Considérations relatives à la sélection des joints – Installation de joints mécaniques doubles haute pression

Les garnitures mécaniques de la disposition 3 sontdoubles jointsoù la cavité de fluide de barrière entre les joints est maintenue à une pression supérieure à la pression de la chambre du joint. Au fil du temps, l’industrie a développé plusieurs stratégies pour créer l’environnement haute pression nécessaire à ces joints. Ces stratégies sont capturées dans les plans de tuyauterie de la garniture mécanique. Bien que bon nombre de ces plans remplissent des fonctions similaires, les caractéristiques de fonctionnement de chacun peuvent être très différentes et auront un impact sur tous les aspects du système d'étanchéité.

Le plan de tuyauterie 53B, tel que défini par l'API 682, est un plan de tuyauterie qui met sous pression le fluide de barrière avec un accumulateur à vessie chargé d'azote. La vessie sous pression agit directement sur le fluide barrière, mettant sous pression l’ensemble du système d’étanchéité. La vessie empêche le contact direct entre le gaz de pressurisation et le fluide barrière, éliminant ainsi l'absorption du gaz dans le fluide. Cela permet au plan de tuyauterie 53B d'être utilisé dans des applications à pression plus élevée que le plan de tuyauterie 53A. La nature autonome de l'accumulateur élimine également le besoin d'un approvisionnement constant en azote, ce qui rend le système idéal pour les installations distantes.

Les avantages de l'accumulateur à vessie sont toutefois contrebalancés par certaines caractéristiques de fonctionnement du système. La pression d'un plan de tuyauterie 53B est déterminée directement par la pression du gaz dans la vessie. Cette pression peut changer radicalement en raison de plusieurs variables.

La vessie de l'accumulateur doit être préchargée avant que le liquide de barrière soit ajouté dans le système. Cela crée la base de tous les calculs et interprétations futurs du fonctionnement des systèmes. La pression de prégonflage réelle dépend de la pression de service du système et du volume de sécurité de liquide de barrage dans les accumulateurs. La pression de précharge dépend également de la température du gaz dans la vessie. Remarque : la pression de prégonflage est réglée uniquement lors de la mise en service initiale du système et ne sera pas ajustée pendant le fonctionnement réel.

La pression du gaz dans la vessie varie en fonction de la température du gaz. Dans la plupart des cas, la température du gaz suivra la température ambiante sur le site d'installation. Les applications dans les régions où il y a d’importants changements de températures quotidiens et saisonniers connaîtront d’importantes variations de la pression du système.

Consommation de fluide de barrièrePendant le fonctionnement, les garnitures mécaniques consomment du liquide de barrière en raison des fuites normales des joints. Ce fluide barrière est reconstitué par le fluide présent dans l'accumulateur, ce qui entraîne une expansion du gaz dans la vessie et une diminution de la pression du système. Ces changements dépendent de la taille de l'accumulateur, des taux de fuite des joints et de l'intervalle de maintenance souhaité pour le système (par exemple, 28 jours).

La modification de la pression du système constitue le principal moyen permettant à l'utilisateur final de suivre les performances des joints. La pression est également utilisée pour créer des alarmes de maintenance et détecter les défaillances des joints. Cependant, les pressions changeront continuellement pendant le fonctionnement du système. Comment l'utilisateur doit-il régler les pressions dans le système Plan 53B ? Quand est-il nécessaire d’ajouter du liquide barrière ? Quelle quantité de liquide faut-il ajouter ?

Le premier ensemble de calculs techniques largement publiés pour les systèmes Plan 53B est apparu dans l'API 682, quatrième édition. L'Annexe F fournit des instructions étape par étape sur la façon de déterminer les pressions et les volumes pour ce plan de tuyauterie. L'une des exigences les plus utiles de l'API 682 est la création d'une plaque signalétique standard pour les accumulateurs à vessie (API 682, quatrième édition, tableau 10). Cette plaque signalétique contient un tableau qui capture les pressions de précharge, de remplissage et d'alarme du système sur la plage de conditions de température ambiante sur le site d'application. Remarque : le tableau de la norme n'est qu'un exemple et les valeurs réelles changeront considérablement lorsqu'elles seront appliquées à une application sur le terrain spécifique.

L'une des hypothèses de base de la figure 2 est que le plan de tuyauterie 53B devrait fonctionner en continu et sans modifier la pression de précharge initiale. On suppose également que le système peut être exposé à toute une plage de températures ambiantes sur une courte période de temps. Celles-ci ont des implications significatives dans la conception du système et nécessitent que le système fonctionne à une pression supérieure à celle des autres plans de tuyauterie à double joint.

En utilisant la figure 2 comme référence, l'exemple d'application est installé dans un endroit où la température ambiante est comprise entre -17°C (1°F) et 70°C (158°F). La limite supérieure de cette fourchette semble irréaliste, mais elle inclut également les effets du chauffage solaire d’un accumulateur exposé à la lumière directe du soleil. Les lignes du tableau représentent les intervalles de température entre les valeurs les plus élevées et les plus basses.

