Chuyển đến nội dung chính

Đánh giá rung động và tính toàn vẹn của đường ống (Piping Vibration and Integrity Assessment)

Thanh Sơn Biên dịch

Hệ thống đường ống có thể bị hư hỏng do rung động. Để giảm thiểu rủi ro về tính toàn vẹn này, việc đánh giá độ rung của đường ống được tiến hành trong giai đoạn thiết kế và các vị trí có rủi ro cao sẽ được kiểm tra trong giai đoạn vận hành. Phân tích (đánh giá) rung động đường ống này dựa trên Guidelines for thavoidance of vibration-induced fatigue failure (AVIFF) của Viện Năng lượng (Energy Institute - EI) và các phương pháp hiện hành khác, đồng thời tạo thành một phần quan trọng của hệ thống Quản lý Tính toàn vẹn Tài sản (Asset Integrity Management-AIM).

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 flowvà 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) 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 tínhMáy 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:

  • Thiết kế rung cơ học: cần tăng độ cứng để đẩy tần số riêng ra khỏi vùng kích thích;

  • Phân tích ứng suất đường ống (thermal flexibility): cần tăng độ linh hoạt để giảm ứng suất nhiệt.

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
Nguồn kích thích FIT, FIV, AIV, STA

-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

Bài đăng xem nhiều

Dung sai và các chế độ lắp ghép bề mặt trụ trơn [pdf]

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com Ví dụ bạn cần gia công 1 trục bơm ly tâm 1 cấp, khi lên bản vẽ gia công thì cần dung sai gia công, việc chọn dung sai gia công thì căn cứ vào kiểu lắp ghép như vị trí lắp vòng bi: đối với vòng trong vòng bi với trục bơm thì sẽ lắp theo hệ thống lỗ (vì kích thước vòng bi không thay đổi được), nên việc lắp chặt hay trung gian là do bạn lựa chọn dựa trên các tiêu chí ở dưới. Còn thân bơm với vòng ngoài vòng bi thì lắp theo hệ trục (xem vòng ngoài vòng bi là trục). Bạn cũng cần lưu ý việc lắp chặt hay trung gian có thể ảnh hưởng đến khe hở vòng bi khi làm việc nên cần cân nhắc cho phù hợp với điều kiện vận hành, loại vòng bi (cùng loại vòng bi, vòng bi C2, C3 có khe hở nhỏ hơn C4, C4 nhỏ hơn C5). Nếu bạn đang dùng C3, lắp trung gian mà chuyển sang lắp chặt có thể làm giảm tuổi thọ vòng bi vì khe hở giảm hoặc không đáp ứng yêu cầu làm việc. Sơ đồ miền dung sai Miền dung sai Miền dung sai được tạo ra bằng cách phối hợp giữa  1...

Khớp nối ( coupling ) - Những dạng khớp nối ( ebook )

Đây là tuyển tập nói về những chủng loại khớp nối khác nhau, những kết cấu, ứng dụng của từng loại khớp nối, ưu và nhược điểm của từng loại. Hình chụp, có lẫn cả hình vẽ 3D, rất đẹp, dễ quan sát. Bản tiếng Anh. Nó đây, 7 file ( pdf ) Phần 1 Phần 2 Phần 3 Phần 4 Phần 5 Phần 6 Phần 7 SCCK.TK (theo blog Phuc Linh )

Tải miễn phí phần mềm triển khai hình gò

Phần mềm này sẽ giúp các bạn đưa ra bản vẽ triển khai gia công đầy đủ và chính xác, cho phép các bạn xuất ra bản vẽ Autocad để tiện hơn cho việc tính toán, in ấn , quản lý. [MF] —–  nhấn chọn để download Lưu ý: sau khi giải nén và cài đặt thì chép pns4.exe (có sẵn sau khi giải nén) đè lên file pns4.exe mới. Phiên bản này có đầy đủ kích thước với các kiểu ống và help. Nên chạy run as administrator trong win 7. 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

Tặng ebook: Root Cause Failure Analysis (Phân tích tìm nguyên nhân hư hỏng)

Để chào đón phiên bản web mới, baoduongcokhi.com gửi tặng các bạn ebook hay: Root Cause Failure Analysis. Ebook contents: Part I: Introduction to Root Cause Failure Analysis Chapter 1 Introduction Chapter 2 General Analysis Techniques Chapter 3 Root Cause Failure Analysis Methodology Chapter 4 Safety-Related Issues Chapter 5 Regulatory Compliance Issues Chapter 6 Process Performance   Part II: Equipment Design Evaluation Guide Chapter 7 Pumps Chapter 8 Fans. Blowers, and Fluidizers Chapter 9 Conveyors Chapter 10 Compressors Chapter I I Mixers and Agitators Chapter 12 Dust Collectors Chapter 13 Process Rolls Chapter 14 Gearboxes/Reducers Chapter 15 Steam Traps Chapter 16 Inverters Chapter 17 Control Valves Chapter 18 Seals and Packing

