Thanh Sơn Biên dịch
Hướng dẫn AVIFF của Viện Năng lượng là phương pháp được khuyến nghị để xác định và giải quyết rủi ro rung đường ống. Bài viết này dựa trên chuyên môn về phân tích ứng suất đường ống (pipe stress analysis), phân tích rung động động học (dynamic vibration analysis), dòng chảy nhất thời (transient flow) và các nghiên cứu thiết kế liên quan khác.
1. RUNG ĐỘNG ĐƯỜNG ỐNG LÀ GÌ?
Rung động của đường ống chỉ đơn giản là sự chuyển động của đường ống ra khỏi vị trí tĩnh/ đứng yên của nó. Một số rung động có thể được nhìn thấy bằng mắt thường, một số rung động có thể được cảm nhận hoặc nghe thấy và một số rung động chỉ thỉnh thoảng xảy ra trong một số điều kiện vận hành nhất định và có thể không được nhận ra cho đến khi xảy ra sự cố đường ống .
2. TẠI SAO NÊN QUAN TÂM ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG ỐNG?
21% lượng hydrocarbon rò rỉ là do các hư hỏng mỏi có nguyên nhân từ rung động của đường ống (vibration-induced fatigue failures) (theo Cơ quan Quản lý An toàn & Sức khỏe Vương quốc Anh - UK Health & Safety Executive). Những sự rò rỉ này có thể có tác động đáng kể đến sự an toàn của nhân viên và cộng đồng, môi trường, hiệu quả sản xuất và tài chính.
Cho đến nay, hệ thống đường ống là nguyên nhân gây hư hỏng hàng đầu tại các nhà máy (theo Marsh & McLennan). Điều này một phần là do số lượng đường ống trong các nhà máy rất lớn nhưng cũng do sự bất cập trong các chương trình quản lý tính toàn vẹn của thiết bị (integrity programs) để xem xét các vấn đề về rung động và hư hỏng do mỏi. Tình hình trở nên phức tạp hơn bởi thực tế là các quy chuẩn thiết kế thường được sử dụng không xem xét chi tiết vấn đề rung động của đường ống.
Nhìn chung, chỉ một phần nhỏ đường ống có nguy cơ hỏng hóc cao, nhưng việc xác định những vị trí có nguy cơ cao đó là một thách thức. Rủi ro rung đường ống có thể được xác định ở bất kỳ giai đoạn nào trong vòng đời của tài sản, nhưng rất ít công ty có cách tiếp cận có hệ thống để đánh giá những rủi ro này.
3. ĐƯỜNG ỐNG NÀO CÓ NGUY CƠ CAO NHẤT?
Các kết nối đường ống nhánh (SBC) là vị trí có nguy cơ cao bị rung đường ống
Khoảng 80% hư hỏng do rung động có liên quan đến các kết nối đường ống nhánh (small-bore connections - SBC). Điều này là do một số lý do:
- Ứng suất tập trung tại mối hàn với đường ống chính (main pipe) hoặc bồn chứa (vessel).
- Các van lớn không có giá đỡ (support).
- Thiếu đánh giá về rủi ro rung động và mỏi, ngoài cách tiếp cận xử lý sau sự cố.
- Sự sai khác giữa mục đích thiết kế SBC với việc lắp đặt tại hiện trường, đặc biệt là về giá đỡ/giằng đỡ cục bộ.
20% hư hỏng còn lại thường liên quan đến lỗi mối hàn chu vi của ống chính.
4. SỰ RUNG ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG ỐNG ĐẾN TỪ ĐÂU?
Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ rung: cường độ kích thích (strength of the excitation) và tính linh hoạt (flexibility) của hệ thống đường ống. Do đó, luôn có hai phương pháp để giải quyết vấn đề rung động của đường ống: giảm mức độ kích thích lên hệ thống đường ống hoặc lắp giá đỡ cho hệ thống đường ống để nó có thể chịu được các lực động học tác dụng.
