고압 이중 기계식 씰 설치 시 고려 사항 - 씰 선택

배열 3의 기계식 씰은 다음과 같습니다.이중 씰이러한 씰은 씰 사이의 장벽 유체 공동이 씰 챔버 압력보다 높은 압력으로 유지되는 구조입니다. 시간이 흐르면서 업계에서는 이러한 씰에 필요한 고압 환경을 조성하기 위한 여러 가지 전략을 개발해 왔습니다. 이러한 전략은 기계식 씰의 배관 설계에 반영되어 있습니다. 이러한 설계들은 대부분 유사한 기능을 수행하지만, 각각의 작동 특성은 매우 다를 수 있으며 씰링 시스템의 모든 측면에 영향을 미칩니다.

API 682에 정의된 배관 계획 53B는 질소 충전 블래더 어큐뮬레이터를 사용하여 차단 유체를 가압하는 배관 계획입니다. 가압된 블래더는 차단 유체에 직접 작용하여 전체 밀봉 시스템을 가압합니다. 블래더는 가압 가스와 차단 유체의 직접적인 접촉을 방지하여 유체 내 가스 흡수를 막습니다. 따라서 배관 계획 53B는 배관 계획 53A보다 더 높은 압력 환경에서 사용할 수 있습니다. 또한 어큐뮬레이터가 자체적으로 밀폐되어 있어 지속적인 질소 공급이 필요 없으므로 원격 설치에 이상적입니다.

블래더 축압기의 장점은 시스템의 작동 특성으로 인해 상쇄됩니다. 파이핑 플랜 53B의 압력은 블래더 내부 가스의 압력에 의해 직접적으로 결정됩니다. 이 압력은 여러 변수에 따라 급격하게 변할 수 있습니다.

축압기 내부의 블래더는 시스템에 보호액을 주입하기 전에 반드시 사전 충전되어야 합니다. 이는 향후 시스템 작동에 대한 모든 계산 및 해석의 기초가 됩니다. 실제 사전 충전 압력은 시스템의 작동 압력과 축압기 내 보호액의 안전 용량에 따라 달라집니다. 또한 블래더 내부 가스의 온도에도 영향을 받습니다. 참고: 사전 충전 압력은 시스템 초기 시운전 시에만 설정되며 실제 작동 중에는 조정되지 않습니다.

블래더 내부 가스의 압력은 가스의 온도에 따라 달라집니다. 대부분의 경우 가스의 온도는 설치 장소의 주변 온도와 비례합니다. 하지만 일일 및 계절별 온도 변화가 큰 지역에서는 시스템 압력의 변동폭이 클 수 있습니다.

장벽액 소모작동 중 기계식 씰은 정상적인 씰 누출로 인해 배리어 유체를 소모합니다. 이 배리어 유체는 어큐뮬레이터의 유체에 의해 보충되며, 이로 인해 블래더 내부의 가스가 팽창하고 시스템 압력이 감소합니다. 이러한 변화는 어큐뮬레이터 크기, 씰 누출률 및 시스템의 원하는 유지 보수 주기(예: 28일)에 따라 달라집니다.

시스템 압력 변화는 최종 사용자가 씰 성능을 추적하는 주요 방법입니다. 압력은 또한 유지보수 경보를 생성하고 씰 고장을 감지하는 데 사용됩니다. 그러나 시스템 작동 중에는 압력이 지속적으로 변합니다. 사용자는 Plan 53B 시스템에서 압력을 어떻게 설정해야 할까요? 배리어 유체는 언제 추가해야 할까요? 얼마나 추가해야 할까요?

API 682 제4판에 플랜 53B 시스템에 대한 최초의 널리 알려진 엔지니어링 계산식이 수록되었습니다. 부록 F는 이 배관 플랜에 대한 압력 및 용량을 결정하는 방법에 대한 단계별 지침을 제공합니다. API 682의 가장 유용한 요구 사항 중 하나는 블래더 어큐뮬레이터용 표준 명판을 제작하는 것입니다(API 682 제4판, 표 10). 이 명판에는 적용 현장의 주변 온도 범위에 따른 시스템의 사전 충전, 재충전 및 경보 압력을 나타내는 표가 포함되어 있습니다. 참고: 표준의 표는 예시일 뿐이며 실제 값은 특정 현장 적용 시 크게 달라질 수 있습니다.

그림 2의 기본 가정 중 하나는 배관 계획 53B가 초기 예압을 변경하지 않고 지속적으로 작동할 것으로 예상된다는 것입니다. 또한 시스템이 단시간 내에 주변 온도의 전체 범위에 노출될 수 있다는 가정도 있습니다. 이러한 가정은 시스템 설계에 상당한 영향을 미치며, 다른 이중 밀봉 배관 계획보다 더 높은 압력에서 시스템을 작동해야 함을 요구합니다.

그림 2를 참조하여 예시 애플리케이션은 주변 온도가 -17°C(1°F)에서 70°C(158°F) 사이인 위치에 설치됩니다. 이 범위의 상한값은 비현실적으로 높아 보이지만, 직사광선에 노출된 축전지의 태양열 가열 효과를 포함하고 있습니다. 표의 행은 최고값과 최저값 사이의 온도 구간을 나타냅니다.

