Tihendi valiku kaalutlused – kõrgsurve kahekordsete mehaaniliste tihendite paigaldamine

Paigutus 3 mehaanilist tihendit ontopelttihendidkus tihendite vahelise tõkkevedeliku õõnsuse rõhk on suurem kui tihendikambri rõhk. Aja jooksul on tööstusharu välja töötanud mitu strateegiat nende tihendite jaoks vajaliku kõrgsurvekeskkonna loomiseks. Need strateegiad on jäädvustatud mehaanilise tihendi torustiku plaanides. Kuigi paljudel neist plaanidest on sarnased funktsioonid, võivad igaühe tööomadused olla väga erinevad ja mõjutavad tihendussüsteemi kõiki aspekte.

Torustikuplaan 53B, nagu on määratletud standardis API 682, on torustikuplaan, mis survestab tõkkevedelikku lämmastikuga täidetud põisaku abil. Rõhu all olev põis toimib otse tõkkevedelikule, survestades kogu tihendussüsteemi. Põis hoiab ära otsese kontakti survegaasi ja tõkkevedeliku vahel, kõrvaldades gaasi imendumise vedelikku. See võimaldab torustikuplaani 53B kasutada kõrgema rõhuga rakendustes kui torustikuplaani 53A. Akumulaatori iseseisev olemus välistab ka pideva lämmastikuvarustuse vajaduse, mis muudab süsteemi ideaalseks kaugpaigalduseks.

Põisaku eelised kaaluvad üles süsteemi mõned tööomadused. Torustiku plaani 53B rõhk määratakse otseselt põisaku gaasi rõhu järgi. See rõhk võib mitmete muutujate tõttu dramaatiliselt muutuda.

Enne tõkkevedeliku lisamist süsteemi tuleb akumulaatori põis eelnevalt täita. See loob aluse kõigile edasistele süsteemi töö arvutustele ja tõlgendustele. Tegelik eelrõhk sõltub süsteemi töörõhust ja akumulaatorites oleva tõkkevedeliku ohutusmahust. Eelrõhk sõltub ka gaasi temperatuurist põies. Märkus: eelrõhk seadistatakse ainult süsteemi esmasel kasutuselevõtul ja seda ei muudeta tegeliku töötamise ajal.

Gaasi rõhk gaasiballoonis varieerub sõltuvalt gaasi temperatuurist. Enamasti järgib gaasi temperatuur ümbritseva õhu temperatuuri paigalduskohas. Piirkondades, kus temperatuurid päevas ja hooajaliselt kõikuvad suuresti, esinevad süsteemi rõhus suured kõikumised.

Tõkkevedeliku tarbimineTöötamise ajal tarbivad mehaanilised tihendid tõkkevedelikku tavalise tihendilekke kaudu. See tõkkevedelik täieneb akumulaatoris oleva vedelikuga, mille tulemuseks on gaasi paisumine balloonis ja süsteemi rõhu langus. Need muutused sõltuvad akumulaatori suurusest, tihendi lekkekiirusest ja süsteemi soovitud hooldusintervallist (nt 28 päeva).

Süsteemi rõhu muutus on peamine viis, kuidas lõppkasutaja jälgib tihendi toimivust. Rõhku kasutatakse ka hooldushäirete loomiseks ja tihendi rikete tuvastamiseks. Süsteemi töötamise ajal muutuvad rõhud aga pidevalt. Kuidas peaks kasutaja Plan 53B süsteemis rõhku seadistama? Millal on vaja lisada tõkkevedelikku? Kui palju vedelikku tuleks lisada?

Esimene laialdaselt avaldatud Plan 53B süsteemide insenerarvutuste kogum ilmus API 682 neljandas väljaandes. Lisa F annab samm-sammult juhised selle torustiku plaani rõhkude ja mahtude määramiseks. Üks API 682 kõige kasulikumaid nõudeid on põisakumulaatorite standardse nimesildi loomine (API 682 neljas väljaanne, tabel 10). See nimesilt sisaldab tabelit, mis kajastab süsteemi eellaadimis-, täite- ja alarmirõhu rakenduskoha ümbritseva õhu temperatuurivahemikus. Märkus: standardis olev tabel on vaid näide ja tegelikud väärtused muutuvad oluliselt, kui neid rakendatakse konkreetses välirakenduses.

Üks joonisel 2 kujutatud põhieeldusi on, et torustiku plaan 53B peaks töötama pidevalt ja esialgset eelrõhku muutmata. Samuti eeldatakse, et süsteem võib lühikese aja jooksul kokku puutuda kogu ümbritseva õhu temperatuurivahemikuga. Sellel on süsteemi konstruktsioonile oluline mõju ja see nõuab, et süsteemi töötataks suurema rõhu all kui teiste kahekordse tihendiga torustiku plaanide puhul.

Joonisel 2 viidates on näidisrakendus paigaldatud kohta, kus ümbritseva õhu temperatuur on vahemikus -17 °C kuni 70 °C. Selle vahemiku ülemine ots tundub ebareaalselt kõrge, kuid see hõlmab ka päikesekütte mõju otsese päikesevalguse käes olevale akumulaatorile. Tabeli read tähistavad temperatuurivahemikke kõrgeima ja madalaima väärtuse vahel.

