シール選択の考慮事項 – 高圧デュアルメカニカルシールの取り付け

メカニカルシールを3個配置デュアルシールここで、シール間のバリア流体キャビティは、シールチャンバの圧力よりも高い圧力に維持される。業界は時間の経過とともに、これらのシールに必要な高圧環境を作り出すためのいくつかの戦略を開発してきました。これらの戦略は、メカニカル シールの配管計画に反映されます。これらのプランの多くは同様の機能を果たしますが、それぞれの動作特性は大きく異なる可能性があり、シーリング システムのあらゆる側面に影響を与えます。

API 682 で定義されている配管計画 53B は、窒素充填ブラダ アキュムレータでバリア流体を加圧する配管計画です。加圧されたブラダーはバリア流体に直接作用し、シール システム全体を加圧します。ブラダーは、加圧ガスとバリア流体の直接接触を防ぎ、流体へのガスの吸収を排除します。これにより、配管プラン 53B は配管プラン 53A よりも高圧の用途で使用できるようになります。また、アキュムレータの自己完結型の性質により、窒素を一定に供給する必要がなくなるため、このシステムは遠隔設置に最適です。

ただし、ブラダー アキュムレータの利点は、システムの動作特性の一部によって相殺されます。配管計画 53B の圧力は、ブラダー内のガスの圧力によって直接決定されます。この圧力は、いくつかの変数によって劇的に変化する可能性があります。

バリア流体をシステムに追加する前に、アキュムレータ内のブラダーを事前に充填する必要があります。これにより、今後のすべての計算とシステム動作の解釈の基礎が作成されます。実際のプリチャージ圧力は、システムの動作圧力とアキュムレータ内のバリア流体の安全量によって異なります。プレチャージ圧力は、ブラダー内のガスの温度にも依存します。注: プリチャージ圧力はシステムの初期試運転時にのみ設定され、実際の動作中には調整されません。

ブラダー内のガスの圧力は、ガスの温度に応じて変化します。ほとんどの場合、ガスの温度は設置場所の周囲温度に追従します。毎日および季節ごとの温度変化が大きい地域でのアプリケーションでは、システム圧力の大きな変動が発生します。

バリア液の消費量動作中、メカニカル シールは通常のシール漏れによりバリア流体を消費します。このバリア流体はアキュムレータ内の流体によって補充され、その結果、ブラダ内のガスが膨張し、システム圧力が低下します。これらの変化は、アキュムレータのサイズ、シールの漏れ率、およびシステムの望ましいメンテナンス間隔 (たとえば、28 日) の関数です。

システム圧力の変化は、エンドユーザーがシールの性能を追跡する主な方法です。圧力は、メンテナンス アラームの生成やシールの故障の検出にも使用されます。ただし、システムの動作中、圧力は継続的に変化します。ユーザーは Plan 53B システムの圧力をどのように設定する必要がありますか?バリア液を追加する必要があるのはいつですか?どれくらいの量の液体を追加する必要がありますか?

Plan 53B システム用に広く公開された最初の工学計算セットは、API 682 第 4 版に登場しました。付録 F では、この配管計画の圧力と体積を決定する方法について段階的に説明します。API 682 の最も有用な要件の 1 つは、ブラダー アキュムレータ用の標準銘板の作成です (API 682 第 4 版、表 10)。この銘板には、使用場所の周囲温度条件の範囲にわたるシステムのプリチャージ、リフィル、およびアラーム圧力を記録した表が含まれています。注: 規格内の表は単なる例であり、実際の値は特定の分野のアプリケーションに適用されると大幅に変化します。

図 2 の基本的な仮定の 1 つは、配管計画 53B が初期のプリチャージ圧力を変更せずに継続的に動作すると予想されることです。また、システムが短期間にわたって周囲温度範囲全体にさらされる可能性があるという想定もあります。これらはシステム設計に重大な影響を及ぼし、他の二重シール配管計画よりも高い圧力でシステムを動作させる必要があります。

図 2 を参照として使用すると、サンプル アプリケーションは周囲温度が -17°C (1°F) ～ 70°C (158°F) の場所にインストールされています。この範囲の上限は非現実的に高いように見えますが、直射日光にさらされる蓄電池の太陽熱の影響も含まれます。表の行は、最高値と最低値の間の温度間隔を表します。

