שיקולי בחירת אטמים - התקנת אטמים מכניים כפולים בלחץ גבוה

סידור 3 אטמים מכניים הםאטמים כפוליםכאשר חלל נוזל המחסום בין האטמים נשמר בלחץ גבוה יותר מלחץ תא האיטום. עם הזמן, התעשייה פיתחה מספר אסטרטגיות ליצירת סביבת הלחץ הגבוה הנחוצה לאטמים אלו. אסטרטגיות אלו נלכדות בתוכניות הצנרת של האטם המכני. בעוד שרבות מהתוכניות הללו משרתות פונקציות דומות, מאפייני התפעול של כל אחת מהן יכולות להיות שונות מאוד וישפיעו על כל ההיבטים של מערכת האיטום.

תכנית צנרת 53B, כפי שהוגדרה על ידי API 682, היא תכנית צנרת אשר לוחצת את נוזל המחסום באמצעות מצבר שלפוחית ​​​​הטעון בחנקן. שלפוחית ​​השתן בלחץ פועלת ישירות על נוזל המחסום, מלחיץ את מערכת האיטום כולה. שלפוחית ​​השתן מונעת מגע ישיר בין גז הלחץ לנוזל המחסום ומבטל את ספיגת הגז לנוזל. זה מאפשר להשתמש ב-Piping Plan 53B ביישומי לחץ גבוה יותר מאשר Piping Plan 53A. האופי העצמי של המצבר מבטל גם את הצורך באספקת חנקן קבועה, מה שהופך את המערכת לאידיאלית עבור התקנות מרוחקות.

עם זאת, היתרונות של מצבר שלפוחית ​​השתן מתקזזים על ידי חלק ממאפייני ההפעלה של המערכת. הלחץ של תוכנית צנרת 53B נקבע ישירות על ידי לחץ הגז בשלפוחית ​​השתן. לחץ זה יכול להשתנות באופן דרמטי עקב מספר משתנים.

יש לטעון מראש את שלפוחית ​​השתן שבמצבר לפני הוספת נוזל מחסום למערכת. זה יוצר את הבסיס לכל החישובים והפרשנויות העתידיות של פעולת המערכות. לחץ הטעינה בפועל תלוי בלחץ ההפעלה של המערכת ובנפח הבטיחות של נוזל המחסום במצטברים. לחץ הטעינה מראש תלוי גם בטמפרטורת הגז בשלפוחית ​​השתן. הערה: לחץ הטעינה מראש נקבע רק בהפעלה הראשונית של המערכת ולא יותאם במהלך הפעולה בפועל.

לחץ הגז בשלפוחית ​​השתן ישתנה בהתאם לטמפרטורת הגז. ברוב המקרים, טמפרטורת הגז תעקוב אחר טמפרטורת הסביבה באתר ההתקנה. יישומים באזורים בהם יש שינויים יומיים ועונתיים גדולים בטמפרטורות יחוו תנודות גדולות בלחץ המערכת.

צריכת נוזל מחסוםבמהלך הפעולה, האטמים המכניים יצרכו נוזל מחסום דרך דליפת איטום רגילה. נוזל מחסום זה מתחדש על ידי הנוזל שבמצבר, וכתוצאה מכך הרחבת הגז בשלפוחית ​​השתן וירידה בלחץ המערכת. שינויים אלה הם פונקציה של גודל המצבר, שיעורי דליפת האיטום ומרווח התחזוקה הרצוי למערכת (למשל, 28 ימים).

השינוי בלחץ המערכת הוא הדרך העיקרית שבה משתמש הקצה עוקב אחר ביצועי החותם. לחץ משמש גם ליצירת אזעקות תחזוקה ולזיהוי כשלים באטימה. עם זאת, הלחצים ישתנו ללא הרף בזמן שהמערכת פועלת. כיצד על המשתמש להגדיר את הלחצים במערכת Plan 53B? מתי יש צורך להוסיף נוזל מחסום? כמה נוזלים צריך להוסיף?

הסט הראשון של חישובים הנדסיים שפורסמו באופן נרחב עבור מערכות Plan 53B הופיע במהדורה הרביעית של API 682. נספח F מספק הוראות שלב אחר שלב כיצד לקבוע לחצים ונפחים עבור תוכנית צנרת זו. אחת הדרישות השימושיות ביותר של API 682 היא יצירת לוחית שם סטנדרטי עבור מצברי שלפוחית ​​השתן (API 682 מהדורה רביעית, טבלה 10). לוחית שם זו מכילה טבלה אשר לוכדת את לחצי הטעינה, המילוי והאזעקה מראש עבור המערכת על פני טווח תנאי טמפרטורת הסביבה באתר היישום. הערה: הטבלה בתקן היא רק דוגמה לכך שהערכים בפועל ישתנו באופן משמעותי כשהם מיושמים על יישום שטח ספציפי.

אחת ההנחות הבסיסיות של איור 2 היא שתוכנית הצנרת 53B צפויה לפעול ברציפות וללא שינוי בלחץ הטעינה הראשוני. קיימת גם הנחה שהמערכת עשויה להיחשף לטווח טמפרטורות סביבה שלם במשך פרק זמן קצר. לאלה השלכות משמעותיות בתכנון המערכת ומחייבות את הפעלת המערכת בלחץ גבוה יותר מתוכניות אחרות של צנרת איטום כפול.

באמצעות איור 2 כהתייחסות, היישום לדוגמה מותקן במיקום שבו טמפרטורת הסביבה היא בין -17°C (1°F) ל-70°C (158°F). הקצה העליון של טווח זה נראה גבוה באופן לא מציאותי, אך הוא כולל גם את ההשפעות של חימום סולארי של מצבר החשוף לאור שמש ישיר. השורות בטבלה מייצגות מרווחי טמפרטורה בין הערכים הגבוהים והנמוכים ביותר.

