Le sigillature liquide sono un dispositivo comune nei sistemi di flare di processo, che permettono la separazione di un sistema di gas (o vapore) in sezioni a monte e a valle. Sono utilizzati per:
- Mantenere una pressione positiva nel collettore
- Prevenire il ritorno di fiamma agendo come arrestatore di fiamma
- Mantenere separati i collettori di flare in applicazioni a fasi
Utilizzando un liquido — spesso acqua o una miscela di glicole/acqua — i sigilli liquidi offrono una protezione affidabile nelle operazioni di flare.
Tuttavia, in determinate condizioni, i sigilli liquidi affrontano una sfida critica: l'asciugatura con il phon. Quando eventi di emergenza generano elevate velocità del gas, il liquido all'interno della guarnizione può diventare intrattenuto e scaricare attraverso la punta del flare. Questa asciugatura con sigillo liquido può scatenare problemi operativi e di sicurezza.
Cos'è l'asciugatrice con sigillo liquido?
Un evento di asciugatura con soffocante si verifica quando la velocità del gas è sufficientemente alta da aspirare il liquido fuori dal tamburo. Questo può causare:
- Piloti spenti o fiamme principali
- Fluido di guarnizione contaminato che precipita dal camino di torcia
- Picchi di pressione nel collettore di torcia con l'aumento della densità del fluido nel camino
La portata di gas a cui ciò avviene è chiamata velocità di asciugatura a soffiaggio, definita nelle prime fasi del processo di progettazione. Per alcune scanalature, la velocità di asciugatura è superiore alla velocità massima di sfogo, rendendo impossibile l'asciugatura per quel sistema.
Tuttavia, molte strutture hanno tassi di progettazione d'emergenza così elevati che impedire completamente l'asciugatura con il phon è impraticabile. In questi casi, gli operatori devono tenere conto delle potenziali conseguenze dell'entrainment liquido.
CFD Insights: Spikes di pressione inaspettati
John Zink ha condotto uno studio di Dinamica dei Fluidi Computazionali (CFD) per comprendere meglio la dinamica dell'asciugatura a soffocatore in un sistema di flare a bassa pressione.
L'analisi ha rivelato che durante un evento di blow-dry, la pressione statica in ingresso è salita a circa 47 psig—molto più del previsto per un sistema a bassa pressione. Sebbene questa pressione elevata sia durata solo brevemente, rappresentava comunque potenziali rischi per le attrezzature a monte e per la sicurezza complessiva delle strutture.
Questi risultati evidenziano l'importanza di valutare il comportamento delle sigilli liquidi durante eventi di soccorso d'emergenza e di considerare strategie di progettazione per mitigare i rischi di contropressione.
Un metodo semplificato per la stima della pressione
L'analisi del flusso bifase durante l'asciugatura con il blow-dry è complesso e richiede tipicamente software e competenze specializzate. Per supportare operatori e progettisti, John Zink sviluppò un metodo analitico semplificato per stimare il picco di pressione.
- Il metodo è stato calibrato utilizzando i risultati CFD.
- Fornisce uno strumento pratico di screening per stimare la potenziale contropressione.
- Consente una valutazione precoce del rischio di sistema senza modellazione su larga scala.
Avvertenza importante: questo approccio semplificato è stato convalidato contro un numero limitato di simulazioni CFD, e la sua accuratezza per altre applicazioni è sconosciuta. Dovrebbe essere visto come un metodo di screening, non come un sostituto di un'analisi dettagliata.
Soluzioni comprovate di John Zink per mitigare l'asciugatura con il phon
Se l'asciugatura con il phon è una preoccupazione, John Zink offre design di sigillature per liquidi ingegnerizzati che possono evitare o mitigare l'entrainamento del liquido e ridurre la gravità della contropressione.
1. Sigillo Liquido Orizzontale
Un recipiente autonomo che svolge le stesse funzioni protettive di una sigillatura verticale ma con una separazione del liquido migliorata. La sua orientazione orizzontale offre una capacità intrinseca di knockout, riducendo il rischio di riporti di liquidi durante eventi ad alto rilievo.
2. Sigillatura liquida a scarico rapido – Stile 1 (tubo di scarico esterno)
Questo design utilizza un tubo di scarico esterno e una linea di equalizzazione. Durante un evento di alto rilievo, si apre una valvola per deviare liquido in un serbatoio inferiore, rimuovendolo dal percorso del gas. Una volta terminato l'evento, il liquido viene ripristinato per ristabilire il sigillo.
3. Sigillatura liquida a scarico rapido – Stile 2 (tubo di scarico interno)
Qui, una camera inferiore pressurizzata funge da serbatoio. All'inizio di un evento di alto rilievo, la camera viene ventilata, permettendo al liquido di defluire dalla guarnizione. Successivamente, la ripressurizzazione con azoto o gas combustibile ripristina rapidamente la tenuta del liquido.
Entrambe le configurazioni di scarico rapido possono tipicamente svuotare la guarnizione in 10–20 secondi, riducendo il rischio di traino. Lo stile 2 offre il vantaggio aggiuntivo di una rapida ripressurizzazione, permettendo un ripristino più rapido della tenuta dopo la sfocatura di sfocamento.
L'analisi CFD di Flare più sicure tramite Better Design
ha dimostrato che il blow-dry a sigilli liquidi può produrre contropressioni molto più alte di quanto molti impianti si aspettino, fino a circa 47 psig nello studio. Sebbene brevi, questi picchi possono rappresentare rischi che gli operatori non dovrebbero ignorare.
Il metodo analitico semplificato di John Zink offre un modo pratico per selezionare potenziali rischi di asciugatura con il soffietto, anche se la sua accuratezza al di fuori dei casi studiati rimane incerta. Per le strutture dove sono preoccupanti alti tassi di sollievo d'emergenza, le soluzioni di sigillatura liquida ingegnerizzate, come i progetti orizzontali e i sistemi di scarico rapido, offrono metodi comprovati per mitigare l'innesco e ridurre l'aumento della pressione.
La collaborazione con John Zink aiuta gli operatori a ottenere un funzionamento più sicuro delle flare, una riduzione del rischio di asciugatura con il phon e una maggiore affidabilità nei loro sistemi di flare.
