P: Instalaremos un sistema de doble presión de alta presión.sellos mecánicos¿Y están considerando utilizar un Plan 53B? ¿Cuáles son las consideraciones? ¿Cuáles son las diferencias entre las estrategias de alarma?
Los sellos mecánicos de la disposición 3 sonsellos doblesdonde la cavidad del fluido de barrera entre los sellos se mantiene a una presión superior a la de la cámara de sellado. Con el tiempo, la industria ha desarrollado diversas estrategias para crear el entorno de alta presión necesario para estos sellos. Estas estrategias se plasman en los planos de tuberías del sello mecánico. Si bien muchos de estos planos cumplen funciones similares, las características operativas de cada uno pueden ser muy diferentes e impactarán en todos los aspectos del sistema de sellado.
El esquema de tuberías 53B, según la definición de la norma API 682, presuriza el fluido de barrera mediante un acumulador de vejiga cargado con nitrógeno. La vejiga presurizada actúa directamente sobre el fluido de barrera, presurizando todo el sistema de sellado. La vejiga evita el contacto directo entre el gas de presurización y el fluido de barrera, eliminando la absorción de gas en el fluido. Esto permite que el esquema de tuberías 53B se utilice en aplicaciones de mayor presión que el esquema de tuberías 53A. La naturaleza autónoma del acumulador también elimina la necesidad de un suministro constante de nitrógeno, lo que hace que el sistema sea ideal para instalaciones remotas.
Sin embargo, las ventajas del acumulador de vejiga se ven contrarrestadas por algunas de las características operativas del sistema. La presión de un Plan de Tuberías 53B está determinada directamente por la presión del gas en la vejiga. Esta presión puede variar drásticamente debido a diversas variables.
Precarga
La vejiga del acumulador debe precargarse antes de añadir el fluido de barrera al sistema. Esto sienta las bases para todos los cálculos e interpretaciones posteriores del funcionamiento del sistema. La presión de precarga real depende de la presión de funcionamiento del sistema y del volumen de seguridad del fluido de barrera en los acumuladores. La presión de precarga también depende de la temperatura del gas en la vejiga. Nota: la presión de precarga solo se ajusta durante la puesta en marcha inicial del sistema y no se modificará durante su funcionamiento.
Temperatura
La presión del gas en la vejiga variará según la temperatura del gas. En la mayoría de los casos, la temperatura del gas seguirá la temperatura ambiente en el lugar de instalación. En aplicaciones ubicadas en regiones con grandes variaciones diarias y estacionales de temperatura, la presión del sistema experimentará grandes fluctuaciones.
Consumo de fluido de barreraDurante el funcionamiento, los sellos mecánicos consumen fluido de barrera debido a las fugas normales. Este fluido se repone con el fluido del acumulador, lo que provoca una expansión del gas en la vejiga y una disminución de la presión del sistema. Estos cambios dependen del tamaño del acumulador, las tasas de fuga de los sellos y el intervalo de mantenimiento deseado para el sistema (por ejemplo, 28 días).
La variación de la presión del sistema es la principal forma en que el usuario final monitoriza el rendimiento del sello. La presión también se utiliza para generar alarmas de mantenimiento y detectar fallos en el sello. Sin embargo, la presión variará continuamente mientras el sistema esté en funcionamiento. ¿Cómo debe el usuario configurar las presiones en el sistema Plan 53B? ¿Cuándo es necesario añadir fluido de barrera? ¿Qué cantidad de fluido se debe añadir?
El primer conjunto de cálculos de ingeniería ampliamente publicado para sistemas Plan 53B apareció en la cuarta edición de la norma API 682. El Anexo F proporciona instrucciones paso a paso sobre cómo determinar las presiones y los volúmenes para este plano de tuberías. Uno de los requisitos más útiles de la norma API 682 es la creación de una placa de características estándar para acumuladores de vejiga (API 682, cuarta edición, Tabla 10). Esta placa contiene una tabla que registra las presiones de precarga, recarga y alarma del sistema en el rango de temperaturas ambiente del lugar de aplicación. Nota: la tabla de la norma es solo un ejemplo y los valores reales variarán significativamente al aplicarse a una aplicación específica en campo.
Una de las suposiciones básicas de la Figura 2 es que el Plan de Tuberías 53B debe operar de forma continua y sin cambios en la presión de precarga inicial. También se asume que el sistema puede estar expuesto a todo el rango de temperatura ambiente durante un breve período. Esto tiene implicaciones significativas en el diseño del sistema y requiere que este opere a una presión mayor que la de otros planes de tuberías de doble sello.