כאשר משתמש הקצה מפעיל את המערכת, הוא יוסיף לחץ נוזל מחסום עד שיגיע לחץ המילוי בטמפרטורת הסביבה הנוכחית. לחץ האזעקה הוא הלחץ המעיד על כך שמשתמש הקצה צריך להוסיף נוזל מחסום נוסף. ב-25°C (77°F), המפעיל יטעין מראש את המצבר ל-30.3 בר (440 PSIG), האזעקה תוגדר ל-30.7 בר (445 PSIG), והמפעיל יוסיף נוזל מחסום עד שיגיע הלחץ 37.9 בר (550 PSIG). אם טמפרטורת הסביבה ירדה ל-0°C (32°F), לחץ האזעקה יירד ל-28.1 בר (408 PSIG) ולחץ המילוי מחדש ל-34.7 בר (504 PSIG).

בתרחיש זה, לחצי האזעקה ולחצי המילוי משתנים או צפים בתגובה לטמפרטורות הסביבה. גישה זו מכונה לעתים קרובות אסטרטגיה צפה-צפה. גם האזעקה וגם המילוי "צפים". זה מביא ללחצי הפעולה הנמוכים ביותר עבור מערכת האיטום. עם זאת, זה מציב שתי דרישות ספציפיות למשתמש הקצה; קביעת לחץ האזעקה ולחץ המילוי הנכונים. לחץ האזעקה עבור המערכת הוא פונקציה של הטמפרטורה וקשר זה חייב להיות מתוכנת במערכת ה-DCS של משתמש הקצה. לחץ המילוי יהיה תלוי גם בטמפרטורת הסביבה, כך שהמפעיל יצטרך להתייחס ללוחית השם כדי למצוא את הלחץ הנכון לתנאים הנוכחיים.

חלק ממשתמשי הקצה דורשים גישה פשוטה יותר ומעוניינים באסטרטגיה שבה הן לחץ האזעקה והן לחצי המילוי קבועים (או קבועים) ואינם תלויים בטמפרטורות הסביבה. האסטרטגיה הקבועה-קבועה מספקת למשתמש הקצה רק לחץ אחד למילוי המערכת ורק ערך להזעקת המערכת. למרבה הצער, מצב זה חייב להניח שהטמפרטורה היא בערך המקסימלי, שכן החישובים מפצים על ירידת טמפרטורת הסביבה מהטמפרטורה המקסימלית למינימום. כתוצאה מכך המערכת פועלת בלחצים גבוהים יותר. ביישומים מסוימים, שימוש באסטרטגיה קבועה-קבועה עלול לגרום לשינויים בעיצוב החותם או בדירוג ה-MAWP עבור רכיבי מערכת אחרים כדי להתמודד עם הלחצים המוגברים.

משתמשי קצה אחרים יישמו גישה היברידית עם לחץ אזעקה קבוע ולחץ מילוי צף. זה יכול להפחית את לחץ הפעולה תוך פישוט הגדרות האזעקה. ההחלטה על אסטרטגיית האזעקה הנכונה צריכה להיעשות רק לאחר בחינת מצב היישום, טווח טמפרטורת הסביבה ודרישות משתמש הקצה.

ישנם כמה שינויים בתכנון של תוכנית הצנרת 53B שיכולים לעזור למתן חלק מהאתגרים הללו. חימום מקרינת שמש יכול להגביר מאוד את הטמפרטורה המקסימלית של המצבר לחישובי תכנון. הצבת המצבר בצל או בניית מגן שמש למצבר יכולים לבטל את חימום השמש ולהפחית את הטמפרטורה המקסימלית בחישובים.

בתיאורים לעיל, המונח טמפרטורת הסביבה משמש לייצוג הטמפרטורה של הגז בשלפוחית ​​השתן. במצב יציב או בתנאי טמפרטורת הסביבה המשתנים לאט, זוהי הנחה סבירה. אם יש תנודות גדולות בתנאי טמפרטורת הסביבה בין יום ללילה, בידוד המצבר יכול למתן את תנודות הטמפרטורה האפקטיביות של שלפוחית ​​השתן וכתוצאה מכך טמפרטורות עבודה יציבות יותר.

ניתן להרחיב גישה זו לשימוש במעקב אחר חום ובבידוד על המצבר. כאשר זה מיושם כהלכה, המצבר יפעל בטמפרטורה אחת ללא קשר לשינויים היומיומיים או העונתיים בטמפרטורת הסביבה. זוהי אולי אפשרות העיצוב היחידה החשובה ביותר שיש לקחת בחשבון באזורים עם וריאציות טמפרטורה גדולות. לגישה זו יש בסיס מותקן גדול בשטח ואפשרה להשתמש בתוכנית 53B במקומות שלא היה אפשרי עם מעקב אחר חום.

משתמשי קצה ששוקלים להשתמש בתוכנית צנרת 53B צריכים להיות מודעים לכך שתוכנית צנרת זו אינה פשוט תוכנית צנרת 53A עם מצבר. כמעט כל היבט של תכנון המערכת, ההפעלה, התפעול והתחזוקה של תכנית 53B ייחודיים לתכנית צנרת זו. רוב התסכולים שחוו משתמשי הקצה נובעים מחוסר הבנה של המערכת. יצרני OEM של Seal יכולים להכין ניתוח מפורט יותר עבור יישום ספציפי ויכולים לספק את הרקע הנדרש כדי לעזור למשתמש הקצה לציין ולתפעל כראוי מערכת זו.