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Amortecedores Viscosos para reduzir as vibrações nos Sistemas de Tubulação de Instalações Petroquímicas
A GERB foi abordada por uma empresa petroquímica da região do Oriente Médio para ajudar a mitigar os problemas de vibração de uma das suas fábricas de aminas
No total, 4 unidades precisavam de intervenção, pois o nível de vibração excedia os limites permitidos (ver Figura 1). O estudo do processo interno do cliente revelou que existe um escoamento em ondas (o chamado “slug flow”) na tubulação que induz forças internas que não podem ser eliminadas. Considerando as limitações como tubulação de grande diâmetro (36″), longos percursos verticais e o fato de a maioria dos suportes estarem ligados a um recipiente de pressão, não é viável modificar o direcionamento da tubulação ou os suportes existentes. Os amortecedores de tubulação da GERB são uma boa solução para estes problemas devido às suas excelentes características de instalação e, em geral, à sua forte capacidade de redução das vibrações. O objetivo era reduzir o nível de classificação de “Preocupação” para “Aceitável” nos locais 6 e 7 na primeira unidade de instalação (pontos semelhantes mas ligeiramente diferentes nas outras unidades).
Criação e Simulação de Modelos
O cliente forneceu dados do modelo CEASAR II que foram importados para o Rohr2. Consulte a Figura 2 para ver uma descrição geral do sistema de tubulação e a Figura 3 para uma ideia da instalação com os amortecedores.
Para compreender melhor o impacto, foram verificadas diferentes configurações de amortecedores, p. ex., dois ou quatro amortecedores por secção da tubulação. A Figura 3 mostra o sistema com dois amortecedores instalados.
Consulte [1] para uma explicação detalhada sobre a modelação de amortecedores viscosos ou [2] para uma explicação mais específica sobre como utilizar isto em aplicações de tubulação.
Resultados da Simulação
Foram comparadas as seguintes configurações:
- Sem amortecedores
- Com dois amortecedores
- Com quatro amortecedores (dois amortecedores em cada local em tandem)
É visível que se pode conseguir uma redução substancial da vibração no Nó 1010 e no Nó 1050, que estão próximos dos locais de instalação do amortecedor. No Nó 1060, que está mais longe do local de instalação do amortecedor, o efeito de redução é reduzido.
Seleção dos Amortecedores
O número de amortecedores foi selecionado para se alcançar a melhor quantidade possível de redução de amortecimento, de acordo com as condições locais de instalação e capacidades de apoio:
- As forças máximas nos suportes não devem exceder 5 kN
- Os pontos de instalação de apoio adequados foram limitados
Foi decidido instalar um total de 4 amortecedores de tamanho médio nesta unidade de instalação. O tamanho dos amortecedores foi selecionado para reduzir as exigências de resistência e rigidez necessárias dos suportes locais. Foi também decidido instalar os amortecedores em “tandem” para reduzir a quantidade possível de binário nos suportes e na própria tubulação. A Figura 7 mostra uma imagem de um esquema de instalação deste tipo.
Projeto com abraçadeira de atrito
O cliente pediu à GERB que também fornecesse o complicado desenho e a fabricação da abraçadeira de atrito para esta disposição em tandem. Na fase de projeto tiveram de ser considerados tópicos como capacidade de atrito, expansão térmica e proteção contra a corrosão devido à tubulação de aço inoxidável e abraçadeiras de aço-carbono. Abaixo está uma lista abreviada dos requisitos:
- Tubo de aço inoxidável de 30 pol.
- Abraçadeira de aço-carbono em tandem
- Fluido de temperatura de funcionamento 107 ºC
- Temperatura ambiente de +5 ºC … +55 ºC
- Todas as forças dos amortecedores têm de ser transferidas através das forças de atrito da abraçadeira
- Todos os componentes devem estar em conformidade com os requisitos de resistência necessários das normas e códigos aplicáveis
- Possibilidades úteis de instalação a níveis superiores da fábrica
Para evitar a corrosão por contato, foi concebido uma proteção de aço inoxidável para ser colocado entre a braçadeira e o tubo. A abraçadeira em si é de aço S355. Além disso, o projeto permite cumprir os requisitos acima listados e não é caro nem difícil de instalar.
Fabricação
Toda o fabricação dos amortecedores e das abraçadeiras foi realizado na sede da GERB em Berlim, Alemanha. A monitorização da qualidade e a documentação da produção foram realizadas utilizando normas válidas e um Plano de Garantia de Qualidade (PGQ) detalhado acordado com o cliente (ver Figura 8). A fabricação foi feita a tempo e as peças entregues ao cliente.
