שיקולי בחירת אטמים - התקנת אטמים מכניים כפולים בלחץ גבוה

סידור 3 אטמים מכניים הםאטמים כפוליםכאשר חלל נוזל המחסום בין האטמים נשמר בלחץ גדול מלחץ תא האטם. עם הזמן, התעשייה פיתחה מספר אסטרטגיות ליצירת סביבת הלחץ הגבוה הדרושה לאטמים אלה. אסטרטגיות אלה כלולות בתוכניות הצנרת של האטם המכני. בעוד שרבות מתוכניות אלה משרתות פונקציות דומות, מאפייני ההפעלה של כל אחת מהן יכולים להיות שונים מאוד וישפיעו על כל היבטי מערכת האיטום.

תוכנית צנרת 53B, כפי שמוגדרת בתקן API 682, היא תוכנית צנרת אשר מפעילה לחץ על נוזל המחסום באמצעות צובר שלפוחית ​​טעון חנקן. שלפוחית ​​הלחץ פועלת ישירות על נוזל המחסום, ומפעילה לחץ על כל מערכת האיטום. שלפוחית ​​הלחץ מונעת מגע ישיר בין גז הלחץ לנוזל המחסום, ובכך מבטלת את ספיגת הגז לתוך הנוזל. זה מאפשר להשתמש בתוכנית צנרת 53B ביישומים בלחץ גבוה יותר מאשר תוכנית צנרת 53A. האופי העצמאי של המצבר גם מבטל את הצורך באספקת חנקן קבועה, מה שהופך את המערכת לאידיאלית להתקנות מרוחקות.

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

יש לטעון מראש את השלפוחית ​​במצבר לפני הוספת נוזל מחסום למערכת. זה יוצר את הבסיס לכל החישובים והפרשנויות העתידיים של פעולת המערכת. לחץ טרום הטעינה בפועל תלוי בלחץ ההפעלה של המערכת ובנפח הבטיחות של נוזל המחסום במצברים. לחץ טרום הטעינה תלוי גם בטמפרטורת הגז בשלפוחית. הערה: לחץ טרום הטעינה נקבע רק בהפעלה הראשונית של המערכת ולא יותאם במהלך ההפעלה בפועל.

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

צריכת נוזל מחסוםבמהלך הפעולה, האטמים המכניים יצרכו נוזל מחסום עקב דליפה רגילה מהאטם. נוזל מחסום זה מתמלא מחדש על ידי הנוזל שבמצבר, וכתוצאה מכך מתפשט הגז בשלפוחית ​​וירידה בלחץ המערכת. שינויים אלה הם פונקציה של גודל המצבר, קצב דליפת האטם ומרווח התחזוקה הרצוי למערכת (למשל, 28 ימים).

השינוי בלחץ המערכת הוא הדרך העיקרית שבה משתמש הקצה עוקב אחר ביצועי האטם. לחץ משמש גם ליצירת אזעקות תחזוקה ולגילוי כשלים באטמים. 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 נוזל יש להוסיף?

הסט הראשון שפורסם באופן נרחב של חישובי הנדסה עבור מערכות תוכנית 53B הופיע ב-API 682 מהדורה רביעית. 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 סטנדרטית עבור צוברי שלפוחית ​​השתן (API 682 מהדורה רביעית, טבלה 10). לוחית שם זו מכילה טבלה אשר לוכדת את לחצי הטעינה המוקדמת, המילוי מחדש והאזעקה עבור המערכת על פני טווח תנאי טמפרטורת הסביבה באתר היישום. הערה: הטבלה בתקן היא רק דוגמה והערכים בפועל ישתנו באופן משמעותי כאשר יוחלו על יישום שטח ספציפי.

אחת ההנחות הבסיסיות של איור 2 היא שתכנית הצנרת 53B צפויה לפעול ברציפות וללא שינוי בלחץ טרום-הטעינה ההתחלתי. קיימת גם הנחה שהמערכת עשויה להיחשף לטווח טמפרטורות סביבה שלם במשך פרק זמן קצר. הנחות אלו בעלות השלכות משמעותיות על תכנון המערכת והן דורשות שהמערכת תופעל בלחץ גדול יותר מתוכניות צנרת אחרות עם אטימה כפולה.

באמצעות איור 2 כנקודת התייחסות, יישום הדוגמה 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 השפעות החימום הסולארי של מצבר החשוף לאור שמש ישיר. השורות בטבלה מייצגות מרווחי טמפרטורה בין הערכים הגבוהים ביותר לנמוכים ביותר.

