씰 선택 고려 사항 – 고압 이중 기계적 씰 설치

배열 3 기계적 밀봉은 입니다이중 씰여기서 씰 사이의 장벽 유체 공동은 씰 챔버 압력보다 큰 압력으로 유지됩니다. 시간이 지나면서 업계에서는 이러한 씰에 필요한 고압 환경을 조성하기 위한 몇 가지 전략을 개발했습니다. 이러한 전략은 Mechanical Seal의 배관 계획에 포함되어 있습니다. 이러한 계획 중 다수는 유사한 기능을 수행하지만 각 계획의 작동 특성은 매우 다를 수 있으며 씰링 시스템의 모든 측면에 영향을 미칩니다.

API 682에 정의된 배관 계획 53B는 질소 충전 블래더 어큐뮬레이터로 차단 유체에 압력을 가하는 배관 계획입니다. 가압된 블래더는 배리어 유체에 직접 작용하여 전체 밀봉 시스템에 압력을 가합니다. 블래더는 가압 가스와 차단 유체 사이의 직접적인 접촉을 방지하여 가스가 유체로 흡수되는 것을 방지합니다. 이를 통해 Piping Plan 53B를 Piping Plan 53A보다 더 높은 압력 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 어큐뮬레이터의 자급식 특성으로 인해 지속적인 질소 공급이 필요하지 않으므로 시스템이 원격 설치에 이상적입니다.

그러나 블래더 어큐뮬레이터의 이점은 시스템의 일부 작동 특성으로 인해 상쇄됩니다. Piping Plan 53B의 압력은 블래더의 가스 압력에 의해 직접적으로 결정됩니다. 이 압력은 여러 변수로 인해 극적으로 변할 수 있습니다.

배리어 유체를 시스템에 추가하기 전에 어큐뮬레이터의 블래더를 미리 충전해야 합니다. 이는 시스템 작동에 대한 모든 향후 계산 및 해석의 기초를 만듭니다. 실제 사전 충전 압력은 시스템의 작동 압력과 어큐뮬레이터에 있는 배리어 유체의 안전 용량에 따라 달라집니다. 사전 충전 압력은 블래더 내 가스 온도에 따라 달라집니다. 참고: 사전 충전 압력은 시스템의 초기 시운전 시에만 설정되며 실제 작동 중에는 조정되지 않습니다.

방광 내의 가스 압력은 가스 온도에 따라 달라집니다. 대부분의 경우 가스 온도는 설치 장소의 주변 온도를 따릅니다. 일일 및 계절별 온도 변화가 큰 지역의 애플리케이션에서는 시스템 압력의 큰 변동이 발생합니다.

배리어 유체 소비작동 중에 기계적 씰은 정상적인 씰 누출을 통해 배리어 유체를 소모합니다. 이 차단 유체는 어큐뮬레이터의 유체에 의해 보충되어 방광 내 가스가 팽창하고 시스템 압력이 감소합니다. 이러한 변경 사항은 어큐뮬레이터 크기, 씰 누출률 및 원하는 시스템 유지 관리 간격(예: 28일)에 따라 달라집니다.

시스템 압력의 변화는 최종 사용자가 씰 성능을 추적하는 주요 방법입니다. 압력은 유지보수 경보를 생성하고 씰 결함을 감지하는 데에도 사용됩니다. 그러나 시스템이 작동하는 동안 압력은 계속 변합니다. 사용자는 Plan 53B 시스템에서 압력을 어떻게 설정해야 합니까? 언제 차단액을 추가해야 합니까? 액체를 얼마나 추가해야 합니까?

Plan 53B 시스템에 대해 처음으로 널리 게시된 엔지니어링 계산 세트는 API 682 제4판에 나타났습니다. 부록 F는 이 배관 계획에 대한 압력과 부피를 결정하는 방법에 대한 단계별 지침을 제공합니다. API 682의 가장 유용한 요구 사항 중 하나는 블래더 어큐뮬레이터에 대한 표준 명판을 만드는 것입니다(API 682 제4판, 표 10). 이 명판에는 적용 현장의 주변 온도 조건 범위에 걸쳐 시스템의 사전 충전, 재충전 및 경보 압력을 포착하는 표가 포함되어 있습니다. 참고: 표준의 표는 단지 ​​예일 뿐이며 특정 현장 응용 프로그램에 적용하면 실제 값이 크게 변경됩니다.

그림 2의 기본 가정 중 하나는 Piping Plan 53B가 초기 사전 충전 압력을 변경하지 않고 지속적으로 작동할 것으로 예상된다는 것입니다. 또한 시스템이 짧은 시간 동안 전체 주변 온도 범위에 노출될 수 있다는 가정도 있습니다. 이는 시스템 설계에 중요한 영향을 미치며 시스템이 다른 이중 씰 배관 계획보다 더 높은 압력에서 작동해야 합니다.

그림 2를 참조하여 예제 애플리케이션은 주변 온도가 -17°C(1°F)에서 70°C(158°F) 사이인 위치에 설치되었습니다. 이 범위의 상한선은 비현실적으로 높은 것으로 보이지만 직사광선에 노출되는 축전지의 태양열 가열 효과도 포함됩니다. 표의 행은 최고값과 최저값 사이의 온도 간격을 나타냅니다.

