Вибрация трубопроводов

Сохранить для чтения. Опубликовано Каллумом О'Рейли, старшим редактором Hydrocarbon Engineering, понедельник, 28 августа 2023 г. 14:00

Вибрация трубопроводов является основной причиной потери герметичности и простоев в нефтегазовой, нефтехимической и минеральной промышленности. Помимо безопасности окружающей среды и персонала, вибрация трубопроводов часто влияет на рентабельность, ограничивая скорость потока.

Большая часть проектирования технологических трубопроводов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях регулируется правилами соответствия термическим нормам норм ASME B31. Большинство норм проектирования содержат качественные рекомендации о важности проектирования с учетом вибрационной усталости без использования специальных методов. Следование правилам проектирования без передового опыта может привести к тому, что проектировщик сосредоточится на гибкости в ущерб восприимчивости к вибрации. В более чистых низкотемпературных системах, таких как предприятия по производству СПГ и трубопроводы, вибрация трубопроводов может быть наиболее стойким механизмом повреждения. Самое сложное заключается в том, что после обнаружения действующая совокупность API/ASME и международных стандартов несовместима с подходами к оценке вибрации трубопроводов в процессе эксплуатации. После выявления оценки обычно требуют привлечения специалистов в предметной области, поскольку традиционные методы оценки обычно консервативны.1, 2, 3, 4

На рисунке 1 показан набор часто используемых критериев отбора оценки вибрации. Все кривые были преобразованы в среднеквадратичные единицы скорости для сравнения. Современные методы оценки вибрации трубопроводов продемонстрировали ограничения:

Рисунок 1. Часто используемые критерии отбора оценки вибрации.

Испытание оборудования на вибрацию — это хорошо разработанная стратегия профилактического обслуживания, имеющая четыре уровня сертификации ANST и ISO (ISO 18436-2). Несмотря на то, что специализированные консалтинговые фирмы предлагают высококачественное обучение (включая E2G), большинство программ сертификации оборудования по вибрации не обеспечивают адекватного технического освещения этой темы. Например, слишком часто аналитики машиностроения не собирают достаточных данных для измерения серьезности и характеристики сигналов вибрации трубопроводов, особенно в случаях случайной вибрации с доминирующими частотами в диапазоне 2–10 Гц. Это лишь один пример того, почему необходимо формализованное обучение и процедурное руководство.

Стандарт API 579-1/ASME FFS-1 (API 579) представляет собой международный стандарт, состоящий из 14 частей, для оценки пригодности к эксплуатации оборудования, находящегося под давлением, подверженного различным механизмам повреждения в процессе эксплуатации.

Новейшая часть, Часть 15 – Вибрация трубопроводов, разрабатывается уже более 10 лет и направлена ​​на унификацию существующих подходов с систематическими процедурами, включая рекомендации по обеспечению качества данных о вибрации. В настоящее время метод находится в окончательной черновой форме и будет вынесен на голосование этой осенью. Предыдущие версии проекта были рассмотрены комитетом, а также внешними экспертами по вибрации в отрасли и в целом были хорошо приняты.

Чем Часть 15 отличается от нынешней Части 14? Часть 14 представляет собой общую методологию усталости и применяется для оценки термической или механической усталости, обычно наблюдаемой в режиме низкого и среднего цикла (< 107 циклов). Вибрация с частотой 1 Гц в течение одного года накапливает 1,35 x 107 циклов, а большинство проблем с вибрацией трубопроводов возникают на частотах выше 10 Гц. Ситуация усложняется тем, что существует очень мало экспериментального обоснования для любой модели усталости SN (допустимое переменное напряжение [S] по сравнению с допустимыми циклами напряжения [N]) в режиме очень многоцикловой или гигацикловой усталости (циклов > 107). Доступные данные испытаний имеют значительный статистический разброс и неопределенность, что делает прогнозирование оставшейся жизни с использованием моделей на основе SN затруднительным, а то и непрактичным без обеспечения достаточного консерватизма.