エンドユーザーがシステムを操作するとき、現在の周囲温度で再充填圧力に達するまでバリア流体圧力を追加します。アラーム圧力は、エンドユーザーが追加のバリア液を追加する必要があることを示す圧力です。25°C (77°F) で、オペレーターはアキュムレーターを 30.3 バール (440 PSIG) にプレチャージし、アラームを 30.7 バール (445 PSIG) に設定し、圧力が到達するまでバリアー流体を追加します。 37.9 バール (550 PSIG)。周囲温度が 0°C (32°F) に低下すると、アラーム圧力は 28.1 bar (408 PSIG) に低下し、補充圧力は 34.7 bar (504 PSIG) に低下します。

このシナリオでは、周囲温度に応じて、アラーム圧力と再充填圧力の両方が変化するか変動します。このアプローチは、フローティング-フローティング戦略と呼ばれることがよくあります。アラームもリフィルも「フロート」します。これにより、シーリング システムの動作圧力が最低になります。ただし、これによりエンド ユーザーには 2 つの特定の要件が課せられます。正しいアラーム圧力と補充圧力を決定します。システムのアラーム圧力は温度の関数であり、この関係はエンド ユーザーの DCS システムにプログラムする必要があります。補充圧力は周囲温度にも依存するため、オペレータは銘板を参照して現在の条件に適した圧力を見つける必要があります。

一部のエンド ユーザーは、より単純なアプローチを要求し、警報圧力と再充填圧力の両方が一定 (または固定) で周囲温度に依存しない戦略を望んでいます。固定-固定戦略では、エンドユーザーにシステムを再充填するための 1 つの圧力と、システムに警告を与えるための 1 つの値だけが提供されます。残念ながら、計算では周囲温度が最高温度から最低温度に低下することを補償するため、この条件では温度が最高値にあると仮定する必要があります。これにより、システムはより高い圧力で動作することになります。一部のアプリケーションでは、固定-固定戦略を使用すると、高圧に対処するために他のシステムコンポーネントのシール設計または MAWP 定格が変更される場合があります。

他のエンドユーザーは、固定アラーム圧力とフローティング補充圧力によるハイブリッド アプローチを適用します。これにより、警報設定を簡素化しながら作動圧力を下げることができます。正しいアラーム戦略の決定は、使用条件、周囲温度範囲、およびエンドユーザーの要件を考慮した後にのみ行う必要があります。

配管計画 53B の設計には、これらの課題の一部を軽減するのに役立ついくつかの変更が加えられています。太陽放射による加熱により、設計計算におけるアキュムレータの最大温度が大幅に上昇する可能性があります。アキュムレータを日陰に配置するか、アキュムレータ用の日よけを構築すると、太陽熱を排除し、計算上の最高温度を下げることができます。

上記の説明では、周囲温度という用語は、膀胱内のガスの温度を表すために使用されています。定常状態またはゆっくりと変化する周囲温度条件下では、これは合理的な仮定です。昼と夜で周囲温度条件に大きな変動がある場合、アキュムレータを断熱するとブラダーの実効温度変動が緩和され、動作温度がより安定します。

このアプローチは、アキュムレータでのヒート トレースと断熱の使用に拡張できます。これが適切に適用されると、周囲温度の毎日または季節の変化に関係なく、アキュムレータは 1 つの温度で動作します。これはおそらく、温度変化が大きい地域で考慮すべき最も重要な単一の設計オプションです。このアプローチは現場に大規模な設置ベースを持ち、ヒート トレースでは不可能だった場所でも Plan 53B を使用できるようになりました。

配管計画 53B の使用を検討しているエンド ユーザーは、この配管計画が単にアキュムレータを備えた配管計画 53A ではないことに注意する必要があります。プラン 53B のシステム設計、コミッショニング、運用、およびメンテナンスのほぼすべての側面は、この配管プランに固有のものです。エンドユーザーが経験するフラストレーションのほとんどは、システムに対する理解の欠如から生じています。Seal OEM は、特定のアプリケーションについてより詳細な分析を準備し、エンド ユーザーがこのシステムを適切に指定して操作できるようにするために必要な背景を提供できます。