ข้อควรพิจารณาในการเลือกซีล – การติดตั้งซีลเชิงกลแรงดันสูงแบบคู่

การจัดเรียง 3 ซีลเชิงกลคือซีลคู่โดยที่โพรงของเหลวกั้นระหว่างซีลจะถูกรักษาให้อยู่ที่ความดันที่สูงกว่าความดันในห้องซีล เมื่อเวลาผ่านไป อุตสาหกรรมได้พัฒนากลยุทธ์ต่างๆ เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมแรงดันสูงที่จำเป็นสำหรับซีลเหล่านี้ กลยุทธ์เหล่านี้ถูกบันทึกไว้ในแผนผังท่อของซีลเชิงกล แม้ว่าแผนผังเหล่านี้หลายแบบจะมีหน้าที่คล้ายคลึงกัน แต่ลักษณะการทำงานของแต่ละแบบอาจแตกต่างกันมาก และจะส่งผลกระทบต่อทุกแง่มุมของระบบซีล

แผนท่อ 53B ตามที่กำหนดโดย API 682 คือแผนท่อที่เพิ่มแรงดันให้กับของเหลวกั้นด้วยตัวสะสมแรงดันไนโตรเจนในกระเพาะปัสสาวะ กระเพาะปัสสาวะที่มีแรงดันจะทำหน้าที่โดยตรงกับของเหลวกั้น ทำให้เกิดแรงดันทั่วทั้งระบบปิดผนึก กระเพาะปัสสาวะจะป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างก๊าซแรงดันและของเหลวกั้น ป้องกันไม่ให้ก๊าซถูกดูดซับเข้าไปในของเหลว ซึ่งทำให้สามารถใช้แผนท่อ 53B ในงานที่มีแรงดันสูงกว่าแผนท่อ 53A ได้ ลักษณะของตัวสะสมแรงดันในตัวยังช่วยลดความจำเป็นในการจ่ายไนโตรเจนอย่างต่อเนื่อง ทำให้ระบบนี้เหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ห่างไกล

อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของตัวสะสมก๊าซในถุงลมนิรภัยนั้นถูกหักล้างด้วยคุณลักษณะการทำงานบางประการของระบบ ความดันของแผนท่อ 53B ถูกกำหนดโดยตรงจากความดันของก๊าซในถุงลมนิรภัย ความดันนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเนื่องจากตัวแปรหลายประการ

จะต้องเติมของเหลวกั้นในถุงเก็บก๊าซล่วงหน้าก่อนเติมของเหลวกั้นเข้าไปในระบบ วิธีนี้จะเป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณและการตีความการทำงานของระบบในอนาคต แรงดันก่อนเติมจริงขึ้นอยู่กับแรงดันใช้งานของระบบและปริมาตรความปลอดภัยของของเหลวกั้นในถุงเก็บก๊าซ แรงดันก่อนเติมยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซในถุงเก็บก๊าซด้วย หมายเหตุ: แรงดันก่อนเติมจะถูกตั้งค่าเฉพาะตอนเริ่มใช้งานระบบเท่านั้น และจะไม่ถูกปรับในระหว่างการทำงานจริง

ความดันของก๊าซในถุงลมนิรภัยจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซ ในกรณีส่วนใหญ่ อุณหภูมิของก๊าซจะสอดคล้องกับอุณหภูมิโดยรอบ ณ สถานที่ติดตั้ง การใช้งานในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมากทั้งรายวันและตามฤดูกาล จะพบความผันผวนของความดันในระบบอย่างมาก

การบริโภคของเหลวกั้นในระหว่างการทำงาน ซีลเชิงกลจะใช้ของเหลวกั้นผ่านการรั่วไหลตามปกติของซีล ของเหลวกั้นนี้จะถูกเติมเข้าไปในตัวสะสม ส่งผลให้ก๊าซในถุงลมขยายตัวและความดันของระบบลดลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับขนาดของตัวสะสม อัตราการรั่วของซีล และระยะเวลาการบำรุงรักษาที่ต้องการสำหรับระบบ (เช่น 28 วัน)

การเปลี่ยนแปลงแรงดันของระบบเป็นวิธีหลักที่ผู้ใช้ปลายทางใช้ในการติดตามประสิทธิภาพของซีล แรงดันยังใช้เพื่อสร้างสัญญาณเตือนการบำรุงรักษาและตรวจจับความล้มเหลวของซีล อย่างไรก็ตาม แรงดันจะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่ระบบทำงาน ผู้ใช้ควรตั้งค่าแรงดันในระบบ Plan 53B อย่างไร? จำเป็นต้องเติมน้ำยาป้องกันเมื่อใด? ควรเติมน้ำยาในปริมาณเท่าใด?