Kui lõppkasutaja süsteemi käitab, lisab ta tõkkevedeliku rõhku, kuni täitmisrõhk saavutatakse praeguse ümbritseva õhu temperatuuri juures. Alarmirõhk on rõhk, mis näitab, et lõppkasutaja peab lisama täiendavat tõkkevedelikku. Temperatuuril 25 °C (77 °F) laeb operaator akumulaatori eelrõhuni 30,3 baari (440 PSIG), alarmiks seatakse 30,7 baari (445 PSIG) ja operaator lisab tõkkevedelikku, kuni rõhk jõuab 37,9 baari (550 PSIG). Kui ümbritseva õhu temperatuur langeb 0 °C-ni (32 °F), langeb alarmirõhk 28,1 baarini (408 PSIG) ja täitmisrõhk 34,7 baarini (504 PSIG).

Sellisel juhul muutuvad nii alarmi- kui ka täitmisrõhk vastavalt ümbritseva õhu temperatuurile ehk ujuvad. Seda lähenemisviisi nimetatakse sageli ujuv-ujuv strateegiaks. Nii alarmi- kui ka täitmisrõhk „ujuvad“. See tagab tihendussüsteemi madalaima töörõhu. See seab aga lõppkasutajale kaks spetsiifilist nõuet: õige alarmirõhu ja täitmisrõhu määramise. Süsteemi alarmirõhk sõltub temperatuurist ja see seos tuleb programmeerida lõppkasutaja DCS-süsteemi. Täitmisrõhk sõltub ka ümbritseva õhu temperatuurist, seega peab operaator vaatama andmesilti, et leida õige rõhk vastavalt hetketingimustele.

Mõned lõppkasutajad nõuavad lihtsamat lähenemisviisi ja soovivad strateegiat, kus nii alarmirõhk kui ka täiterõhk on konstantsed (või fikseeritud) ja ümbritseva õhu temperatuurist sõltumatud. Fikseeritud-fikseeritud strateegia annab lõppkasutajale süsteemi täitmiseks ainult ühe rõhu ja ainsa väärtuse süsteemi alarmi andmiseks. Kahjuks peab see tingimus eeldama, et temperatuur on maksimaalse väärtuse juures, kuna arvutused kompenseerivad ümbritseva õhu temperatuuri langust maksimaalselt temperatuurile. Selle tulemusel töötab süsteem kõrgemal rõhul. Mõnes rakenduses võib fikseeritud-fikseeritud strateegia kasutamine kaasa tuua muutusi tihendi konstruktsioonis või teiste süsteemi komponentide maksimaalses töörõhus (MAWP), et need saaksid kõrgendatud rõhuga toime tulla.

Teised lõppkasutajad rakendavad hübriidmeetodit, millel on fikseeritud alarmirõhu ja ujuv täiterõhk. See võib vähendada töörõhku ja lihtsustada alarmi seadeid. Õige alarmistrateegia otsus tuleks teha alles pärast rakendustingimuste, ümbritseva õhu temperatuurivahemiku ja lõppkasutaja nõuete arvessevõtmist.

Torustiku plaani 53B konstruktsioonis on tehtud mõningaid muudatusi, mis aitavad neid probleeme leevendada. Päikesekiirguse kuumus võib projekteerimisarvutustes akumulaatori maksimaalset temperatuuri oluliselt tõsta. Akumulaatori varju paigutamine või akumulaatorile päikesesirmi ehitamine võib päikesekütte välistada ja arvutustes maksimaalset temperatuuri vähendada.

Ülaltoodud kirjeldustes kasutatakse terminit "ümbritseva õhu temperatuur" gaasi temperatuuri tähistamiseks gaasiballoonis. Püsiseisundi või aeglaselt muutuva ümbritseva õhu temperatuuri korral on see mõistlik eeldus. Kui ümbritseva õhu temperatuuris on päeva ja öö vahel suuri kõikumisi, saab akumulaatori isoleerimisega vähendada gaasiballooni efektiivseid temperatuurikõikumisi, mille tulemuseks on stabiilsem töötemperatuur.

Seda lähenemisviisi saab laiendada ka akumulaatori küttesüsteemi ja isolatsiooni kasutamisele. Kui seda õigesti rakendada, töötab akumulaator ühel temperatuuril olenemata ümbritseva õhu temperatuuri päevastest või hooajalistest muutustest. See on võib-olla kõige olulisem üksik konstruktsioonivariant, mida tuleks kaaluda suurte temperatuurikõikumistega piirkondades. Sellel lähenemisviisil on suur paigaldatud baas ja see on võimaldanud Plan 53B-d kasutada kohtades, kus küttesüsteemi kasutamine poleks võimalik olnud.

Lõppkasutajad, kes kaaluvad torustiku plaani 53B kasutamist, peaksid teadma, et see torustiku plaan ei ole lihtsalt torustiku plaan 53A koos akumulaatoriga. Praktiliselt iga plaani 53B süsteemi projekteerimise, kasutuselevõtu, käitamise ja hoolduse aspekt on sellele torustiku plaanile ainuomane. Enamik lõppkasutajate kogetud frustratsioonidest tulenevad süsteemi mittemõistmisest. Tihendite originaalvaruosade tootjad (OEM-id) saavad koostada konkreetse rakenduse jaoks üksikasjalikuma analüüsi ja pakkuda taustateavet, mis on vajalik lõppkasutaja abistamiseks selle süsteemi nõuetekohasel kirjeldamisel ja käitamisel.