Cơ chế kích thích gây ra rung động bắt nguồn từ ba nguồn chính:
1) Âm thanh/Xung động (Pulsation) – thay đổi áp suất chất lỏng theo thời gian
2) Quán tính - thay đổi theo thời gian về mật độ và vận tốc chất lỏng
3) Máy móc – lực mất cân bằng từ việc vận hành máy móc
Ba nguồn chính gây rung đường ống| Âm thanh/Xung động | Quán tính | Máy móc |
|---|
- Deadleg hay ống "ngõ cụt" dao động do dòng chảy (Flow-Induced VibrationFIV)
- Rung do tác động của sóng âm thanh (Acoustic-Induced Vibration - AIV)
- Xung động từ các máy quay (Pulsation)
- Sự gián đoạn cục bộ dòng lưu chất ở máy quay
| - Dòng chảy rối (Flow-induced turbulence FIT)
- Búa nước (Water hammer)
- Xả áp hệ thống của van an toàn (relief load PSV)
- Dòng chảy đa pha (multiphase) hoặc dòng chảy pha lỏng - khí xen kẽ nhau trong ống dẫn (slug flow).
- Cavitation và Flashing (bay hơi nhanh)
| - Kích thích cơ học từ rung động
truyền đến đường ống kèm theo
|
5. LÀM CÁCH NÀO ĐỂ GIẢI QUYẾT TÌNH TRẠNG RUNG ĐƯỜNG ỐNG?
Hình 1: Rủi ro rung động điển hình trong hệ thống đường ống
Đánh giá dựa trên rủi ro là phương pháp hiệu quả và đáng tin cậy nhất để xác định, định lượng, kiểm tra, đo lường và giảm thiểu rủi ro rung động và mỏi. Những đánh giá này xem xét các vấn đề về tính toàn vẹn của rung động mà cơ sở gặp phải, từ khi khởi động đến khi ngừng hoạt động.
Cách tiếp cận dựa trên rủi ro cho phép quản lý rung động một cách chủ động, chỉ khi có rủi ro. Đánh giá dựa trên rủi ro tích hợp và bổ sung cho các chương trình quản lý tính toàn vẹn thông thường thường tập trung vào ăn mòn/xói mòn – tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho người vận hành .
Các tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế và trong quá trình sử dụng thường nêu bật rủi ro do rung động gây ra nhưng không đưa ra các chiến lược quản lý phù hợp , thường để lại việc xác định các vấn đề rung động cho người vận hành.
6. RỦI RO RUNG ĐỘNG ĐƯỜNG ỐNG
Hình 2: ống nhánh
Trong quá trình đánh giá rủi ro rung động đường ống, có một số cơ chế và vị trí nhạy cảm cần đặc biệt quan tâm, vì chúng thường là nguyên nhân chính gây suy giảm tính toàn vẹn (integrity) của hệ thống:
1. Kết nối đường ống nhánh – Small Bore Connections (SBC)
Các SBC và phụ kiện nhánh gắn vào đường ống công nghệ chính—thường có đường kính < 8 cm (≈ 3 inch)—là nguồn rủi ro phổ biến nhất.
Ngay cả khi đường ống chính có mức rung nằm trong giới hạn cho phép, rung động có thể bị khuếch đại tại SBC do độ cứng thấp, chiều dài nhô ra lớn hoặc tần số riêng rơi vào vùng kích thích. Với các cơ sở lớn, hàng nghìn SBC có thể tồn tại, khiến rủi ro tích lũy tăng cao nếu không được kiểm soát có hệ thống.
2. Ứng suất rung tại Nozzle và nhánh chữ T
Rung động trong giai đoạn vận hành sản xuất có thể gây ứng suất dao động cao tại các nozzle và nhánh T, dẫn đến nứt mỏi (fatigue cracking), đặc biệt tại mối hàn gốc và vùng chuyển tiếp tiết diện—những điểm tập trung ứng suất điển hình.