최종 사용자가 시스템을 작동할 때, 현재 주변 온도에서 설정된 재충전 압력에 도달할 때까지 배리어 유체 압력을 추가합니다. 경보 압력은 최종 사용자가 추가 배리어 유체를 주입해야 함을 나타내는 압력입니다. 예를 들어, 25°C(77°F)에서 작업자는 어큐뮬레이터를 30.3 bar(440 PSIG)까지 예압하고, 경보 압력을 30.7 bar(445 PSIG)로 설정한 후, 압력이 37.9 bar(550 PSIG)에 도달할 때까지 배리어 유체를 주입합니다. 주변 온도가 0°C(32°F)로 낮아지면 경보 압력은 28.1 bar(408 PSIG)로, 재충전 압력은 34.7 bar(504 PSIG)로 떨어집니다.

이 시나리오에서는 경보 압력과 재충전 압력이 주변 온도에 따라 변하거나 상승합니다. 이러한 방식을 흔히 플로팅-플로팅 전략이라고 합니다. 경보 압력과 재충전 압력이 모두 "상승"하는 방식입니다. 결과적으로 밀봉 시스템의 최저 작동 압력이 유지됩니다. 그러나 이 방식은 최종 사용자에게 두 가지 특정 요구 사항을 부과합니다. 바로 올바른 경보 압력과 재충전 압력을 결정하는 것입니다. 시스템의 경보 압력은 온도의 함수이므로 이 관계를 최종 사용자의 DCS 시스템에 프로그래밍해야 합니다. 재충전 압력 또한 주변 온도에 따라 달라지므로 작업자는 명판을 참조하여 현재 조건에 맞는 올바른 압력을 찾아야 합니다.

일부 최종 사용자는 보다 간단한 접근 방식을 요구하며, 경보 압력과 재충전 압력이 주변 온도와 무관하게 일정(고정)한 전략을 선호합니다. 고정-고정 전략은 시스템 재충전 압력과 경보 압력 값을 각각 하나로 설정할 수 있도록 해줍니다. 하지만 이러한 조건은 주변 온도가 최고 온도에서 최저 온도로 떨어지는 것을 계산 과정에서 보정하기 때문에, 시스템이 더 높은 압력에서 작동하게 되는 결과를 초래합니다. 일부 적용 분야에서는 고정-고정 전략을 사용할 경우, 높아진 압력을 견디기 위해 씰 설계나 다른 시스템 구성 요소의 최대 허용 작동 압력(MAWP) 등급을 변경해야 할 수도 있습니다.

일부 최종 사용자는 고정된 경보 압력과 가변적인 재충전 압력을 사용하는 하이브리드 방식을 적용할 수 있습니다. 이 방식은 작동 압력을 낮추는 동시에 경보 설정을 간소화할 수 있습니다. 적절한 경보 전략을 결정할 때는 적용 환경, 주변 온도 범위 및 최종 사용자의 요구 사항을 모두 고려해야 합니다.

배관 설계도 53B에는 이러한 문제점들을 완화하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 수정 사항이 있습니다. 태양 복사열로 인한 가열은 설계 계산 시 축열기의 최대 온도를 크게 높일 수 있습니다. 축열기를 그늘에 두거나 차양막을 설치하면 태양열 가열을 차단하고 계산상 최대 온도를 낮출 수 있습니다.

위 설명에서 '주변 온도'라는 용어는 축열기 내부 가스의 온도를 나타내는 데 사용됩니다. 주변 온도가 안정적이거나 천천히 변화하는 조건에서는 이러한 가정이 타당합니다. 하지만 낮과 밤 사이에 주변 온도 변화가 큰 경우에는 축열기를 단열 처리하여 축열기 내부의 유효 온도 변동을 완화함으로써 보다 안정적인 작동 온도를 유지할 수 있습니다.

이러한 접근 방식은 축열기에 열 추적 장치와 단열재를 사용하는 것으로 확장될 수 있습니다. 이를 적절히 적용하면 축열기는 주변 온도의 일일 또는 계절적 변화에 관계없이 일정한 온도로 작동합니다. 이는 온도 변화가 큰 지역에서 고려해야 할 가장 중요한 설계 옵션 중 하나일 것입니다. 이 접근 방식은 현장에서 널리 적용되고 있으며, 열 추적 장치를 사용할 수 없었던 지역에서도 Plan 53B를 사용할 수 있게 해주었습니다.

배관 계획 53B 사용을 고려하는 최종 사용자는 이 배관 계획이 단순히 어큐뮬레이터가 추가된 배관 계획 53A가 아니라는 점을 인지해야 합니다. 계획 53B의 시스템 설계, 시운전, 운영 및 유지보수의 거의 모든 측면이 이 배관 계획만의 고유한 특징입니다. 최종 사용자가 겪는 어려움의 대부분은 시스템에 대한 이해 부족에서 비롯됩니다. 씰 OEM 업체는 특정 적용 분야에 대한 보다 상세한 분석을 제공하고 최종 사용자가 이 시스템을 적절하게 사양을 정하고 운영하는 데 필요한 배경 지식을 제공할 수 있습니다.