Instalação e Supervisão
O processo de instalação foi feito em cooperação com o cliente final. O cliente forneceu uma grua, bem como pessoal para realizar a instalação. O processo de instalação em si foi supervisionado no local por um engenheiro experiente da GERB. Foi fornecido um manual de qualidade com explicações detalhadas sobre todas as etapas de instalação necessárias.
As Figuras 9 e 10 mostram uma página deste manual de instalação para dar uma ideia. [3] é uma referência ao manual de instalação standard da GERB para amortecedores. Cada instalação de abraçadeira recebe um manual específico criado precisamente para esse esquema de instalação.
Medições de Confirmação
A tabela 2 mostra os resultados da situação nas 4 unidades diferentes antes da instalação dos amortecedores e com os amortecedores instalados. À exceção do sistema 2 – que não teve preocupações desde o início – todos os sistemas podiam sofrer uma redução de níveis de “Preocupação” para níveis “Aceitáveis”. A redução média situou-se entre aproximadamente 60% e 80% com uma média global de 68% (para os sistemas 1, 3 e 4). Isto é cerca de 20% mais do que a simulação tinha previsto, com uma redução média de cerca de 45%.
É um elevado valor médio de redução que indica que o planejamento, seleção, fabricação e instalação dos amortecedores foi efetuado de forma correta.
Conclusão
Este estudo de caso mostra que a utilização de amortecedores viscosos de tubulações pode ser muito eficiente para reduzir as vibrações operacionais em sistemas de tubulações com slug flow e fenômenos semelhantes. A instalação descrita é muito economica e pode ser executada com toda a planta em funcionamento. Isto reduz o tempo de parada da planta, bem como os custos adicionais devidos a cortes de energia.
A redução média de cerca de 68% é superior à simulação calculada e indica algum conservadorismo na abordagem da modelagem. Ao mesmo tempo, mostra que o planejamento dos preparativos dos pontos de apoio e da instalação geral foi realizado de forma profissional, o que é necessário para se obter o melhor desempenho possível do amortecedor. Todos os parâmetros relacionados com o projeto foram considerados no dimensionamento do amortecedor e dos componentes de ligação. Isto sublinha que a simulação e utilização de amortecedores de tubulação é uma ferramenta viável e economica na atenuação das vibrações em plantas petroquímicas.
REFERÊNCIAS
[1] Descrição das características dependentes da frequência de amortecedores viscosos
Barutzki, GERB, Dezembro 2006, pdf
[2] Melhorando a vida útil e a segurança dos sistemas de tubulação pelo uso de amortecedores viscosos, para a Convenção Estática do Oriente Médio 2018
Fischer, Barutzki, GERB, Março 2018, pdf
[3] Instruções para transporte, instalação, manutenção e descarte para todos os tipos de amortecedores de tubulação
Fischer, Barutzki, GERB, Abril 2020, pdf
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Amortecedores Viscosos para reduzir as vibrações nos Sistemas de Tubulação de Instalações Petroquímicas
A GERB foi abordada por uma empresa petroquímica da região do Oriente Médio para ajudar a mitigar os problemas de vibração de uma das suas fábricas de aminas
No total, 4 unidades precisavam de intervenção, pois o nível de vibração excedia os limites permitidos (ver Figura 1). O estudo do processo interno do cliente revelou que existe um escoamento em ondas (o chamado “slug flow”) na tubulação que induz forças internas que não podem ser eliminadas. Considerando as limitações como tubulação de grande diâmetro (36″), longos percursos verticais e o fato de a maioria dos suportes estarem ligados a um recipiente de pressão, não é viável modificar o direcionamento da tubulação ou os suportes existentes. Os amortecedores de canalizações da GERB são uma boa solução para estes problemas devido às suas excelentes características de remodelagem e, em geral, à sua forte capacidade de redução das vibrações. O objetivo era reduzir o nível de classificação de “Preocupação” para “Aceitável” nos locais 6 e 7 na primeira unidade de instalação (pontos semelhantes mas ligeiramente diferentes nas outras unidades).
