Cân nhắc lựa chọn phớt – Lắp đặt phớt cơ khí kép áp suất cao

Bố trí 3 phớt cơ khí làcon dấu képnơi khoang chất lỏng chắn giữa các phớt được duy trì ở áp suất lớn hơn áp suất buồng phớt. Theo thời gian, ngành công nghiệp đã phát triển một số chiến lược để tạo ra môi trường áp suất cao cần thiết cho các phớt này. Các chiến lược này được ghi lại trong các bản vẽ đường ống của phớt cơ khí. Mặc dù nhiều bản vẽ trong số này có chức năng tương tự nhau, nhưng đặc điểm vận hành của mỗi bản vẽ có thể rất khác nhau và sẽ tác động đến mọi khía cạnh của hệ thống phớt.

Piping Plan 53B, theo định nghĩa của API 682, là một sơ đồ đường ống tạo áp suất cho chất lỏng chắn bằng bình tích áp chứa nitơ. Bình tích áp tác động trực tiếp lên chất lỏng chắn, tạo áp suất cho toàn bộ hệ thống bịt kín. Bình tích áp ngăn không cho khí nén tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng chắn, loại bỏ sự hấp thụ khí vào chất lỏng. Điều này cho phép Piping Plan 53B được sử dụng trong các ứng dụng có áp suất cao hơn Piping Plan 53A. Bản chất độc lập của bình tích áp cũng loại bỏ nhu cầu cung cấp nitơ liên tục, giúp hệ thống trở nên lý tưởng cho các công trình lắp đặt từ xa.

Tuy nhiên, lợi ích của bình tích tụ bàng quang bị bù trừ bởi một số đặc điểm vận hành của hệ thống. Áp suất của Sơ đồ đường ống 53B được xác định trực tiếp bởi áp suất của khí trong bàng quang. Áp suất này có thể thay đổi đáng kể do một số biến số.

Bóng trong bình tích áp phải được nạp trước khi chất lỏng chắn được thêm vào hệ thống. Điều này tạo cơ sở cho tất cả các tính toán và diễn giải trong tương lai về hoạt động của hệ thống. Áp suất nạp trước thực tế phụ thuộc vào áp suất vận hành của hệ thống và thể tích an toàn của chất lỏng chắn trong bình tích áp. Áp suất nạp trước cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của khí trong bóng. Lưu ý: áp suất nạp trước chỉ được thiết lập khi hệ thống được đưa vào vận hành ban đầu và sẽ không được điều chỉnh trong quá trình vận hành thực tế.

Áp suất của khí trong bàng quang sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ của khí. Trong hầu hết các trường hợp, nhiệt độ của khí sẽ theo nhiệt độ môi trường xung quanh tại vị trí lắp đặt. Các ứng dụng ở những khu vực có nhiệt độ thay đổi lớn theo ngày và theo mùa sẽ có sự thay đổi lớn về áp suất hệ thống.

Tiêu thụ chất lỏng rào cảnTrong quá trình vận hành, phớt cơ khí sẽ tiêu thụ chất lỏng chắn thông qua rò rỉ phớt thông thường. Chất lỏng chắn này được bổ sung bằng chất lỏng trong bình tích tụ, dẫn đến sự giãn nở của khí trong bàng quang và giảm áp suất hệ thống. Những thay đổi này là chức năng của kích thước bình tích tụ, tỷ lệ rò rỉ phớt và khoảng thời gian bảo dưỡng mong muốn cho hệ thống (ví dụ: 28 ngày).

Sự thay đổi áp suất hệ thống là cách chính mà người dùng cuối theo dõi hiệu suất phớt. Áp suất cũng được sử dụng để tạo báo động bảo trì và phát hiện lỗi phớt. Tuy nhiên, áp suất sẽ liên tục thay đổi trong khi hệ thống đang hoạt động. Người dùng nên thiết lập áp suất trong hệ thống Plan 53B như thế nào? Khi nào cần thêm chất lỏng chắn? Nên thêm bao nhiêu chất lỏng?