ชุดการคำนวณทางวิศวกรรมชุดแรกที่เผยแพร่อย่างกว้างขวางสำหรับระบบ Plan 53B ปรากฏใน API 682 ฉบับที่สี่ ภาคผนวก F ให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการกำหนดความดันและปริมาตรสำหรับแผนผังท่อนี้ หนึ่งในข้อกำหนดที่เป็นประโยชน์ที่สุดของ API 682 คือการสร้างป้ายชื่อมาตรฐานสำหรับถังเก็บน้ำแบบกระเพาะปัสสาวะ (API 682 ฉบับที่สี่ ตารางที่ 10) ป้ายชื่อนี้ประกอบด้วยตารางที่แสดงความดันก่อนการเติม ความดันเติม และความดันสัญญาณเตือนของระบบในช่วงอุณหภูมิแวดล้อม ณ สถานที่ใช้งาน หมายเหตุ: ตารางในมาตรฐานนี้เป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น และค่าจริงจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อนำไปใช้กับการใช้งานเฉพาะด้าน

หนึ่งในสมมติฐานพื้นฐานของรูปที่ 2 คือ แผนงานท่อ 53B คาดว่าจะทำงานอย่างต่อเนื่องโดยไม่เปลี่ยนแปลงแรงดันก่อนการอัดเริ่มต้น นอกจากนี้ยังมีสมมติฐานว่าระบบอาจสัมผัสกับอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมดในช่วงเวลาสั้นๆ สมมติฐานเหล่านี้มีนัยสำคัญต่อการออกแบบระบบ และจำเป็นต้องให้ระบบทำงานที่แรงดันที่สูงกว่าแผนงานท่อแบบซีลคู่อื่นๆ

โดยใช้รูปที่ 2 เป็นข้อมูลอ้างอิง ตัวอย่างแอปพลิเคชันนี้จะถูกติดตั้งในสถานที่ที่มีอุณหภูมิแวดล้อมอยู่ระหว่าง -17°C (1°F) ถึง 70°C (158°F) ช่วงอุณหภูมิสูงสุดอาจดูเหมือนสูงเกินจริง แต่ก็รวมถึงผลกระทบของความร้อนจากแสงอาทิตย์ของตัวสะสมความร้อนที่สัมผัสกับแสงแดดโดยตรงด้วย แถวต่างๆ ในตารางแสดงช่วงอุณหภูมิระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุด

เมื่อผู้ใช้กำลังใช้งานระบบ พวกเขาจะเพิ่มแรงดันของเหลวกั้นจนกระทั่งถึงแรงดันเติมที่อุณหภูมิแวดล้อมปัจจุบัน แรงดันสัญญาณเตือนคือแรงดันที่บ่งชี้ว่าผู้ใช้จำเป็นต้องเติมของเหลวกั้นเพิ่มเติม ที่อุณหภูมิ 25°C (77°F) ผู้ปฏิบัติงานจะเติมของเหลวกั้นลงในถังเก็บก๊าซล่วงหน้าที่ 30.3 บาร์ (440 PSIG) สัญญาณเตือนจะถูกตั้งไว้ที่ 30.7 บาร์ (445 PSIG) และผู้ปฏิบัติงานจะเติมของเหลวกั้นจนกระทั่งแรงดันถึง 37.9 บาร์ (550 PSIG) หากอุณหภูมิแวดล้อมลดลงเหลือ 0°C (32°F) แรงดันสัญญาณเตือนจะลดลงเหลือ 28.1 บาร์ (408 PSIG) และแรงดันเติมกลับเป็น 34.7 บาร์ (504 PSIG)

ในสถานการณ์นี้ แรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมจะเปลี่ยนแปลงหรือลอยตัวตามอุณหภูมิแวดล้อม วิธีนี้มักเรียกว่ากลยุทธ์แบบลอย-ลอยตัว ทั้งแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมจะเรียกว่า "ลอยตัว" ส่งผลให้ระบบซีลมีแรงดันใช้งานต่ำที่สุด อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้มีข้อกำหนดเฉพาะสองประการสำหรับผู้ใช้ปลายทาง ได้แก่ การกำหนดแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันเติมที่ถูกต้อง แรงดันสัญญาณเตือนของระบบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และต้องตั้งโปรแกรมความสัมพันธ์นี้ไว้ในระบบ DCS ของผู้ใช้ปลายทาง แรงดันการเติมจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมด้วย ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจะต้องดูป้ายชื่อเพื่อหาแรงดันที่ถูกต้องสำหรับสภาวะปัจจุบัน

