซึ่งจะช่วยบรรเทาปัญหาเหล่านี้ได้ ความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์สามารถเพิ่มอุณหภูมิสูงสุดของตัวสะสมได้อย่างมากสำหรับการคำนวณการออกแบบ การวางตัวสะสมไว้ในที่ร่มหรือการสร้างแผงบังแสงแดดสำหรับตัวสะสมสามารถขจัดความร้อนจากแสงอาทิตย์และลดอุณหภูมิสูงสุดในการคำนวณได้

ในคำอธิบายข้างต้น คำว่าอุณหภูมิแวดล้อมใช้แทนอุณหภูมิของก๊าซในถุงลมนิรภัย ภายใต้สภาวะอุณหภูมิแวดล้อมคงที่หรือเปลี่ยนแปลงช้าๆ ถือเป็นการสันนิษฐานที่สมเหตุสมผล หากอุณหภูมิแวดล้อมมีการแกว่งมากระหว่างกลางวันและกลางคืน การป้องกันความร้อนของตัวสะสมจะช่วยลดความผันผวนของอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพของถุงลมนิรภัย ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานมีเสถียรภาพมากขึ้น

แนวทางนี้สามารถขยายไปถึงการใช้การติดตามความร้อนและฉนวนบนตัวสะสมความร้อนได้ เมื่อนำไปใช้ได้อย่างถูกต้อง ตัวสะสมความร้อนจะทำงานที่อุณหภูมิหนึ่งโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบในแต่ละวันหรือตามฤดูกาล นี่อาจเป็นตัวเลือกการออกแบบแบบเดียวที่สำคัญที่สุดที่ควรพิจารณาในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมาก แนวทางนี้มีฐานการติดตั้งขนาดใหญ่ในพื้นที่และทำให้สามารถใช้ Plan 53B ในสถานที่ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยการติดตามความร้อน

ผู้ใช้ปลายทางที่กำลังพิจารณาใช้แผนท่อ 53B ควรทราบว่าแผนท่อนี้ไม่ใช่แค่แผนท่อ 53A ที่มีตัวสะสมพลังงานเท่านั้น แทบทุกแง่มุมของการออกแบบระบบ การใช้งาน การทำงาน และการบำรุงรักษาของแผน 53B ล้วนมีลักษณะเฉพาะของแผนท่อนี้ ความหงุดหงิดส่วนใหญ่ที่ผู้ใช้ปลายทางประสบมานั้นมาจากการขาดความเข้าใจในระบบ ผู้ผลิตซีล OEM สามารถเตรียมการวิเคราะห์โดยละเอียดมากขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะ และสามารถให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางระบุและใช้งานระบบนี้ได้อย่างถูกต้อง