Lorsque l'utilisateur final fait fonctionner le système, il ajoute une pression de fluide de barrière jusqu'à ce que la pression de remplissage soit atteinte à la température ambiante actuelle. La pression d'alarme est la pression qui indique que l'utilisateur final doit ajouter du liquide de barrière supplémentaire. À 25°C (77°F), l'opérateur préchargerait l'accumulateur à 30,3 bars (440 PSIG), l'alarme serait réglée sur 30,7 bars (445 PSIG) et l'opérateur ajouterait du liquide de barrière jusqu'à ce que la pression atteigne 37,9 bars (550 PSIG). Si la température ambiante descend à 0°C (32°F), alors la pression d'alarme chutera à 28,1 bar (408 PSIG) et la pression de remplissage à 34,7 bar (504 PSIG).

Dans ce scénario, les pressions d'alarme et de remplissage changent toutes deux, ou flottent, en réponse aux températures ambiantes. Cette approche est souvent appelée stratégie flottante-flottante. L’alarme et la recharge « flottent ». Il en résulte les pressions de fonctionnement les plus basses pour le système d'étanchéité. Cependant, cela impose deux exigences spécifiques à l'utilisateur final : déterminer la pression d'alarme et la pression de remplissage correctes. La pression d'alarme du système est fonction de la température et cette relation doit être programmée dans le système DCS de l'utilisateur final. La pression de remplissage dépendra également de la température ambiante, l'opérateur devra donc se référer à la plaque signalétique pour trouver la pression correcte pour les conditions actuelles.

Certains utilisateurs finaux exigent une approche plus simple et souhaitent une stratégie dans laquelle la pression d'alarme et les pressions de remplissage sont constantes (ou fixes) et indépendantes des températures ambiantes. La stratégie fixe-fixe fournit à l'utilisateur final une seule pression pour remplir le système et une seule valeur pour alerter le système. Malheureusement, cette condition doit supposer que la température est à la valeur maximale, puisque les calculs compensent la baisse de la température ambiante du maximum à la température minimale. Cela fait que le système fonctionne à des pressions plus élevées. Dans certaines applications, l'utilisation d'une stratégie fixe-fixe peut entraîner des modifications dans la conception du joint ou dans les valeurs MAWP d'autres composants du système afin de gérer les pressions élevées.

D'autres utilisateurs finaux appliqueront une approche hybride avec une pression d'alarme fixe et une pression de remplissage flottante. Cela peut réduire la pression de fonctionnement tout en simplifiant les paramètres d'alarme. La décision concernant la stratégie d'alarme appropriée ne doit être prise qu'après avoir pris en compte les conditions d'application, la plage de température ambiante et les exigences de l'utilisateur final.

Certaines modifications ont été apportées à la conception du plan de tuyauterie 53B qui peuvent aider à atténuer certains de ces défis. Le chauffage dû au rayonnement solaire peut augmenter considérablement la température maximale de l'accumulateur pour les calculs de conception. Placer l'accumulateur à l'ombre ou construire un pare-soleil pour l'accumulateur peut éliminer le chauffage solaire et réduire la température maximale dans les calculs.

Dans les descriptions ci-dessus, le terme température ambiante est utilisé pour représenter la température du gaz dans la vessie. Dans des conditions de température ambiante stables ou changeant lentement, il s’agit d’une hypothèse raisonnable. S'il y a de grandes variations de température ambiante entre le jour et la nuit, l'isolation de l'accumulateur peut modérer les variations de température effectives de la vessie, ce qui entraîne des températures de fonctionnement plus stables.

Cette approche peut être étendue à l’utilisation du traçage thermique et de l’isolation de l’accumulateur. Lorsque cela est correctement appliqué, l'accumulateur fonctionnera à une température quels que soient les changements quotidiens ou saisonniers de la température ambiante. Il s’agit peut-être de l’option de conception unique la plus importante à considérer dans les zones présentant de grandes variations de température. Cette approche dispose d'une large base installée sur le terrain et a permis d'utiliser le Plan 53B dans des endroits qui n'auraient pas été possibles avec le traçage thermique.

Les utilisateurs finaux qui envisagent d'utiliser un plan de tuyauterie 53B doivent savoir que ce plan de tuyauterie n'est pas simplement un plan de tuyauterie 53A avec un accumulateur. Pratiquement tous les aspects de la conception, de la mise en service, de l'exploitation et de la maintenance du système d'un Plan 53B sont uniques à ce plan de tuyauterie. La plupart des frustrations rencontrées par les utilisateurs finaux proviennent d’un manque de compréhension du système. Les fabricants de joints peuvent préparer une analyse plus détaillée pour une application spécifique et peuvent fournir les informations nécessaires pour aider l'utilisateur final à spécifier et à utiliser correctement ce système.