כאשר המשתמש הסופי מפעיל את המערכת, הוא יוסיף לחץ נוזל מחסום עד להגעה ללחץ המילוי מחדש בטמפרטורת הסביבה הנוכחית. לחץ האזעקה הוא הלחץ המציין כי המשתמש הסופי צריך להוסיף נוזל מחסום נוסף. ב-25°C (77°F), המפעיל יטען מראש את המצבר ל-30.3 בר (440 PSIG), האזעקה תוגדר ל-30.7 בר (445 PSIG), והמפעיל יוסיף נוזל מחסום עד שהלחץ יגיע ל-37.9 בר (550 PSIG). אם טמפרטורת הסביבה ירדה ל-0°C (32°F), אז לחץ האזעקה יירד ל-28.1 בר (408 PSIG) ולחץ המילוי מחדש ל-34.7 בר (504 PSIG).

בתרחיש זה, לחצי האזעקה ולחצי המילוי מחדש משתנים, או צפים, בתגובה לטמפרטורות הסביבה. גישה זו מכונה לעתים קרובות אסטרטגיה צף-צף. גם האזעקה וגם לחצי המילוי מחדש "צפים". זה מביא ללחצי ההפעלה הנמוכים ביותר עבור מערכת האיטום. עם זאת, הדבר מציב שתי דרישות ספציפיות בפני המשתמש הסופי; קביעת לחץ האזעקה ולחץ המילוי מחדש הנכונים. לחץ האזעקה עבור המערכת הוא פונקציה של הטמפרטורה ויש לתכנת קשר זה במערכת DCS של המשתמש הסופי. לחץ המילוי מחדש יהיה תלוי גם בטמפרטורת הסביבה, כך שהמפעיל יצטרך לעיין בלוחית השם כדי למצוא את הלחץ הנכון לתנאים הנוכחיים.

חלק ממשתמשי הקצה דורשים גישה פשוטה יותר ומעוניינים באסטרטגיה שבה גם לחץ האזעקה וגם לחצי המילוי יהיו קבועים (או קבועים) ובלתי תלויים בטמפרטורות הסביבה. האסטרטגיה הקבועה-קבועה מספקת למשתמש הקצה לחץ אחד בלבד למילוי המערכת וערך יחיד לאזעקת המערכת. לרוע המזל, מצב זה חייב להניח שהטמפרטורה נמצאת בערך המקסימלי, מכיוון שהחישובים מפצים על ירידת טמפרטורת הסביבה מהטמפרטורה המקסימלית לטמפרטורה המינימלית. התוצאה היא שהמערכת פועלת בלחצים גבוהים יותר. ביישומים מסוימים, שימוש באסטרטגיה קבועה-קבועה עלול לגרום לשינויים בתכנון האטם או בדירוגי ה-MAWP עבור רכיבי מערכת אחרים כדי להתמודד עם הלחצים המוגברים.

משתמשי קצה אחרים יישמו גישה היברידית עם לחץ אזעקה קבוע ולחץ מילוי חוזר צף. זה יכול להפחית את לחץ ההפעלה תוך פישוט הגדרות האזעקה. ההחלטה לגבי אסטרטגיית האזעקה הנכונה צריכה להתקבל רק לאחר התחשבות בתנאי היישום, טווח טמפרטורות הסביבה ודרישות המשתמש הסופי.

ישנם כמה שינויים בתכנון תוכנית הצנרת 53B שיכולים לסייע בהפחתת חלק מהאתגרים הללו. חימום מקרינת שמש יכול להעלות משמעותית את הטמפרטורה המקסימלית של המצבר לצורך חישובי התכנון. הצבת המצבר בצל או בניית מגן שמש עבור המצבר יכולים לבטל את חימום השמש ולהפחית את הטמפרטורה המקסימלית בחישובים.

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

ניתן להרחיב גישה זו לשימוש במעקב חום ובידוד על המצבר. כאשר הדבר מיושם כראוי, המצבר יפעל בטמפרטורה אחת ללא קשר לשינויים היומיים או העונתיים בטמפרטורת הסביבה. זוהי אולי אפשרות התכנון החשובה ביותר שיש לקחת בחשבון באזורים עם שינויי טמפרטורה גדולים. לגישה זו יש בסיס התקנות גדול בשטח והיא אפשרה להשתמש ב-Plan 53B במקומות שלא היו אפשריים עם מעקב חום.

משתמשי קצה השוקלים להשתמש בתוכנית צנרת 53B צריכים להיות מודעים לכך שתוכנית צנרת זו אינה רק תוכנית צנרת 53A עם מצבר. כמעט כל היבט של תכנון המערכת, ההפעלה, התפעול והתחזוקה של תוכנית 53B ייחודי לתוכנית צנרת זו. רוב התסכולים שחוו משתמשי הקצה נובעים מחוסר הבנה של המערכת. יצרני ציוד מקורי (OEM) של אטמים יכולים להכין ניתוח מפורט יותר עבור יישום ספציפי ולספק את הרקע הנדרש כדי לסייע למשתמש הקצה להגדיר ולהפעיל כראוי את המערכת.