Amortecedores Viscosos para reduzir as vibrações nos Sistemas de Tubulação de Instalações Petroquímicas
A GERB foi abordada por uma empresa petroquímica da região do Oriente Médio para ajudar a mitigar os problemas de vibração de uma das suas fábricas de aminas
No total, 4 unidades precisavam de intervenção, pois o nível de vibração excedia os limites permitidos (ver Figura 1). O estudo do processo interno do cliente revelou que existe um escoamento em ondas (o chamado “slug flow”) na tubulação que induz forças internas que não podem ser eliminadas. Considerando as limitações como tubulação de grande diâmetro (36″), longos percursos verticais e o fato de a maioria dos suportes estarem ligados a um recipiente de pressão, não é viável modificar o direcionamento da tubulação ou os suportes existentes. Os amortecedores de canalizações da GERB são uma boa solução para estes problemas devido às suas excelentes características de instalação e, em geral, à sua forte capacidade de redução das vibrações. O objetivo era reduzir o nível de classificação de “Preocupação” para “Aceitável” nos locais 6 e 7 na primeira unidade de instalação (pontos semelhantes mas ligeiramente diferentes nas outras unidades).
Criação e Simulação de Modelos
O cliente forneceu dados do modelo CEASAR II que foram importados para o Rohr2. Consulte a Figura 2 para ver uma descrição geral do sistema de tubulação e a Figura 3 para uma ideia da instalação com os amortecedores.
Para compreender melhor o impacto, foram verificadas diferentes configurações de amortecedores, p. ex., dois ou quatro amortecedores por secção da tubulação. A Figura 3 mostra o sistema com dois amortecedores instalados. Consulte [1] para uma explicação detalhada sobre a modelação de amortecedores viscosos ou [2] para uma explicação mais específica sobre como utilizar isto em aplicações de tubulação.
Resultados da Simulação
Foram comparadas as seguintes configurações:
- Sem amortecedores
- Com dois amortecedores
- Com quatro amortecedores (dois amortecedores em cada local em tandem)
É visível que se pode conseguir uma redução substancial da vibração no Nó 1010 e no Nó 1050, que estão próximos dos locais de instalação do amortecedor. No Nó 1060, que está mais longe do local de instalação do amortecedor, o efeito de redução é reduzido.
Seleção dos Amortecedores
O número de amortecedores foi selecionado para se alcançar a melhor quantidade possível de redução de amortecimento, de acordo com as condições locais de instalação e capacidades de apoio:
- As forças máximas nos suportes não devem exceder 5 kN
- Os pontos de instalação de apoio adequados foram limitados
Foi decidido instalar um total de 4 amortecedores de tamanho médio nesta unidade de instalação. O tamanho dos amortecedores foi selecionado para reduzir as exigências de resistência e rigidez necessárias dos suportes locais. Foi também decidido instalar os amortecedores em “tandem” para reduzir a quantidade possível de binário nos suportes e na própria tubulação. A Figura 7 mostra uma imagem de um esquema de instalação deste tipo.
Projeto com abraçadeira de atrito
O cliente pediu à GERB que também fornecesse o complicado desenho e a fabricação da abraçadeira de atrito para esta disposição em tandem. Na fase de projeto tiveram de ser considerados tópicos como capacidade de atrito, expansão térmica e proteção contra a corrosão devido à tubulação de aço inoxidável e abraçadeiras de aço-carbono. Abaixo está uma lista abreviada dos requisitos:
- Tubo de aço inoxidável de 30 pol.
- Abraçadeira de aço-carbono em tandem
- Fluido de temperatura de funcionamento 107 ºC
- Temperatura ambiente de +5 ºC … +55 ºC
- Todas as forças dos amortecedores têm de ser transferidas através das forças de atrito da abraçadeira
- Todos os componentes devem estar em conformidade com os requisitos de resistência necessários das normas e códigos aplicáveis
- Possibilidades úteis de instalação a níveis superiores da fábrica
Para evitar a corrosão por contato, foi concebido uma proteção de aço inoxidável para ser colocado entre a braçadeira e o tubo. A abraçadeira em si é de aço S355. Além disso, o projeto permite cumprir os requisitos acima listados e não é caro nem difícil de instalar.
Fabricação
Toda o fabricação dos amortecedores e das abraçadeiras foi realizado na sede da GERB em Berlim, Alemanha. A monitorização da qualidade e a documentação da produção foram realizadas utilizando normas válidas e um Plano de Garantia de Qualidade (PGQ) detalhado acordado com o cliente (ver Figura 8). A fabricação foi feita a tempo e as peças entregues ao cliente.