Tomando como referencia la Figura 2, la aplicación de ejemplo se instala en un lugar donde la temperatura ambiente oscila entre -17 °C (1 °F) y 70 °C (158 °F). El límite superior de este rango parece excesivamente alto, pero también incluye los efectos del calentamiento solar de un acumulador expuesto a la luz solar directa. Las filas de la tabla representan los intervalos de temperatura entre los valores máximo y mínimo.
Cuando el usuario final opera el sistema, aumenta la presión del fluido de barrera hasta alcanzar la presión de recarga a la temperatura ambiente actual. La presión de alarma indica que el usuario final necesita añadir más fluido de barrera. A 25 °C (77 °F), el operador precarga el acumulador a 30,3 bar (440 PSIG), la alarma se configura a 30,7 bar (445 PSIG) y añade fluido de barrera hasta que la presión alcanza los 37,9 bar (550 PSIG). Si la temperatura ambiente desciende a 0 °C (32 °F), la presión de alarma baja a 28,1 bar (408 PSIG) y la presión de recarga a 34,7 bar (504 PSIG).
En este escenario, tanto la presión de alarma como la de recarga varían, o fluctúan, en función de la temperatura ambiente. Este enfoque se conoce como estrategia de flujo continuo. Tanto la alarma como la recarga fluctúan, lo que resulta en las presiones de operación más bajas para el sistema de sellado. Sin embargo, esto impone dos requisitos específicos al usuario final: determinar la presión de alarma y la presión de recarga correctas. La presión de alarma del sistema depende de la temperatura, y esta relación debe programarse en el sistema DCS del usuario final. La presión de recarga también dependerá de la temperatura ambiente, por lo que el operador deberá consultar la placa de características para encontrar la presión correcta para las condiciones actuales.
Simplificar un proceso
Algunos usuarios finales exigen un enfoque más sencillo y desean una estrategia en la que tanto la presión de alarma como la de recarga sean constantes (o fijas) e independientes de la temperatura ambiente. La estrategia de presión fija proporciona al usuario final una única presión para la recarga del sistema y un único valor para la alarma. Desafortunadamente, esta condición presupone que la temperatura se encuentra en su valor máximo, ya que los cálculos compensan la caída de la temperatura ambiente desde el máximo hasta el mínimo. Esto provoca que el sistema opere a presiones más elevadas. En algunas aplicaciones, el uso de una estrategia de presión fija puede requerir modificaciones en el diseño del sello o en las clasificaciones de MAWP (Presión Máxima de Trabajo Automática) de otros componentes del sistema para soportar las presiones elevadas.
Otros usuarios finales adoptarán un enfoque híbrido con una presión de alarma fija y una presión de recarga variable. Esto permite reducir la presión de operación y simplificar la configuración de la alarma. La estrategia de alarma más adecuada debe elegirse tras considerar las condiciones de la aplicación, el rango de temperatura ambiente y los requisitos del usuario final.
Eliminando obstáculos
Existen algunas modificaciones en el diseño del plano de tuberías 53B que pueden ayudar a mitigar algunos de estos problemas. El calentamiento por radiación solar puede aumentar considerablemente la temperatura máxima del acumulador en los cálculos de diseño. Colocar el acumulador a la sombra o construir una protección solar para el mismo puede eliminar el calentamiento solar y reducir la temperatura máxima en los cálculos.
En las descripciones anteriores, el término temperatura ambiente se utiliza para representar la temperatura del gas en la vejiga. En condiciones de temperatura ambiente estables o con cambios lentos, esta suposición es razonable. Si existen grandes fluctuaciones en la temperatura ambiente entre el día y la noche, aislar el acumulador puede moderar las variaciones de temperatura efectivas de la vejiga, lo que resulta en temperaturas de funcionamiento más estables.
Este enfoque puede ampliarse mediante el uso de calefacción por resistencia y aislamiento en el acumulador. Si se aplica correctamente, el acumulador funcionará a una temperatura constante, independientemente de las variaciones diarias o estacionales de la temperatura ambiente. Esta es, quizás, la opción de diseño más importante a considerar en zonas con grandes variaciones de temperatura. Este enfoque cuenta con una amplia base instalada y ha permitido utilizar el Plan 53B en ubicaciones donde no habría sido posible con calefacción por resistencia.
Los usuarios finales que estén considerando utilizar un Plan de Tuberías 53B deben tener en cuenta que este plan no es simplemente un Plan de Tuberías 53A con un acumulador. Prácticamente todos los aspectos del diseño, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento del Plan 53B son exclusivos de este sistema. La mayoría de las frustraciones que han experimentado los usuarios finales se deben a la falta de comprensión del sistema. Los fabricantes de equipos originales (OEM) de Seal pueden preparar un análisis más detallado para una aplicación específica y proporcionar la información necesaria para ayudar al usuario final a especificar y operar correctamente este sistema.
Fecha de publicación: 1 de junio de 2023