최종 사용자가 시스템을 작동할 때 리필 압력이 현재 주변 온도에 도달할 때까지 배리어 유체 압력을 추가합니다. 알람 압력은 최종 사용자가 추가 차단액을 추가해야 함을 나타내는 압력입니다. 25°C(77°F)에서 작업자는 어큐뮬레이터를 30.3bar(440PSIG)로 사전 충전하고 경보는 30.7bar(445PSIG)로 설정하며 작업자는 압력이 도달할 때까지 차단 유체를 추가합니다. 37.9bar(550PSIG). 주변 온도가 0°C(32°F)로 떨어지면 알람 압력은 28.1bar(408PSIG)로 떨어지고 리필 압력은 34.7bar(504PSIG)로 떨어집니다.

이 시나리오에서는 주변 온도에 따라 경보 및 리필 압력이 모두 변경되거나 변동됩니다. 이 접근 방식을 흔히 부동 부동 전략이라고 합니다. 알람과 리필 모두 "부동"합니다. 이로 인해 씰링 시스템의 작동 압력이 최저 수준이 됩니다. 그러나 이로 인해 최종 사용자에게는 두 가지 특정 요구 사항이 적용됩니다. 올바른 경보 압력과 리필 압력을 결정합니다. 시스템의 경보 압력은 온도의 함수이며 이 관계는 최종 사용자의 DCS 시스템에 프로그래밍되어야 합니다. 리필 압력은 주변 온도에 따라 달라지므로 작업자는 명판을 참조하여 현재 조건에 맞는 압력을 찾아야 합니다.

일부 최종 사용자는 더 간단한 접근 방식을 요구하고 알람 압력과 리필 압력이 일정(또는 고정)되고 주변 온도와 무관한 전략을 원합니다. 고정-고정 전략은 최종 사용자에게 시스템을 재충전하기 위한 단 하나의 압력과 시스템 경보에 대한 값만을 제공합니다. 불행하게도 이 조건에서는 온도가 최대값이라고 가정해야 합니다. 계산에서는 주변 온도가 최대 온도에서 최소 온도로 떨어지는 것을 보상하기 때문입니다. 이로 인해 시스템이 더 높은 압력에서 작동하게 됩니다. 일부 응용 분야에서는 고정-고정 전략을 사용하면 씰 설계가 변경되거나 상승된 압력을 처리하기 위한 다른 시스템 구성 요소의 MAWP 등급이 변경될 수 있습니다.

다른 최종 사용자는 고정된 경보 압력과 유동적인 리필 압력을 갖춘 하이브리드 접근 방식을 적용할 것입니다. 이를 통해 작동 압력을 낮추는 동시에 알람 설정을 단순화할 수 있습니다. 올바른 경보 전략에 대한 결정은 적용 조건, 주변 온도 범위 및 최종 사용자의 요구 사항을 고려한 후에만 이루어져야 합니다.

이러한 문제 중 일부를 완화하는 데 도움이 될 수 있는 배관 계획 53B의 설계에 몇 가지 수정 사항이 있습니다. 태양 복사로 인한 가열은 설계 계산을 위한 어큐뮬레이터의 최대 온도를 크게 증가시킬 수 있습니다. 어큐뮬레이터를 그늘에 놓거나 어큐뮬레이터에 차광막을 설치하면 태양열을 제거하고 계산 시 최대 온도를 줄일 수 있습니다.

위의 설명에서 주변 온도라는 용어는 방광 내 가스 온도를 나타내는 데 사용되었습니다. 정상 상태 또는 천천히 변화하는 주변 온도 조건에서 이는 합리적인 가정입니다. 낮과 밤 사이의 주변 온도 조건에 큰 변동이 있는 경우 어큐뮬레이터를 단열하면 블래더의 효과적인 온도 변동을 완화하여 보다 안정적인 작동 온도를 얻을 수 있습니다.

이 접근 방식은 어큐뮬레이터에 히트 트레이싱 및 절연을 사용하도록 확장될 수 있습니다. 이것이 적절하게 적용되면 어큐뮬레이터는 주변 온도의 일일 또는 계절 변화에 관계없이 동일한 온도에서 작동합니다. 이는 아마도 온도 변화가 큰 지역에서 고려해야 할 가장 중요한 단일 설계 옵션일 것입니다. 이 접근 방식은 현장에 대규모 설치 기반을 갖고 있으며 히트 트레이싱으로는 불가능했던 위치에서 Plan 53B를 사용할 수 있게 해주었습니다.

Piping Plan 53B 사용을 고려 중인 최종 사용자는 이 배관 계획이 단순히 어큐뮬레이터가 있는 Piping Plan 53A가 아니라는 점을 알아야 합니다. Plan 53B의 시스템 설계, 시운전, 운영 및 유지 관리의 거의 모든 측면은 이 배관 계획에 고유합니다. 최종 사용자가 경험한 대부분의 좌절감은 시스템에 대한 이해 부족에서 비롯됩니다. Seal OEM은 특정 응용 분야에 대한 보다 자세한 분석을 준비할 수 있으며 최종 사용자가 이 시스템을 올바르게 지정하고 작동하는 데 필요한 배경 지식을 제공할 수 있습니다.