Những cân nhắc khi lựa chọn phớt – Lắp đặt phớt cơ khí kép áp suất cao

Bố trí 3 phớt cơ khí làcon dấu képTrong đó, 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. Những chiến lược này được thể hiện trong sơ đồ đường ống của phớt cơ khí. Mặc dù nhiều sơ đồ này có chức năng tương tự nhau, nhưng đặc tính vận hành của mỗi sơ đồ có thể rất khác nhau và sẽ ảnh hưởng đến mọi khía cạnh của hệ thống phớt.

Sơ đồ đường ống 53B, theo định nghĩa của API 682, là 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 làm kín. Bình tích áp ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa khí nén và chất lỏng chắn, loại bỏ sự hấp thụ khí vào chất lỏng. Điều này cho phép Sơ đồ đường ống 53B được sử dụng trong các ứng dụng áp suất cao hơn Sơ đồ đường ống 53A. Tính chất độc lập của bình tích áp cũng loại bỏ nhu cầu cung cấp nitơ liên tục, giúp hệ thống lý tưởng cho các công trình lắp đặt từ xa.

Tuy nhiên, lợi ích của bình tích áp bàng quang bị hạn chế 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 khí trong bàng quang. Áp suất này có thể thay đổi đáng kể do một số biến số.

Bóng khí 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 về hoạt động của hệ thống trong tương lai. 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 khí. 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 khí trong bình sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ khí. Trong hầu hết các trường hợp, nhiệt độ khí sẽ theo nhiệt độ môi trường tại vị trí lắp đặt. Các ứng dụng ở những khu vực có sự thay đổi lớn về nhiệt độ theo ngày và theo mùa sẽ có sự dao động 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 hiện tượng rò rỉ phớt thông thường. Chất lỏng chắn này được bổ sung bởi chất lỏng trong bình tích áp, dẫn đến sự giãn nở của khí trong túi khí và giảm áp suất hệ thống. Những thay đổi này phụ thuộc vào kích thước bình tích áp, tỷ lệ rò rỉ phớt và chu kỳ bảo dưỡng mong muốn của hệ thống (ví dụ: 28 ngày).

Sự thay đổi áp suất hệ thống là cách chính để người dùng cuối theo dõi hiệu suất phớt. Áp suất cũng được sử dụng để tạo cảnh báo bảo trì và phát hiện lỗi phớt. Tuy nhiên, áp suất sẽ liên tục thay đổi trong quá trình vận hành hệ thống. 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 việc tạo ra một bảng tên tiêu 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 vị trí 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 cụ thể tại hiện trường.

Một trong những giả định cơ bản của Hình 2 là Sơ đồ Đường ống 53B dự kiến sẽ hoạt động liên tục và không thay đổi áp suất nạp ban đầu. Ngoài ra còn có giả định rằng hệ thống có thể tiếp xúc với toàn bộ dải nhiệt độ môi trường trong một khoảng 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 cao hơn so với các sơ đồ đường ống kín kép khác.

Sử dụng Hình 2 làm tham chiếu, ứng dụng ví dụ được lắp đặt tại vị trí có nhiệt độ môi trường từ -17°C (1°F) đến 70°C (158°F). Giới hạn trên của khoảng này có vẻ cao một cách phi thực tế, nhưng nó cũng bao gồm cả ảnh hưởng của việc năng lượng mặt trời làm nóng bộ tích trữ tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Các hàng trên bảng biểu thị khoảng nhiệt độ giữa giá trị cao nhất và thấp nhất.

Khi người dùng cuối vận hành hệ thống, họ sẽ thêm áp suất chất lỏng chắn cho đến khi áp suất nạp đạt đến 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), cảnh báo 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, tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường. Phương pháp 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 của hệ thống phụ thuộc vào 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, vì vậy người vận hành cần tham khảo nhãn mác để tìm áp suất chính xác cho các điều kiện hiện tại.

Một số người dùng cuối yêu cầu một phương pháp đơn giản hơn và mong muốn một chiến lược trong đó 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. Đáng tiếc là điều kiện này phải giả định rằng nhiệt độ ở giá trị tối đa, vì các phép tính bù cho việc 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 thay đổi thiết kế phớt hoặc định mức MAWP của các thành phần khác trong hệ thống để xử lý áp suất tăng cao.

Những người dùng cuối khác sẽ áp dụng phương pháp kết hợp giữa áp suất báo động cố định và áp suất nạp khí thả nổi. Điều này có thể giảm áp suất vận hành đồng thời đơn giản hóa cài đặt báo động. Quyết định về chiến lược báo động phù hợp 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 thiểu một số thách thức này. Nhiệt từ bức xạ mặt trời có thể làm tăng đáng kể nhiệt độ tối đa của bộ tích lũy trong các tính toán thiết kế. Đặt bộ tích lũy ở nơi râm mát hoặc lắp đặt tấm chắn nắng cho bộ tích lũy có thể loại bỏ nhiệt mặt trời và giảm nhiệt độ tối đa trong các tính toán.

Trong các mô tả trên, thuật ngữ nhiệt độ môi trường được sử dụng để biểu thị nhiệt độ của khí trong túi khí. 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 nhiệt độ môi trường giữa ngày và đêm, việc cách nhiệt bình tích áp có thể điều chỉnh sự dao động nhiệt độ hiệu dụng của túi khí, giúp nhiệt độ vận hành ổn định hơn.

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

Người dùng cuối đang cân nhắc sử dụng Sơ đồ Đường ống 53B nên lưu ý rằng sơ đồ đường ống này không chỉ đơn thuần là Sơ đồ Đường ống 53A với bộ tích lũy. Hầu như mọi khía cạnh của thiết kế hệ thống, 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 khó khăn 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 nền tảng cần thiết để giúp người dùng cuối chỉ định và vận hành hệ thống này đúng cách.