Instalação e Supervisão
O processo de instalação foi feito em cooperação com o cliente final. O cliente forneceu uma grua, bem como pessoal para realizar a instalação. O processo de instalação em si foi supervisionado no local por um engenheiro experiente da GERB. Foi fornecido um manual de qualidade com explicações detalhadas sobre todas as etapas de instalação necessárias.
As Figuras 9 e 10 mostram uma página deste manual de instalação para dar uma ideia. [3] é uma referência ao manual de instalação standard da GERB para amortecedores. Cada instalação de abraçadeira recebe um manual específico criado precisamente para esse esquema de instalação.
Medições de Confirmação
A tabela 2 mostra os resultados da situação nas 4 unidades diferentes antes da instalação dos amortecedores e com os amortecedores instalados. À exceção do sistema 2 – que não teve preocupações desde o início – todos os sistemas podiam sofrer uma redução de níveis de “Preocupação” para níveis “Aceitáveis”. A redução média situou-se entre aproximadamente 60% e 80% com uma média global de 68% (para os sistemas 1, 3 e 4). Isto é cerca de 20% mais do que a simulação tinha previsto, com uma redução média de cerca de 45%.
É um elevado valor médio de redução que indica que o planejamento, seleção, fabricação e instalação dos amortecedores foi efetuado de forma correta.
Conclusão
Este estudo de caso mostra que a utilização de amortecedores viscosos de tubulações pode ser muito eficiente para reduzir as vibrações operacionais em sistemas de tubulações com slug flow e fenômenos semelhantes. A instalação descrita é muito economica e pode ser executada com toda a planta em funcionamento. Isto reduz o tempo de parada da planta, bem como os custos adicionais devidos a cortes de energia.
A redução média de cerca de 68% é superior à simulação calculada e indica algum conservadorismo na abordagem da modelagem. Ao mesmo tempo, mostra que o planejamento dos preparativos dos pontos de apoio e da instalação geral foi realizado de forma profissional, o que é necessário para se obter o melhor desempenho possível do amortecedor. Todos os parâmetros relacionados com o projeto foram considerados no dimensionamento do amortecedor e dos componentes de ligação. Isto sublinha que a simulação e utilização de amortecedores de tubulação é uma ferramenta viável e economica na atenuação das vibrações em plantas petroquímicas.
Criação e Simulação de Modelos
O cliente forneceu dados do modelo CEASAR II que foram importados para o Rohr2. Consulte a Figura 2 para ver uma descrição geral do sistema de tubulação e a Figura 3 para uma ideia da instalação com os amortecedores.
Para compreender melhor o impacto, foram verificadas diferentes configurações de amortecedores, p. ex., dois ou quatro amortecedores por secção da tubulação. A Figura 3 mostra o sistema com dois amortecedores instalados.
Resultados da Simulação
Foram comparadas as seguintes configurações:
- Sem amortecedores
- Com dois amortecedores
- Com quatro amortecedores (dois amortecedores em cada local em tandem)
É visível que se pode conseguir uma redução substancial da vibração no Nó 1010 e no Nó 1050, que estão próximos dos locais de instalação do amortecedor. No Nó 1060, que está mais longe do local de instalação do amortecedor, o efeito de redução é reduzido.
Seleção dos Amortecedores
O número de amortecedores foi selecionado para se alcançar a melhor quantidade possível de redução de amortecimento, de acordo com as condições locais de instalação e capacidades de apoio:
- As forças máximas nos suportes não devem exceder 5 kN
- Os pontos de instalação de apoio adequados foram limitados
Foi decidido instalar um total de 4 amortecedores de tamanho médio nesta unidade de instalação. O tamanho dos amortecedores foi selecionado para reduzir as exigências de resistência e rigidez necessárias dos suportes locais. Foi também decidido instalar os amortecedores em “tandem” para reduzir a quantidade possível de binário nos suportes e na própria tubulação. A Figura 7 mostra uma imagem de um esquema de instalação deste tipo.
Projeto com abraçadeira de atrito
O cliente pediu à GERB que também fornecesse o complicado desenho e a fabricação da abraçadeira de atrito para esta disposição em tandem. Na fase de projeto tiveram de ser considerados tópicos como capacidade de atrito, expansão térmica e proteção contra a corrosão devido à tubulação de aço inoxidável e abraçadeiras de aço-carbono. Abaixo está uma lista abreviada dos requisitos:
- Tubo de aço inoxidável de 30 pol.
