ملاحظات انتخاب آب‌بند - نصب آب‌بندهای مکانیکی دوگانه فشار بالا

آب‌بندهای مکانیکی آرایش ۳ عبارتند ازمهر و موم های دوگانهجایی که حفره سیال حائل بین آب‌بندها در فشاری بیشتر از فشار محفظه آب‌بند نگه داشته می‌شود. با گذشت زمان، صنعت چندین استراتژی برای ایجاد محیط پرفشار لازم برای این آب‌بندها ایجاد کرده است. این استراتژی‌ها در نقشه‌های لوله‌کشی آب‌بند مکانیکی گنجانده شده‌اند. در حالی که بسیاری از این نقشه‌ها عملکردهای مشابهی را ارائه می‌دهند، ویژگی‌های عملیاتی هر یک می‌تواند بسیار متفاوت باشد و بر تمام جنبه‌های سیستم آب‌بندی تأثیر بگذارد.

طرح لوله‌کشی 53B، همانطور که توسط API 682 تعریف شده است، یک طرح لوله‌کشی است که سیال حائل را با یک آکومولاتور کیسه‌ای پر از نیتروژن تحت فشار قرار می‌دهد. کیسه تحت فشار مستقیماً بر روی سیال حائل عمل می‌کند و کل سیستم آب‌بندی را تحت فشار قرار می‌دهد. کیسه از تماس مستقیم بین گاز تحت فشار و سیال حائل جلوگیری می‌کند و جذب گاز به داخل سیال را از بین می‌برد. این امر به طرح لوله‌کشی 53B اجازه می‌دهد تا در کاربردهای فشار بالاتر از طرح لوله‌کشی 53A استفاده شود. ماهیت مستقل آکومولاتور همچنین نیاز به تأمین مداوم نیتروژن را از بین می‌برد، که این سیستم را برای نصب در مکان‌های دورافتاده ایده‌آل می‌کند.

با این حال، مزایای اکومولاتور مثانه‌ای توسط برخی از ویژگی‌های عملیاتی سیستم خنثی می‌شود. فشار طرح لوله‌کشی 53B مستقیماً توسط فشار گاز در مثانه تعیین می‌شود. این فشار می‌تواند به دلیل متغیرهای مختلف به طرز چشمگیری تغییر کند.

قبل از اضافه شدن سیال مانع به سیستم، باید کیسه هوا در انباره از قبل شارژ شود. این امر مبنای تمام محاسبات و تفسیرهای بعدی از عملکرد سیستم‌ها را ایجاد می‌کند. فشار واقعی پیش شارژ به فشار عملیاتی سیستم و حجم ایمنی سیال مانع در انباره‌ها بستگی دارد. فشار پیش شارژ همچنین به دمای گاز در کیسه هوا وابسته است. توجه: فشار پیش شارژ فقط در زمان راه‌اندازی اولیه سیستم تنظیم می‌شود و در طول عملکرد واقعی تنظیم نخواهد شد.

فشار گاز در کیسه هوا بسته به دمای گاز متفاوت خواهد بود. در بیشتر موارد، دمای گاز از دمای محیط در محل نصب پیروی می‌کند. کاربردها در مناطقی که تغییرات دمای روزانه و فصلی زیادی وجود دارد، نوسانات زیادی در فشار سیستم را تجربه خواهند کرد.

مصرف سیال مانعدر حین کار، آب‌بندهای مکانیکی از طریق نشتی معمول آب‌بند، مایع مانع را مصرف می‌کنند. این مایع مانع توسط مایع موجود در آکومولاتور دوباره پر می‌شود و در نتیجه گاز موجود در کیسه انبساط افزایش یافته و فشار سیستم کاهش می‌یابد. این تغییرات تابعی از اندازه آکومولاتور، میزان نشتی آب‌بند و فاصله زمانی مورد نظر برای تعمیر و نگهداری سیستم (مثلاً ۲۸ روز) است.

