Blīvējuma izvēles apsvērumi — augstspiediena dubulto mehānisko blīvējumu uzstādīšana

3. izkārtojums ir mehāniskie blīvējumidubultie blīvējumikur barjeras šķidruma dobums starp blīvēm tiek uzturēts spiedienā, kas ir lielāks par spiedienu blīvējuma kamerā. Laika gaitā nozare ir izstrādājusi vairākas stratēģijas, lai radītu šiem blīvējumiem nepieciešamo augstspiediena vidi. Šīs stratēģijas ir ietvertas mehāniskā blīvējuma cauruļvadu plānos. Lai gan daudzi no šiem plāniem pilda līdzīgas funkcijas, katras darbības raksturlielumi var būt ļoti atšķirīgi un ietekmēs visus blīvēšanas sistēmas aspektus.

Cauruļvadu plāns 53B, kā definēts API 682, ir cauruļvadu plāns, kurā barjeras šķidrums tiek pakļauts spiedienam ar ar slāpekli pildītu pūšļa akumulatoru. Spiediena pūšļa akumulators iedarbojas tieši uz barjeras šķidrumu, radot spiedienu visā blīvēšanas sistēmā. Pumbas akumulators novērš tiešu saskari starp spiediena gāzi un barjeras šķidrumu, tādējādi novēršot gāzes absorbciju šķidrumā. Tas ļauj cauruļvadu plānu 53B izmantot augstāka spiediena pielietojumos nekā cauruļvadu plānu 53A. Akumulatora autonomā daba arī novērš nepieciešamību pēc pastāvīgas slāpekļa padeves, kas padara sistēmu ideāli piemērotu attālām instalācijām.

Tomēr pūšļa akumulatora priekšrocības atsver dažas sistēmas darbības īpašības. Cauruļvadu plāna 53B spiedienu tieši nosaka gāzes spiediens pūšļā. Šis spiediens var ievērojami mainīties vairāku mainīgo lielumu dēļ.

Pirms barjeras šķidruma pievienošanas sistēmā akumulatora balons ir iepriekš jāuzpilda. Tas veido pamatu visiem turpmākajiem sistēmas darbības aprēķiniem un interpretācijām. Faktiskais iepriekšējās uzlādes spiediens ir atkarīgs no sistēmas darba spiediena un barjeras šķidruma drošības tilpuma akumulatoros. Iepriekšējās uzlādes spiediens ir atkarīgs arī no gāzes temperatūras balonā. Piezīme: iepriekšējās uzlādes spiediens tiek iestatīts tikai sistēmas sākotnējās nodošanas ekspluatācijā laikā un netiks regulēts faktiskās darbības laikā.

Gāzes spiediens balonā mainīsies atkarībā no gāzes temperatūras. Vairumā gadījumu gāzes temperatūra sekos apkārtējās vides temperatūrai uzstādīšanas vietā. Lietojumos reģionos, kur ir lielas ikdienas un sezonālās temperatūras svārstības, sistēmas spiedienā būs vērojamas lielas svārstības.

Barjeras šķidruma patēriņšDarbības laikā mehāniskie blīvējumi patērē barjeras šķidrumu normālas blīvējuma noplūdes dēļ. Šo barjeras šķidrumu papildina šķidrums akumulatorā, kā rezultātā gāze izplešas balonā un samazinās sistēmas spiediens. Šīs izmaiņas ir atkarīgas no akumulatora izmēra, blīvējuma noplūdes ātruma un vēlamā sistēmas apkopes intervāla (piemēram, 28 dienas).

Sistēmas spiediena izmaiņas ir galvenais veids, kā gala lietotājs izseko blīvējuma veiktspēju. Spiedienu izmanto arī, lai ģenerētu apkopes trauksmes signālus un atklātu blīvējuma bojājumus. Tomēr spiediens nepārtraukti mainīsies sistēmas darbības laikā. Kā lietotājam jāiestata spiediens Plan 53B sistēmā? Kad ir nepieciešams pievienot barjeras šķidrumu? Cik daudz šķidruma jāpievieno?