Bộ tính toán kỹ thuật đầu tiên được công bố rộng rãi cho các hệ thống Plan 53B xuất hiện trong API 682 Phiên bản thứ tư. Phụ lục F cung cấp hướng dẫn từng bước về cách xác định áp suất và thể tích cho sơ đồ đường ống này. Một trong những yêu cầu hữu ích nhất của API 682 là tạo ra một bảng tên chuẩn cho bình tích áp bàng quang (API 682 Phiên bản thứ tư, Bảng 10). Bảng tên này chứa một bảng ghi lại áp suất nạp trước, nạp lại và báo động cho hệ thống trong phạm vi điều kiện nhiệt độ môi trường tại địa điểm ứng dụng. Lưu ý: bảng trong tiêu chuẩn chỉ là một ví dụ và các giá trị thực tế sẽ thay đổi đáng kể khi áp dụng cho một ứng dụng thực tế cụ thể.

Một trong những giả định cơ bản của Hình 2 là Kế hoạch đường ống 53B dự kiến ​​sẽ hoạt động liên tục và không thay đổi áp suất nạp trước ban đầu. Ngoài ra còn có một giả định rằng hệ thống có thể tiếp xúc với toàn bộ phạm vi nhiệt độ môi trường trong một thời gian ngắn. Những điều này có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế hệ thống và yêu cầu hệ thống phải được vận hành ở áp suất lớn hơn các kế hoạch đường ống kín kép khác.

Sử dụng Hình 2 làm tham chiếu, ứng dụng ví dụ được cài đặt ở vị trí có nhiệt độ môi trường từ -17°C (1°F) đến 70°C (158°F). Giới hạn trên của phạm vi này có vẻ cao một cách không thực tế, nhưng nó cũng bao gồm các tác động của việc làm nóng bằng năng lượng mặt trời của bình tích điện tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Các hàng trên bảng biểu thị khoảng nhiệt độ giữa các giá trị cao nhất và thấp nhất.

Khi người dùng cuối đang vận hành hệ thống, họ sẽ thêm áp suất chất lỏng chắn cho đến khi đạt được áp suất nạp lại ở nhiệt độ môi trường hiện tại. Áp suất báo động là áp suất cho biết người dùng cuối cần thêm chất lỏng chắn. Ở 25°C (77°F), người vận hành sẽ nạp trước bình tích áp đến 30,3 bar (440 PSIG), báo động sẽ được đặt ở mức 30,7 bar (445 PSIG) và người vận hành sẽ thêm chất lỏng chắn cho đến khi áp suất đạt 37,9 bar (550 PSIG). Nếu nhiệt độ môi trường giảm xuống 0°C (32°F), thì áp suất báo động sẽ giảm xuống 28,1 bar (408 PSIG) và áp suất nạp lại xuống 34,7 bar (504 PSIG).

Trong trường hợp này, áp suất báo động và áp suất nạp lại đều thay đổi hoặc nổi, để phản ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh. Cách tiếp cận này thường được gọi là chiến lược nổi-nổi. Cả báo động và nạp lại đều “nổi”. Điều này dẫn đến áp suất vận hành thấp nhất cho hệ thống niêm phong. Tuy nhiên, điều này đặt ra hai yêu cầu cụ thể cho người dùng cuối; xác định áp suất báo động và áp suất nạp lại chính xác. Áp suất báo động cho hệ thống là một hàm của nhiệt độ và mối quan hệ này phải được lập trình vào hệ thống DCS của người dùng cuối. Áp suất nạp lại cũng sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh, vì vậy người vận hành sẽ cần tham khảo bảng tên để tìm áp suất chính xác cho các điều kiện hiện tại.

