Vibrazioni delle tubazioni

Jul 13, 2023

Salva nell'elenco di lettura Pubblicato da Callum O'Reilly, Senior Editor Hydrocarbon Engineering, lunedì 28 agosto 2023 14:00

Le vibrazioni delle tubazioni sono una delle principali cause di perdita di contenimento e tempi di inattività nei settori del petrolio e del gas, petrolchimico e dei fertilizzanti. Oltre alla sicurezza ambientale e del personale, le vibrazioni delle tubazioni spesso influiscono sulla redditività limitando le portate.

La maggior parte della progettazione delle tubazioni di processo negli impianti di raffinazione e petrolchimici è regolata dalle norme di conformità termica dei codici ASME B31. La maggior parte dei codici di progettazione fornisce indicazioni qualitative sull’importanza della progettazione contro la fatica da vibrazioni senza metodi specifici. Seguire le regole di progettazione del codice senza le migliori pratiche può portare il progettista a concentrarsi sulla flessibilità a scapito della suscettibilità alle vibrazioni. Nei servizi più puliti a temperature più basse, come gli impianti GNL e i gasdotti, le vibrazioni delle tubazioni possono rappresentare il meccanismo di danno più persistente. La sfida più impegnativa è che, una volta rilevato, l’attuale corpo di API/ASME e gli standard internazionali sono incoerenti negli approcci di valutazione delle vibrazioni delle tubazioni in servizio. Una volta identificate, le valutazioni richiedono solitamente il coinvolgimento di esperti in materia perché i metodi di valutazione tradizionali sono solitamente conservativi.1, 2, 3, 4

La Figura 1 mostra una raccolta di criteri di screening per la valutazione delle vibrazioni comunemente utilizzati. Tutte le curve sono state convertite in unità di velocità RMS per il confronto. Gli attuali metodi di valutazione delle vibrazioni delle tubazioni hanno dimostrato dei limiti:

Figura 1. Criteri di screening per la valutazione delle vibrazioni comunemente utilizzati.

Il test delle vibrazioni dei macchinari è una strategia di manutenzione predittiva ben sviluppata con quattro livelli di certificazioni ANST e ISO (ISO 18436-2). Sebbene la formazione di alta qualità sia offerta da società di consulenza specializzate (E2G inclusa), sorprendentemente, la maggior parte dei programmi di certificazione delle vibrazioni dei macchinari non fornisce un'adeguata copertura tecnica di questo argomento. Ad esempio, troppo spesso gli analisti dei macchinari non raccolgono dati sufficienti per misurare la gravità e caratterizzare i segnali di vibrazione delle tubazioni, in particolare nei casi di vibrazioni casuali con frequenze dominanti nell'intervallo 2 - 10 Hz. Questo è solo un esempio del motivo per cui sono necessarie una formazione formalizzata e una guida procedurale.

Lo standard API 579-1/ASME FFS-1 (API 579) è uno standard internazionale in 14 parti per la valutazione dell'idoneità al servizio delle apparecchiature contenenti pressione soggette a vari meccanismi di danno in servizio.

La parte più recente, Parte 15 – Vibrazioni delle tubazioni, è in fase di sviluppo da oltre 10 anni e mira a unificare gli approcci esistenti con procedure sistematiche, includendo al contempo una guida per garantire la qualità dei dati sulle vibrazioni. Attualmente, il metodo è nella sua bozza finale e sarà sottoposto al voto questo autunno. Le versioni precedenti della bozza sono state esaminate dal comitato, nonché da esperti esterni di vibrazioni nel settore, e generalmente sono state ben accolte.

Come si confronta la Parte 15 con l'attuale Parte 14? La Parte 14 è la metodologia generale della fatica e si applica alla valutazione della fatica termica o meccanica, tipicamente osservata nel regime di cicli medio-bassi (< 107 cicli). Una vibrazione di 1 Hz per un anno accumulerà 1,35 x 107 cicli e la maggior parte dei problemi di vibrazione delle tubazioni presenta frequenze superiori a 10 Hz. Per complicare questo, esiste pochissima giustificazione sperimentale per qualsiasi modello di fatica SN (stress alternato consentito [S] vs cicli di stress consentiti [N]) nel regime di fatica ad altissimo ciclo o giga-ciclo (cicli > 107). I dati dei test disponibili presentano una sostanziale dispersione statistica e incertezza, rendendo le previsioni sulla vita rimanente utilizzando modelli basati su SN difficili se non impraticabili senza fornire un sufficiente conservatorismo.