تغییر فشار سیستم، روش اصلی کاربر نهایی برای پیگیری عملکرد آب‌بند است. فشار همچنین برای ایجاد آلارم‌های تعمیر و نگهداری و تشخیص خرابی آب‌بند استفاده می‌شود. با این حال، فشارها در حین کار سیستم به طور مداوم در حال تغییر خواهند بود. کاربر چگونه باید فشارها را در سیستم Plan 53B تنظیم کند؟ چه زمانی لازم است مایع مانع اضافه شود؟ چه مقدار مایع باید اضافه شود؟

اولین مجموعه محاسبات مهندسی منتشر شده برای سیستم‌های Plan 53B در ویرایش چهارم API 682 منتشر شد. پیوست F دستورالعمل‌های گام به گام در مورد نحوه تعیین فشارها و حجم‌ها برای این طرح لوله‌کشی ارائه می‌دهد. یکی از مفیدترین الزامات API 682، ایجاد یک پلاک نام استاندارد برای آکومولاتورهای مثانه‌ای است (API 682 ویرایش چهارم، جدول 10). این پلاک نام شامل جدولی است که فشارهای پیش از شارژ، پر کردن مجدد و هشدار را برای سیستم در محدوده شرایط دمای محیط در محل کاربرد ثبت می‌کند. توجه: جدول موجود در استاندارد فقط یک مثال است و مقادیر واقعی هنگام اعمال به یک کاربرد میدانی خاص به طور قابل توجهی تغییر خواهند کرد.

یکی از فرضیات اساسی شکل ۲ این است که انتظار می‌رود طرح لوله‌کشی ۵۳B به طور مداوم و بدون تغییر فشار اولیه پیش از شارژ کار کند. همچنین این فرض وجود دارد که سیستم ممکن است در مدت زمان کوتاهی در معرض کل محدوده دمای محیط قرار گیرد. این موارد پیامدهای قابل توجهی در طراحی سیستم دارند و مستلزم آن هستند که سیستم با فشاری بیشتر از سایر طرح‌های لوله‌کشی با آب‌بندی دوگانه کار کند.

با استفاده از شکل ۲ به عنوان مرجع، دستگاه نمونه در مکانی نصب شده است که دمای محیط بین ۱۷- درجه سانتیگراد (۱ درجه فارنهایت) و ۷۰ درجه سانتیگراد (۱۵۸ درجه فارنهایت) است. به نظر می‌رسد که حد بالای این محدوده به طور غیرواقعی بالا باشد، اما اثرات گرمایش خورشیدی یک انباره که در معرض نور مستقیم خورشید قرار دارد را نیز شامل می‌شود. ردیف‌های روی جدول نشان‌دهنده فواصل دمایی بین بالاترین و پایین‌ترین مقادیر هستند.

وقتی کاربر نهایی سیستم را راه‌اندازی می‌کند، فشار سیال مانع را تا زمانی که فشار پر کردن مجدد به دمای محیط فعلی برسد، اضافه می‌کند. فشار هشدار، فشاری است که نشان می‌دهد کاربر نهایی نیاز به اضافه کردن سیال مانع اضافی دارد. در دمای 25 درجه سانتیگراد (77 درجه فارنهایت)، اپراتور، آکومولاتور را از قبل تا 30.3 بار (440 PSIG) شارژ می‌کند، هشدار روی 30.7 بار (445 PSIG) تنظیم می‌شود و اپراتور سیال مانع را تا زمانی که فشار به 37.9 بار (550 PSIG) برسد، اضافه می‌کند. اگر دمای محیط به 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت) کاهش یابد، فشار هشدار به 28.1 بار (408 PSIG) و فشار پر کردن مجدد به 34.7 بار (504 PSIG) کاهش می‌یابد.

در این سناریو، فشارهای هشدار و پر کردن مجدد، هر دو در پاسخ به دمای محیط تغییر می‌کنند یا شناور می‌شوند. این رویکرد اغلب به عنوان یک استراتژی شناور-شناور شناخته می‌شود. هم هشدار و هم پر کردن مجدد "شناور" می‌شوند. این امر منجر به کمترین فشارهای عملیاتی برای سیستم آب‌بندی می‌شود. با این حال، این امر دو الزام خاص را برای کاربر نهایی ایجاد می‌کند؛ تعیین فشار صحیح هشدار و فشار پر کردن مجدد. فشار هشدار برای سیستم تابعی از دما است و این رابطه باید در سیستم DCS کاربر نهایی برنامه‌ریزی شود. فشار پر کردن مجدد نیز به دمای محیط بستگی دارد، بنابراین اپراتور باید برای یافتن فشار صحیح برای شرایط فعلی به پلاک مشخصات مراجعه کند.