3. Sự cố đường bypass, PSV và đường xả
Các tuyến bypass, đường PSV/relief thường có lưu lượng biến thiên mạnh và trạng thái vận hành gián đoạn. Khi đóng/mở, dòng chảy xung kích và nhiễu loạn có thể kích hoạt rung động cưỡng bức, làm tăng nguy cơ hư hỏng ống, mối hàn và gối đỡ.
4. Tải động do các sự kiện nhất thời
Những sự kiện như khởi động, dừng, ESD, hoặc đóng/mở van nhanh gây thay đổi động lượng của khí/chất lỏng, tạo hiện tượng búa nước (liquid hammer) hoặc xung áp. Các xung lực này có thể sinh ứng suất vượt mức thiết kế, đặc biệt nguy hiểm với các đoạn ống mảnh, nhô dài.
5. Hư hỏng và lỏng gối đỡ
Rung động kéo dài có thể gây lỏng, mòn hoặc phá hủy gối đỡ, làm giảm độ cứng hệ thống, từ đó tăng biên độ rung—một vòng lặp suy giảm nguy hiểm nếu không được phát hiện sớm.
6. Xung đột giữa thiết kế rung và phân tích ứng suất
Một thách thức kỹ thuật điển hình là xung đột mục tiêu giữa:
Nếu thiết kế không dung hòa được hai yêu cầu này, hệ thống có nguy cơ hư hỏng do mỏi rung hoặc quá ứng suất trong vận hành thực tế.
7. Bố trí đường ống nhỏ gọn trên FPSO
Không gian ngoài khơi bị hạn chế khiến bố trí đường ống rất chặt chẽ (điển hình trên FPSO). Sự chồng chéo, nhô dài và khó bố trí gối đỡ đủ cứng tạo ra thách thức lớn trong kiểm soát rung động, đặc biệt với các nhánh nhỏ và đường treo.
8. Đường ống trên cao
Các tuyến ống nối thiết bị quay → bộ làm mát/bình chứa thường được treo trên cao, có độ linh hoạt lớn hơn so với ống chôn hoặc neo cứng. Việc thiết kế gối đỡ đủ cứng để hạn chế rung là khó khăn, làm tăng rủi ro mỏi rung.
9. Cấu hình van “khối kép và xả” (Double Block and Bleed)
Yêu cầu an toàn thường áp dụng van khối kép và xả trên nhiều SBC. Hình dạng phức tạp và khối lượng lớn của cụm van làm tăng tải trọng tĩnh và động, dẫn đến ứng suất cao hơn và nguy cơ hư hỏng lớn hơn nếu không được gia cường và đỡ phù hợp.
Tóm lại, kiểm soát rung động đường ống—đặc biệt tại SBC, nhánh T, PSV/bypass và các đoạn treo—đòi hỏi cách tiếp cận tổng thể, kết hợp phân tích rung, phân tích ứng suất, thiết kế gối đỡ và bố trí không gian, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn lâu dài cho các cơ sở trên bờ và ngoài khơi.
Dưới đây là tổng quan về Đánh giá tính toàn vẹn của đường ống (piping Integrity Assessment), bao gồm đánh giá AVIFF của Viện năng lượng, phân tích ứng suất tĩnh và kiểm tra độ rung tại hiện trường:
Biểu đồ này hiển thị các nguồn kích thích được nghiên cứu khi Đánh giá độ rung đường ống
 | -FIT (Sự hỗn loạn do dòng chảy gây ra) -FIV (Rung động do dòng chảy) -AIV (Rung động do âm thanh) -STA (Âm thanh ngang vỏ) |
Xin chào bạn!
Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa.
Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi.
Nguyễn Thanh Sơn
Related Posts by Categories
Nhận xét
Đăng nhận xét
Các bạn có câu hỏi gì, cứ mạnh dạn trao đổi nhé, baoduongcokhi sẵn sàng giải đáp trong khả năng của mình.