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VibraTec präsentiert aktuellen Forschungsstand zu Rohrschwingungen - 20/06/2017
Particle Image Velocimetry zur Untersuchung von strömungsinduzierten Vibrationen
Schwingungen können zur Rissbildung von Rohrleitungen und vorzeitiger Beschädigung der verbundenen Komponenten führen (Anschlüsse, Thermoelemente , …). Dies bedeutet aufwändige Wartung, Verluste oder Produktionsunterbrechung. Erkennen und Verhindern dieser Risiken benötigt ein physikalisches Verständnis der beteiligten Phänomene. VibraTec hat Weltklasse-Know-How und hilft dabei, Ihre Vibrationsprobleme von Rohrleitungen zu lösen.
Risikoanalyse Diagnose Schulung
Ermüdungsbruch der Rohrleitungen wegen Schwingungen sind von zentraler Bedeutung; Energy Institute empfiehlt eine vereinfachte Methode zur Bewertung und Vermeidung dieser Risiken. VibraTec bietet seine Fachkompetenz für eine tiefgreifende Bewertung. VibraTec kann sämtliche Erregungsmechanismen der Rohrleitungen betrachten :
- Durch die Strömung verursachte Vibration (FIV oder FIT)
- Schallschwingungen (AIV)
- Durch die Strömung verursachte zyklische Erregungen (FIP oder VIV)
- Pulsatile Erregungen (Pumpen, Kompressoren,…)
- Mechanische Anregung
- Kavitations– und/oder Verdämpfungsphänomene
- Druckstösse / plötzliche Veränderung des Durchflusses
Entwicklungs-unterstutzung
Als unhabhängiger Dritter kann VibraTec Folgendes bringen:
- Know-how am Anfang des Design-Prozess: VibraTec leitet Expertisen-Meetings, um die verfügbaren Daten und Zeichnungen zu analysieren und Empfehlungen für die Struktur- und Ausrüstungskonstruktion zu geben.
- Fachkenntnis in Lärm– und Schwingungsstudien (in Zusammenarbeit mit den grossen Ölgesellschaften): die Ausgabe von an den Kontext angepassten Spezifikationen und die Planung der Studien sind von höchster Wichtigkeit für den Erfolg eines jeden Projektes.
- Eine Schnittstelle zwischen Engineering, OEM und dem Ausrüstungslieferanten: eine optimale Kommunikation ist wesentlich für eine richtige Beherrschung von Lärm und Schwingungen.
Know-How
Diese Studien bewerten die Risiken von Ermüdungsbrüchen von Rohrleitungen durch akustische Anregungen. Die akustische Anregung wird durch Geräte wie Ventile oder, Druckminderer erzeugt und breitet sich in der nachgeschalteten Rohrleitung aus. Diese hochfrequenten Phänomene können mit den Ovalisierungsmoden der Rohrleitung zusammenfallen und erzeugen erhebliche Spannung an den Diskontinuitäten der Linie (Anschlüsse, Verbindungen, …).
Schallschwingungen (AIV)
Akustische Resonanzen können in Blindarmen der Rohrleitungen durch Flüssigkeitsströmung angeregt werden. (FIP). Strömung um Singularitäten versursacht Wirbelbildung für spezifische Frequenzen. Im Fall von in der Strömung eingesetzten Sensoren (Temperaturmesssonden zum Beispiel) darf die Wirbelfrequenz keiner Eigenfrequenz des Sensors entsprechen (VIV). Spezielle Methoden vermeiden das Ermüdungsbruchrisiko für diese zwei Phänomene.
Durch die Strömung verursachte zyklische Erregungen (FIP und/oder VIV)
Je nach Betriebsbedingung kann die Flüssigkeitsströmung in den Rohrleitungen Turbulenzen verursachen. Diese Turbulenzen erzeugen deutliche Schwingungsniveaus in den tiefen Frequenzen und führen zur vorzeitiger Beschädigung der Rohrleitungen und anhängenden Armaturen (Anschlüsse…). Es ist von grösster Bedeutung, kritische Rohrleitungen in allen Leitungen der Anlage aufzufinden. Eine FIV Studie wird in 4 Schritten je nach Kritikalität durchgeführt:
Durch die Strömung verursachte Vibration (FIV und/oder FIT)
Gewisse Komponenten wie Kolbenmaschinen (Kompressoren, Pumpen,…) erzeugen Pulswellen, die sich im Rohrleitungsnetz ausbreiten. Akustische oder mechanische Resonanz kann diese Pulsationen verstärkten und die Struktur übermässig belasten. VibraTec führt FE- und Pulssimulationen (nach API 618 und API 674) zur Prognose und Optimierung dieser Schwingungsniveaus durch.
Mechanische Pulsanregungen (Pumpen, Kompressoren, …)
Durchführung der Inspektionskampagnen der Rohrleitungen in drei Schritten : In der Vorbereitungsphase werden die Rohrleitungen gewählt, die Schwingungen ausgesetzt sind. Diese Wahl basiert auf einfachen Daten :
- Flüssigkeitseigenschaften (Durchfluss, Druck…), Rohreigenschaften (Durchmesser, Dicke),
- Kritikalität der mit diesen Rohrleitungen verbundenen Ausrüstung (Kolbenmaschinene, Zentrifugalmaschinen,…)
Bereits identifizierte Schwingungsprobleme
Vor-Ort-Gutachten 1/3
Visuelle Inspektion wird meistens auf kleinen, für Ermüdungsbruch empfänglichen Anschlüssen durchgeführt. Die Trägereinheit der Hauptleitungen wird auch geprüft. Diese Analyse läuft nach der Richtlinie des Energy Institutes “Guideline for the avoidance of vibration induced fatigue failure in process pipework”. Wo eine kritische Lagerung oder Anschluss erkannt wird, messen wir die Schwingungsniveaus.
Vor-Ort-Gutachten 2/3
Die Schwingungspegel der Hauptrohrleitungen und Anschlüsse werden gemessen und mit üblichen Grenzwerten (Empfehlungen des Energy Institutes) verglichen. Messungsauswertung ermittelt die Ursachen der Schwingungen. Korrektivmassnahmen warden vor Ort ermittelt, wenn sie keine Rechnungsvalidierung benötigen. Typische Empfehlungen vor Ort:
- Hinzufügen von Trägereinheiten
- Änderung der vorhandenen Trägereinheiten
- Wirksamkeit der Pulsationsdämpfer
- Konstruktionsverbesserung
Für besonders kritische Elemente kann eine vertiefte Diagnose durchgeführt werden (Modalanalyse, dynamische Druckmessung,…).
Vor-Ort-Gutachten 3/3
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