Pirmais plaši publicētais inženiertehnisko aprēķinu kopums 53B plāna sistēmām parādījās API 682 ceturtajā izdevumā. F pielikumā sniegti soli pa solim sniegti norādījumi par to, kā noteikt spiedienu un tilpumus šim cauruļvadu plānam. Viena no visnoderīgākajām API 682 prasībām ir standarta datu plāksnītes izveide pūšļa akumulatoriem (API 682 ceturtais izdevums, 10. tabula). Šajā datu plāksnītē ir tabula, kurā norādīti sistēmas iepriekšējas uzlādes, uzpildes un trauksmes spiedieni dažādos apkārtējās vides temperatūras apstākļos lietošanas vietā. Piezīme: standarta tabula ir tikai piemērs, un faktiskās vērtības ievērojami mainīsies, ja tās tiks piemērotas konkrētam lauka pielietojumam.

Viens no 2. attēla pamatpieņēmumiem ir tāds, ka cauruļvadu plāns 53B darbosies nepārtraukti un nemainot sākotnējo priekšsūknēšanas spiedienu. Pastāv arī pieņēmums, ka sistēma īsā laika periodā var tikt pakļauta visam apkārtējās vides temperatūras diapazonam. Tam ir būtiska ietekme uz sistēmas konstrukciju un ir nepieciešams, lai sistēma darbotos ar lielāku spiedienu nekā citi divu blīvējumu cauruļvadu plāni.

Izmantojot 2. attēlu kā atsauci, piemēra lietojumprogramma ir uzstādīta vietā, kur apkārtējās vides temperatūra ir no -17 °C (1 °F) līdz 70 °C (158 °F). Šī diapazona augšējā robeža šķiet nereāli augsta, taču tā ietver arī saules sildīšanas ietekmi uz akumulatoru, kas ir pakļauts tiešiem saules stariem. Tabulas rindas attēlo temperatūras intervālus starp augstāko un zemāko vērtību.

Kad gala lietotājs darbina sistēmu, viņš pievienos barjeras šķidruma spiedienu, līdz tiek sasniegts uzpildes spiediens pašreizējā apkārtējās vides temperatūrā. Trauksmes spiediens ir spiediens, kas norāda, ka gala lietotājam ir jāpievieno papildu barjeras šķidrums. 25 °C (77 °F) temperatūrā operators iepriekš uzpilda akumulatoru līdz 30,3 bar (440 PSIG), trauksmes signāls tiek iestatīts uz 30,7 bar (445 PSIG), un operators pievieno barjeras šķidrumu, līdz spiediens sasniedz 37,9 bar (550 PSIG). Ja apkārtējās vides temperatūra pazeminās līdz 0 °C (32 °F), trauksmes spiediens samazināsies līdz 28,1 bar (408 PSIG) un uzpildes spiediens līdz 34,7 bar (504 PSIG).

Šādā gadījumā gan trauksmes, gan uzpildes spiediens mainās jeb peld, reaģējot uz apkārtējās vides temperatūru. Šo pieeju bieži sauc par peldoša-peldoša stratēģiju. Gan trauksmes, gan uzpildes spiediens "peld". Tas nodrošina zemāko darba spiedienu blīvēšanas sistēmā. Tomēr tas gala lietotājam izvirza divas īpašas prasības: pareiza trauksmes spiediena un uzpildes spiediena noteikšanu. Sistēmas trauksmes spiediens ir atkarīgs no temperatūras, un šī attiecība ir jāieprogrammē gala lietotāja DCS sistēmā. Uzpildes spiediens būs atkarīgs arī no apkārtējās vides temperatūras, tāpēc operatoram būs jāskatās uz datu plāksnītes, lai atrastu pareizo spiedienu atbilstoši pašreizējiem apstākļiem.