برخی از کاربران نهایی رویکرد ساده‌تری را می‌طلبند و استراتژی‌ای را ترجیح می‌دهند که در آن هم فشار هشدار و هم فشارهای پر کردن مجدد ثابت (یا ثابت) و مستقل از دمای محیط باشند. استراتژی ثابت-ثابت، تنها یک فشار برای پر کردن مجدد سیستم و تنها مقداری برای هشدار دادن به سیستم در اختیار کاربر نهایی قرار می‌دهد. متأسفانه، این شرایط باید فرض کند که دما در حداکثر مقدار است، زیرا محاسبات، افت دمای محیط از حداکثر به حداقل دما را جبران می‌کند. این امر منجر به عملکرد سیستم در فشارهای بالاتر می‌شود. در برخی کاربردها، استفاده از استراتژی ثابت-ثابت ممکن است منجر به تغییراتی در طراحی آب‌بند یا رتبه‌بندی MAWP برای سایر اجزای سیستم برای تحمل فشارهای بالا شود.

سایر کاربران نهایی از یک رویکرد ترکیبی با فشار آلارم ثابت و فشار پر کردن مجدد شناور استفاده خواهند کرد. این می‌تواند فشار عملیاتی را کاهش دهد و در عین حال تنظیمات آلارم را ساده کند. تصمیم در مورد استراتژی صحیح آلارم تنها باید پس از در نظر گرفتن شرایط کاربرد، محدوده دمای محیط و نیازهای کاربر نهایی گرفته شود.

برخی اصلاحات در طراحی طرح لوله‌کشی ۵۳B وجود دارد که می‌تواند به کاهش برخی از این چالش‌ها کمک کند. گرمایش ناشی از تابش خورشید می‌تواند حداکثر دمای آکومولاتور را برای محاسبات طراحی تا حد زیادی افزایش دهد. قرار دادن آکومولاتور در سایه یا ساخت یک سپر خورشیدی برای آن می‌تواند گرمایش خورشیدی را از بین ببرد و حداکثر دما را در محاسبات کاهش دهد.

در توضیحات بالا، اصطلاح دمای محیط برای نشان دادن دمای گاز در کیسه هوا استفاده شده است. در شرایط دمای محیط با حالت پایدار یا با تغییرات آهسته، این یک فرض منطقی است. اگر نوسانات زیادی در شرایط دمای محیط بین روز و شب وجود داشته باشد، عایق‌بندی انباره می‌تواند نوسانات دمای مؤثر کیسه هوا را تعدیل کند و در نتیجه دمای عملیاتی پایدارتری ایجاد کند.

این رویکرد را می‌توان به استفاده از ردیابی گرما و عایق‌بندی روی انباره تعمیم داد. وقتی این روش به درستی اعمال شود، انباره صرف نظر از تغییرات روزانه یا فصلی دمای محیط، در یک دما کار خواهد کرد. این شاید مهمترین گزینه طراحی واحد برای بررسی در مناطقی با تغییرات دمایی زیاد باشد. این رویکرد دارای یک پایگاه نصب شده بزرگ در مزرعه است و امکان استفاده از طرح 53B را در مکان‌هایی فراهم کرده است که با ردیابی گرما امکان‌پذیر نبود.

کاربران نهایی که در حال بررسی استفاده از طرح لوله‌کشی ۵۳B هستند، باید توجه داشته باشند که این طرح لوله‌کشی صرفاً یک طرح لوله‌کشی ۵۳A با یک انباره نیست. تقریباً هر جنبه‌ای از طراحی سیستم، راه‌اندازی، بهره‌برداری و نگهداری طرح ۵۳B منحصر به این طرح لوله‌کشی است. بیشتر ناامیدی‌هایی که کاربران نهایی تجربه کرده‌اند، ناشی از عدم درک سیستم است. تولیدکنندگان اصلی تجهیزات (OEM) می‌توانند تجزیه و تحلیل دقیق‌تری را برای یک کاربرد خاص تهیه کنند و می‌توانند پیش‌زمینه لازم را برای کمک به کاربر نهایی در تعیین و بهره‌برداری صحیح از این سیستم فراهم کنند.