씰 선택 고려 사항 – 고압 이중 기계적 씰 설치

배열 3 기계적 씰은이중 씰씰 사이의 배리어 유체 캐비티가 씰 챔버 압력보다 높은 압력으로 유지되는 곳입니다. 시간이 지남에 따라 업계는 이러한 씰에 필요한 고압 환경을 조성하기 위한 여러 가지 전략을 개발해 왔습니다. 이러한 전략은 기계적 씰의 배관 계획에 반영되어 있습니다. 이러한 계획 중 다수는 유사한 기능을 수행하지만, 각 계획의 작동 특성은 매우 다를 수 있으며 밀봉 시스템의 모든 측면에 영향을 미칩니다.

API 682에 정의된 배관 계획 53B는 질소가 충전된 블래더 어큐뮬레이터를 사용하여 배리어 유체를 가압하는 배관 계획입니다. 가압된 블래더는 배리어 유체에 직접 작용하여 전체 밀봉 시스템에 가압력을 가합니다. 블래더는 가압 가스와 배리어 유체 사이의 직접적인 접촉을 방지하여 가스가 유체로 흡수되는 것을 방지합니다. 따라서 배관 계획 53B는 배관 계획 53A보다 고압 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 또한, 어큐뮬레이터의 자체 내장형 특성으로 인해 지속적인 질소 공급이 필요 없으므로 원격 설치에 이상적입니다.

그러나 블래더 어큐뮬레이터의 장점은 시스템의 일부 작동 특성으로 인해 상쇄됩니다. 배관 도면 53B의 압력은 블래더 내 가스의 압력에 의해 직접 결정됩니다. 이 압력은 여러 변수로 인해 크게 변할 수 있습니다.

어큐뮬레이터의 블래더는 시스템에 배리어 유체를 주입하기 전에 미리 충전되어야 합니다. 이는 향후 시스템 작동에 대한 모든 계산 및 해석의 기반이 됩니다. 실제 사전 충전 압력은 시스템 작동 압력과 어큐뮬레이터 내 배리어 유체의 안전 용량에 따라 달라집니다. 사전 충전 압력은 블래더 내 가스 온도에도 따라 달라집니다. 참고: 사전 충전 압력은 시스템 초기 시운전 시에만 설정되며 실제 작동 중에는 조정되지 않습니다.

블래더 내 가스 압력은 가스 온도에 따라 달라집니다. 대부분의 경우 가스 온도는 설치 장소의 주변 온도에 따라 달라집니다. 일교차가 크고 계절에 따른 기온 변화가 큰 지역에서는 시스템 압력 변동이 클 수 있습니다.

장벽액 소모량작동 중 메카니컬 씰은 정상적인 씰 누출을 통해 배리어 유체를 소모합니다. 이 배리어 유체는 어큐뮬레이터 내부의 유체에 의해 보충되며, 이로 인해 블래더 내부의 가스가 팽창하고 시스템 압력이 감소합니다. 이러한 변화는 어큐뮬레이터 크기, 씰 누출률, 그리고 시스템의 권장 유지보수 주기(예: 28일)에 따라 달라집니다.

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

Plan 53B 시스템에 대한 최초의 널리 발표된 엔지니어링 계산 자료는 API 682 제4판에 수록되었습니다. 부록 F는 이 배관 계획의 압력과 체적을 결정하는 방법에 대한 단계별 지침을 제공합니다. API 682의 가장 유용한 요건 중 하나는 블래더 어큐뮬레이터에 대한 표준 명판(API 682 제4판, 표 10)을 작성하는 것입니다. 이 명판에는 적용 현장의 주변 온도 범위에 대한 시스템의 사전 충전, 재충전 및 알람 압력을 나타낸 표가 포함되어 있습니다. 참고: 표준의 표는 단지 ​​예시일 뿐이며, 실제 값은 특정 현장 적용에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

그림 2의 기본 가정 중 하나는 배관 계획 53B가 초기 예비 충전 압력을 변경하지 않고 지속적으로 작동할 것으로 예상된다는 것입니다. 또한, 시스템이 단기간 동안 전체 주변 온도 범위에 노출될 수 있다는 가정도 있습니다. 이러한 가정은 시스템 설계에 중요한 영향을 미치며, 시스템이 다른 이중 밀봉 배관 계획보다 높은 압력에서 작동해야 함을 의미합니다.

그림 2를 참조하여, 예시 애플리케이션은 주변 온도가 -17°C(1°F)에서 70°C(158°F) 사이인 위치에 설치되었습니다. 이 범위의 상한값은 비현실적으로 높지만, 직사광선에 노출된 축전지의 태양열 가열 효과도 포함됩니다. 표의 행은 최고값과 최저값 사이의 온도 간격을 나타냅니다.

