Vibração da tubulação

Jul 13, 2023

Salvar na lista de leitura Publicado por Callum O'Reilly, Editor Sênior Hydrocarbon Engineering, Segunda-feira, 28 de agosto de 2023 14:00

A vibração das tubulações é uma das principais causas de perda de contenção e tempo de inatividade nos setores de petróleo e gás, petroquímico e fertilizantes. Além da segurança ambiental e pessoal, a vibração das tubulações muitas vezes impacta a lucratividade ao restringir as taxas de fluxo.

A maior parte do projeto de tubulação de processo em instalações de refino e petroquímica é regida pelas regras de conformidade térmica dos códigos ASME B31. A maioria dos códigos de projeto fornece orientação qualitativa sobre a importância de projetar contra fadiga vibratória sem métodos específicos. Seguir as regras de projeto do código sem as melhores práticas pode levar o projetista a se concentrar na flexibilidade em detrimento da suscetibilidade à vibração. Em serviços mais limpos de temperatura mais baixa, como instalações de GNL e tubulações, a vibração da tubulação pode ser o mecanismo de dano mais persistente. O mais desafiador é que, uma vez detectado, o conjunto atual de padrões API/ASME e padrões internacionais é inconsistente nas abordagens de avaliação de vibração em tubulações em serviço. Uma vez identificadas, as avaliações geralmente exigem o envolvimento de especialistas no assunto porque os métodos de avaliação tradicionais são geralmente conservadores.1, 2, 3, 4

A Figura 1 mostra uma coleção de critérios de triagem de avaliação de vibração comumente usados. Todas as curvas foram convertidas em unidades de velocidade RMS para comparação. Os métodos atuais de avaliação de vibração em tubulações demonstraram limitações:

Figura 1. Critérios de triagem de avaliação de vibração comumente usados.

O teste de vibração de máquinas é uma estratégia de manutenção preditiva bem desenvolvida com quatro níveis de certificações ANST e ISO (ISO 18436-2). Embora treinamento de alta qualidade seja oferecido por empresas de consultoria especializadas (incluindo E2G), surpreendentemente, a maioria dos programas de certificação de vibração de máquinas não oferece cobertura técnica adequada deste tópico. Por exemplo, muitas vezes os analistas de máquinas não recolhem dados suficientes para medir a severidade e caracterizar os sinais de vibração das tubagens, particularmente em casos de vibração aleatória com frequências dominantes na faixa de 2 a 10 Hz. Este é apenas um exemplo da razão pela qual é necessária formação formalizada e orientação processual.

A norma API 579-1/ASME FFS-1 (API 579) é uma norma internacional de 14 partes para a avaliação de aptidão para serviço de equipamentos contendo pressão sujeitos a vários mecanismos de danos em serviço.

A parte mais recente, Parte 15 – Vibração de tubulação, está em desenvolvimento há mais de 10 anos e visa unificar as abordagens existentes com procedimentos sistemáticos, incluindo ao mesmo tempo orientações para garantir a qualidade dos dados de vibração. Atualmente, o método está em sua versão final e será submetido para votação neste outono. Versões anteriores do projeto foram revisadas pelo comitê, bem como por especialistas externos em vibração do setor, e geralmente bem recebidas.

Como a Parte 15 se compara à Parte 14 atual? A Parte 14 é a metodologia geral de fadiga e se aplica à avaliação de fadiga térmica ou mecânica, normalmente observada no regime de ciclo baixo a médio (<107 ciclos). Uma vibração de 1 Hz durante um ano acumulará 1,35 x 107 ciclos, e a maioria dos problemas de vibração nas tubulações tem frequências superiores a 10 Hz. Para complicar isso, existe muito pouca justificativa experimental para qualquer modelo de fadiga SN (tensão alternada permitida [S] vs ciclos de tensão permitidos [N]) no regime de fadiga de ciclo muito alto ou gigaciclo (ciclos> 107). Os dados de teste disponíveis apresentam dispersão estatística e incerteza substanciais, tornando as previsões de vida restante usando modelos baseados em SN difíceis, se não impraticáveis, sem fornecer conservadorismo suficiente.