Một số người dùng cuối yêu cầu một cách tiếp cận đơn giản hơn và mong muốn một chiến lược mà cả áp suất báo động và áp suất nạp lại đều không đổi (hoặc cố định) và không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Chiến lược cố định-cố định cung cấp cho người dùng cuối chỉ một áp suất để nạp lại hệ thống và giá trị duy nhất để báo động hệ thống. Thật không may, điều kiện này phải giả định rằng nhiệt độ ở giá trị tối đa, vì các phép tính bù cho nhiệt độ môi trường giảm từ nhiệt độ tối đa xuống nhiệt độ tối thiểu. Điều này dẫn đến hệ thống hoạt động ở áp suất cao hơn. Trong một số ứng dụng, việc sử dụng chiến lược cố định-cố định có thể dẫn đến những thay đổi trong thiết kế phớt hoặc xếp hạng MAWP cho các thành phần hệ thống khác để xử lý áp suất cao.

Những người dùng cuối khác sẽ áp dụng phương pháp kết hợp với áp suất báo động cố định và áp suất nạp nổi. Điều này có thể làm giảm áp suất vận hành đồng thời đơn giản hóa cài đặt báo động. Quyết định về chiến lược báo động chính xác chỉ nên được đưa ra sau khi xem xét điều kiện ứng dụng, phạm vi nhiệt độ môi trường và yêu cầu của người dùng cuối.

Có một số sửa đổi trong thiết kế của Sơ đồ đường ống 53B có thể giúp giảm bớt một số thách thức này. Nhiệt từ bức xạ mặt trời có thể làm tăng đáng kể nhiệt độ tối đa của bình tích áp cho các tính toán thiết kế. Đặt bình tích áp ở nơi râm mát hoặc xây dựng tấm chắn nắng cho bình tích áp có thể loại bỏ nhiệt mặt trời và giảm nhiệt độ tối đa trong các tính toán.

Trong các mô tả ở trên, thuật ngữ nhiệt độ môi trường được sử dụng để biểu thị nhiệt độ của khí trong bàng quang. Trong điều kiện nhiệt độ môi trường ổn định hoặc thay đổi chậm, đây là một giả định hợp lý. Nếu có sự dao động lớn về điều kiện nhiệt độ môi trường giữa ngày và đêm, cách nhiệt bình tích có thể điều chỉnh sự dao động nhiệt độ hiệu quả của bàng quang, dẫn đến nhiệt độ hoạt động ổn định hơn.

Phương pháp này có thể được mở rộng để sử dụng theo dõi nhiệt và cách nhiệt trên bình tích trữ. Khi áp dụng đúng cách, bình tích trữ sẽ hoạt động ở một nhiệt độ bất kể nhiệt độ môi trường thay đổi theo ngày hay theo mùa. Đây có lẽ là phương án thiết kế đơn lẻ quan trọng nhất cần cân nhắc ở những khu vực có nhiệt độ thay đổi lớn. Phương pháp này có cơ sở lắp đặt lớn tại hiện trường và cho phép sử dụng Kế hoạch 53B ở những vị trí không thể thực hiện được bằng theo dõi nhiệt.

Người dùng cuối đang cân nhắc sử dụng Sơ đồ đường ống 53B nên biết rằng sơ đồ đường ống này không chỉ đơn thuần là Sơ đồ đường ống 53A có bộ tích lũy. Hầu như mọi khía cạnh của thiết kế hệ thống, đưa vào vận hành, vận hành và bảo trì Sơ đồ đường ống 53B đều là duy nhất đối với sơ đồ đường ống này. Hầu hết những sự thất vọng mà người dùng cuối gặp phải đều xuất phát từ việc thiếu hiểu biết về hệ thống. Các OEM về phớt có thể chuẩn bị một bản phân tích chi tiết hơn cho một ứng dụng cụ thể và có thể cung cấp thông tin cơ bản cần thiết để giúp người dùng cuối chỉ định và vận hành hệ thống này đúng cách.