ผู้ใช้ปลายทางบางรายต้องการวิธีการที่ง่ายกว่า และต้องการกลยุทธ์ที่ทั้งแรงดันสัญญาณเตือนและแรงดันการเติมน้ำยามีค่าคงที่ (หรือคงที่) และไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อม กลยุทธ์แบบคงที่-คงที่ ช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางมีแรงดันเพียงค่าเดียวสำหรับการเติมน้ำยาในระบบ และมีค่าสำหรับการแจ้งเตือนระบบเท่านั้น น่าเสียดายที่เงื่อนไขนี้ต้องสมมติว่าอุณหภูมิอยู่ที่ค่าสูงสุด เนื่องจากการคำนวณจะชดเชยอุณหภูมิแวดล้อมที่ลดลงจากอุณหภูมิสูงสุดไปยังอุณหภูมิต่ำสุด ส่งผลให้ระบบทำงานที่แรงดันสูงขึ้น ในบางการใช้งาน การใช้กลยุทธ์แบบคงที่-คงที่ อาจส่งผลให้การออกแบบซีลหรือค่า MAWP ของส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบเปลี่ยนแปลงไปเพื่อรองรับแรงดันที่สูงขึ้น

ผู้ใช้ปลายทางรายอื่นจะใช้วิธีการแบบผสมผสานระหว่างแรงดันสัญญาณเตือนคงที่และแรงดันเติมแบบลอยตัว ซึ่งสามารถลดแรงดันขณะใช้งานและตั้งค่าสัญญาณเตือนได้ง่ายขึ้น การตัดสินใจเลือกกลยุทธ์สัญญาณเตือนที่ถูกต้องควรพิจารณาจากสภาพการใช้งาน ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม และความต้องการของผู้ใช้ปลายทางเป็นหลัก

มีการปรับเปลี่ยนการออกแบบแผนงานท่อ 53B บ้าง ซึ่งสามารถช่วยบรรเทาความท้าทายเหล่านี้ได้ ความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์สามารถเพิ่มอุณหภูมิสูงสุดของตัวสะสมความร้อนได้อย่างมากสำหรับการคำนวณการออกแบบ การวางตัวสะสมความร้อนไว้ในที่ร่มหรือการสร้างแผงบังแดดสำหรับตัวสะสมความร้อนสามารถขจัดความร้อนจากแสงอาทิตย์และลดอุณหภูมิสูงสุดในการคำนวณได้

ในคำอธิบายข้างต้น คำว่าอุณหภูมิแวดล้อม (ambient temperature) ใช้แทนอุณหภูมิของก๊าซในถุงลมนิรภัย ภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่หรือสภาวะอุณหภูมิแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ สมมติฐานนี้สมเหตุสมผล หากสภาวะอุณหภูมิแวดล้อมมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากระหว่างกลางวันและกลางคืน การป้องกันความร้อนให้กับตัวสะสมความร้อนจะช่วยควบคุมการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในถุงลมนิรภัย ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานมีเสถียรภาพมากขึ้น

วิธีการนี้สามารถขยายไปถึงการใช้การติดตามความร้อนและฉนวนกันความร้อนบนตัวสะสมความร้อนได้ เมื่อนำไปใช้อย่างถูกต้อง ตัวสะสมความร้อนจะทำงานที่อุณหภูมิเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบในแต่ละวันหรือตามฤดูกาล นี่อาจเป็นตัวเลือกการออกแบบแบบเดี่ยวที่สำคัญที่สุดที่ควรพิจารณาในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิผันผวนมาก วิธีการนี้มีฐานการติดตั้งขนาดใหญ่ในพื้นที่ และทำให้สามารถใช้ Plan 53B ในสถานที่ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยการติดตามความร้อน

ผู้ใช้ปลายทางที่กำลังพิจารณาใช้ระบบท่อ 53B ควรทราบว่าระบบท่อนี้ไม่ใช่แค่ระบบท่อ 53A ที่มีตัวสะสมแรงดัน (accumulator) เพียงอย่างเดียว แทบทุกขั้นตอนของการออกแบบระบบ การติดตั้งระบบ การใช้งาน และการบำรุงรักษาระบบ 53B ล้วนมีความเฉพาะตัวในแผนระบบนี้ ปัญหาส่วนใหญ่ที่ผู้ใช้ปลายทางประสบมักเกิดจากความเข้าใจในระบบที่ไม่เพียงพอ ผู้ผลิตซีล OEM สามารถเตรียมการวิเคราะห์ที่ละเอียดมากขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน และสามารถให้ข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางสามารถระบุและใช้งานระบบนี้ได้อย่างถูกต้อง