Daži gala lietotāji pieprasa vienkāršāku pieeju un vēlas stratēģiju, kurā gan trauksmes spiediens, gan uzpildes spiediens ir nemainīgs (vai fiksēts) un neatkarīgs no apkārtējās vides temperatūras. Fiksētā-fiksētā stratēģija nodrošina gala lietotājam tikai vienu spiedienu sistēmas uzpildīšanai un vienīgo vērtību sistēmas trauksmes signāliem. Diemžēl šim nosacījumam jāpieņem, ka temperatūra ir maksimālajā vērtībā, jo aprēķini kompensē apkārtējās vides temperatūras pazemināšanos no maksimālās līdz minimālajai temperatūrai. Tā rezultātā sistēma darbojas ar augstāku spiedienu. Dažos gadījumos fiksētā-fiksētās stratēģijas izmantošana var izraisīt izmaiņas blīvējuma konstrukcijā vai citu sistēmas komponentu maksimālā darba spiediena (MAWP) vērtībās, lai tie varētu tikt galā ar paaugstinātu spiedienu.

Citi gala lietotāji izmantos hibrīda pieeju ar fiksētu trauksmes spiedienu un mainīgu uzpildes spiedienu. Tas var samazināt darba spiedienu, vienlaikus vienkāršojot trauksmes iestatījumus. Lēmums par pareizo trauksmes stratēģiju jāpieņem tikai pēc tam, kad ir ņemti vērā lietošanas apstākļi, apkārtējās vides temperatūras diapazons un gala lietotāja prasības.

Cauruļvadu plāna 53B projektēšanā ir dažas modifikācijas, kas var palīdzēt mazināt dažas no šīm problēmām. Saules starojuma radītā apkure var ievērojami palielināt akumulatora maksimālo temperatūru projektēšanas aprēķinos. Akumulatora novietošana ēnā vai saules aizsarga izbūve akumulatoram var novērst saules sildīšanu un samazināt maksimālo temperatūru aprēķinos.

Iepriekš minētajos aprakstos termins "apkārtējās vides temperatūra" tiek lietots, lai apzīmētu gāzes temperatūru tvertnē. Stacionāras vai lēni mainīgas apkārtējās vides temperatūras apstākļos šis ir pamatots pieņēmums. Ja apkārtējās vides temperatūrā ir lielas svārstības starp dienu un nakti, akumulatora izolācija var mazināt tvertnē esošās efektīvās temperatūras svārstības, kā rezultātā darba temperatūra kļūst stabilāka.

Šo pieeju var paplašināt, izmantojot akumulatoram apsildes līnijas un izolāciju. Pareizi pielietojot, akumulators darbosies vienā temperatūrā neatkarīgi no apkārtējās vides temperatūras ikdienas vai sezonālajām izmaiņām. Šī, iespējams, ir vissvarīgākā atsevišķā konstrukcijas iespēja, kas jāapsver apgabalos ar lielām temperatūras svārstībām. Šai pieejai ir liela uzstādīto iekārtu bāze, un tā ir ļāvusi Plan 53B izmantot vietās, kur nebūtu iespējams izmantot apsildes līnijas.

Galalietotājiem, kuri apsver cauruļvadu plāna 53B izmantošanu, jāzina, ka šis cauruļvadu plāns nav vienkārši cauruļvadu plāns 53A ar akumulatoru. Gandrīz katrs plāna 53B sistēmas projektēšanas, nodošanas ekspluatācijā, ekspluatācijas un apkopes aspekts ir unikāls šim cauruļvadu plānam. Lielākā daļa neapmierinātību, ar kurām saskaras galalietotāji, rodas sistēmas neizpratnes dēļ. Blīvējumu oriģināliekārtu ražotāji var sagatavot detalizētāku analīzi konkrētam pielietojumam un sniegt nepieciešamo pamatinformāciju, lai palīdzētu galalietotājam pareizi noteikt un darbināt šo sistēmu.