- Abraçadeira de aço-carbono em tandem
- Fluido de temperatura de funcionamento 107 ºC
- Temperatura ambiente de +5 ºC … +55 ºC
- Todas as forças dos amortecedores têm de ser transferidas através das forças de atrito da abraçadeira
- Todos os componentes devem estar em conformidade com os requisitos de resistência necessários das normas e códigos aplicáveis
- Possibilidades úteis de instalação a níveis superiores da fábrica
Para evitar a corrosão por contato, foi concebido uma proteção de aço inoxidável para ser colocado entre a braçadeira e o tubo. A abraçadeira em si é de aço S355. Além disso, o projeto permite cumprir os requisitos acima listados e não é caro nem difícil de instalar.
Fabricação
Toda o fabricação dos amortecedores e das abraçadeiras foi realizado na sede da GERB em Berlim, Alemanha. A monitorização da qualidade e a documentação da produção foram realizadas utilizando normas válidas e um Plano de Garantia de Qualidade (PGQ) detalhado acordado com o cliente (ver Figura 8). A fabricação foi feita a tempo e as peças entregues ao cliente.
Instalação e Supervisão
O processo de instalação foi feito em cooperação com o cliente final. O cliente forneceu uma grua, bem como pessoal para realizar a instalação. O processo de instalação em si foi supervisionado no local por um engenheiro experiente da GERB. Foi fornecido um manual de qualidade com explicações detalhadas sobre todas as etapas de instalação necessárias.
A figura 9 mostra uma página deste manual de instalação para lhe dar uma impressão. [3] é uma referência ao manual de instalação standard da GERB para amortecedores. Cada instalação de abraçadeira recebe um manual específico criado precisamente para esse esquema de instalação.
Medições de Confirmação
A tabela 2 mostra os resultados da situação nas 4 unidades diferentes antes da instalação dos amortecedores e com os amortecedores instalados. À exceção do sistema 2 – que não teve preocupações desde o início – todos os sistemas podiam sofrer uma redução de níveis de “Preocupação” para níveis “Aceitáveis”. A redução média situou-se entre aproximadamente 60% e 80% com uma média global de 68% (para os sistemas 1, 3 e 4). Isto é cerca de 20% mais do que a simulação tinha previsto, com uma redução média de cerca de 45%.
É um elevado valor médio de redução que indica que o planejamento, seleção, fabricação e instalação dos amortecedores foi efetuado de forma correta.
Conclusão
Este estudo de caso mostra que a utilização de amortecedores viscosos de tubulações pode ser muito eficiente para reduzir as vibrações operacionais em sistemas de tubulações com slug flow e fenômenos semelhantes. A instalação descrita é muito economica e pode ser executada com toda a planta em funcionamento. Isto reduz o tempo de parada da planta, bem como os custos adicionais devidos a cortes de energia.
A redução média de cerca de 68% é superior à simulação calculada e indica algum conservadorismo na abordagem da modelagem. Ao mesmo tempo, mostra que o planejamento dos preparativos dos pontos de apoio e da instalação geral foi realizado de forma profissional, o que é necessário para se obter o melhor desempenho possível do amortecedor. Todos os parâmetros relacionados com o projeto foram considerados no dimensionamento do amortecedor e dos componentes de ligação. Isto sublinha que a simulação e utilização de amortecedores de tubulação é uma ferramenta viável e economica na atenuação das vibrações em plantas petroquímicas.
REFERÊNCIAS
[1] Descrição das características dependentes da frequência de amortecedores viscosos
Barutzki, GERB, Dezembro 2006, pdf
[2] Melhorando a vida útil e a segurança dos sistemas de tubulação pelo uso de amortecedores viscosos, para a Convenção Estática do Oriente Médio 2018
Fischer, Barutzki, GERB, Março 2018, pdf
[3] Instruções para transporte, instalação, manutenção e descarte para todos os tipos de amortecedores de tubulação
Fischer, Barutzki, GERB, Abril 2020, pdf
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REFERÊNCIAS
[1] Descrição das características dependentes da frequência de amortecedores viscosos
Barutzki, GERB, Dezembro 2006, pdf
[2] Melhorando a vida útil e a segurança dos sistemas de tubulação pelo uso de amortecedores viscosos, para a Convenção Estática do Oriente Médio 2018
Fischer, Barutzki, GERB, Março 2018, pdf
[3] Instruções para transporte, instalação, manutenção e descarte para todos os tipos de amortecedores de tubulação
Fischer, Barutzki, GERB, Abril 2020, pdf
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