최종 사용자가 시스템을 작동할 때, 현재 주변 온도에서 리필 압력에 도달할 때까지 배리어 유체 압력을 추가합니다. 경보 압력은 최종 사용자가 추가 배리어 유체를 추가해야 함을 나타내는 압력입니다. 25°C(77°F)에서 작업자는 어큐뮬레이터를 30.3bar(440PSIG)로 사전 충전하고, 경보를 30.7bar(445PSIG)로 설정한 후, 압력이 37.9bar(550PSIG)에 도달할 때까지 배리어 유체를 추가합니다. 주변 온도가 0°C(32°F)로 떨어지면 경보 압력은 28.1bar(408PSIG)로 떨어지고 리필 압력은 34.7bar(504PSIG)로 떨어집니다.

이 시나리오에서는 알람 압력과 리필 압력이 모두 주변 온도에 따라 변하거나 플로팅(floating)합니다. 이러한 접근 방식은 종종 플로팅-플로팅 전략이라고 합니다. 알람 압력과 리필 압력 모두 "플로팅"합니다. 이로 인해 밀봉 시스템의 작동 압력이 가장 낮아집니다. 그러나 이는 최종 사용자에게 두 가지 구체적인 요구 사항을 제시합니다. 바로 정확한 알람 압력과 리필 압력을 결정하는 것입니다. 시스템의 알람 압력은 온도의 함수이며, 이 관계는 최종 사용자의 DCS 시스템에 프로그래밍되어야 합니다. 리필 압력은 주변 온도에도 영향을 받으므로, 작업자는 명판을 참조하여 현재 조건에 맞는 정확한 압력을 찾아야 합니다.

일부 최종 사용자는 더 간단한 접근 방식을 요구하며, 경보 압력과 재충전 압력이 모두 일정(또는 고정)하고 주변 온도에 영향을 받지 않는 전략을 원합니다. 고정-고정 전략은 최종 사용자에게 시스템 재충전을 위한 단일 압력과 시스템 경보를 위한 유일한 값을 제공합니다. 하지만 이 조건은 주변 온도가 최대 온도에서 최소 온도로 떨어지는 것을 보상하기 위해 계산이 이루어지기 때문에 온도가 최대값에 도달했다고 가정해야 합니다. 이로 인해 시스템이 더 높은 압력에서 작동하게 됩니다. 일부 적용 분야에서는 고정-고정 전략을 사용할 경우, 상승된 압력을 처리하기 위해 다른 시스템 구성 요소의 씰 설계 또는 MAWP 등급이 변경될 수 있습니다.

다른 최종 사용자는 고정 알람 압력과 유동 리필 압력을 사용하는 하이브리드 방식을 적용할 수 있습니다. 이를 통해 작동 압력을 낮추는 동시에 알람 설정을 간소화할 수 있습니다. 적절한 알람 전략은 적용 조건, 주변 온도 범위 및 최종 사용자의 요구 사항을 고려하여 결정해야 합니다.

배관 계획 53B의 설계에는 이러한 문제 중 일부를 완화하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 수정 사항이 있습니다. 태양 복사열로 인한 열은 설계 계산 시 축열기의 최대 온도를 크게 높일 수 있습니다. 축열기를 그늘에 두거나 차광막을 설치하면 태양열을 제거하고 계산 시 최대 온도를 낮출 수 있습니다.

위 설명에서 "주변 온도"라는 용어는 블래더 내 가스의 온도를 나타내는 데 사용되었습니다. 정상 상태 또는 주변 온도가 느리게 변하는 조건에서는 이는 합리적인 가정입니다. 낮과 밤의 주변 온도 변화가 큰 경우, 어큐뮬레이터를 단열하면 블래더의 유효 온도 변화를 완화하여 더 안정적인 작동 온도를 얻을 수 있습니다.

이 접근법은 축열기에 열 추적 및 단열을 적용하는 데까지 확장될 수 있습니다. 이 접근법이 제대로 적용되면 축열기는 주변 온도의 일일 또는 계절적 변화에 관계없이 특정 온도에서 작동합니다. 이는 온도 변화가 큰 지역에서 고려해야 할 가장 중요한 단일 설계 옵션일 것입니다. 이 접근법은 현장에 대규모 설치 기반을 갖추고 있으며, 열 추적으로는 불가능했을 위치에서도 Plan 53B를 사용할 수 있게 해 주었습니다.

배관 계획 53B 사용을 고려 중인 최종 사용자는 이 배관 계획이 단순히 어큐뮬레이터가 포함된 배관 계획 53A가 아니라는 점을 알아야 합니다. 배관 계획 53B의 시스템 설계, 시운전, 운영 및 유지보수의 거의 모든 측면이 이 배관 계획에 고유하게 적용됩니다. 최종 사용자가 경험하는 대부분의 좌절은 시스템에 대한 이해 부족에서 비롯됩니다. 씰 OEM은 특정 용도에 대한 더욱 상세한 분석을 준비하고 최종 사용자가 이 시스템을 올바르게 설계하고 운영할 수 있도록 필요한 배경 지식을 제공할 수 있습니다.