Thử nghiệm thủy tĩnh - hydrostatic test

Viết bài: Thanh Sơn (cập nhật 2/2023), bản quyền thuộc về wwwbaoduongcokhi.com   Hư hỏng khi thử thủy tĩnh bình áp lực Thử nghiệm thủy tĩnh (hay còn gọi là hydrostatic test) là một phương pháp kiểm tra tính an toàn và độ bền của các thiết bị dưới tác động của áp suất nước. Thử nghiệm này thường được sử dụng để kiểm tra các đường ống, bồn chứa, hệ thống ống dẫn, van và các thiết bị khác trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất, thực phẩm, năng lượng điện và nhiều ngành công nghiệp khác. Khi thực hiện thử nghiệm thủy tĩnh, nước được bơm vào thiết bị đang được kiểm tra cho đến khi áp suất nước đạt đến một mức độ xác định. Thiết bị sẽ được giữ ở áp suất nước này trong một khoảng thời gian nhất định, thường là từ một vài giờ đến một vài ngày. Trong quá trình này, các kỹ sư kiểm tra và giám sát áp suất và xem xét sự xuất hiện của các vết rò rỉ hoặc sự biến dạng của thiết bị. Sau khi thử nghiệm thủy tĩnh hoàn thành, nước sẽ được xả ra khỏi thiết bị và thiết bị sẽ được kiểm tra k...

BẢNG TRA SIZE FLANGE, BOLT & NUT

Tra size bolt- nut 1- BẢNG TRA SIZE FLANGE, BOLT & NUT For class 150 Flanges STT size of flanges (inches) number of bolt Đường kính Bolt (Inches) Đường kính Bolt  ( MM) Leng of blots  L =mm 1 1/2 4 1/2 M14 60-60 2 3/4 4 1/2 M14 65-65 3 1 4 1/2 M14 65-80 4 1 1/4 4 1/2 M14 70-85 5 1 1/2 4 1/2 M14 70 85 6 2 4 5/8 M16 85 95 7 2/ 1/2 4 5/8 M16 90 100 8 ...

Đo thông số răng nào, khi chế bánh răng mới thay bánh răng bị hỏng

Về những thông số của bánh răng, có rất nhiều thông số để phục vụ cho quá trình gia công, thiết kế và lắp đặt máy. Tuy nhiên có một số thông số cơ bản bắt buộc người chế tạo cần phải nắm rõ, gồm: Đường kính Vòng đỉnh (Tip diameter): là đường tròn đi qua đỉnh răng,  da = m (z+2) . Đường kính Vòng đáy (Root diameter): là vòng tròn đi qua đáy răng,  df = m (z-2.5) . Đường kính Vòng chia (Reference diameter): là đường tròn tiếp xúc với một đường tròn tương ứng của bánh răng khác khi 2 bánh ăn khớp với nhau,  d = m.Z   Số răng:  Z=d/m Bước răng (Circular Pitch): là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia,  P=m. π Modun: là thông số quan trọng nhất của bánh răng,  m = P/π ; ha=m. Chiều cao răng (whole depth): là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia;  h=ha + hf=2.25m, trong đó ha=1 m, hf=1,25 Chiều dày răng (width): là độ dài cung tròn giữa 2 profin của một răng đo trên vòng tròn chia;  St = P/2 = m/2 Chiều rộng r...

Cách kiểm tra và đánh giá vết ăn khớp (tooth contact) của cặp bánh răng

Viết bài: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về  www.baoduongcokhi.com Hộp số với cặp bánh răng nghiêng Tooth contact là một trong những yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả và độ bền của bánh răng Mục đích Các bánh răng phải có tải trọng phân bố đều trên bề mặt răng khi làm việc ở điều kiện danh định.  Nếu tải trọng phân bố không đều, áp lực tiếp xúc và ứng suất uốn tăng cục bộ , làm tăng nguy cơ hư hỏng.  Gear Run Out của bánh răng là gì? cách kiểm tra Bánh răng và hộp số, phần 3: Phân tích dầu tìm nguyên nhân hư hỏng bánh răng. Bánh răng và Hộp số, phần 2: Các loại hộp số, bôi trơn, hư hỏng thường gặp Bánh răng và hộp số, phần 1: Các loại bánh răng (types of gears) Để đạt được sự phân bố tải đều, bánh răng cần có độ chính xác trong thiết kế, sản xuất, lắp ráp và lắp đặt các bộ phận của hộp số. Các yếu tố này được kiểm tra, test thử nghiệm và kiểm tra tại xưởng của nhà sản xuất thiết bị. Lắp đặt đúng cách tại hiện trường là bước cuối cùng để ...

Giải thích ý nghĩa ký hiệu vòng bi SKF [P1]

Ký hiệu của ổ lăn được chia ra làm hai nhóm chính: ký hiệu của ổ lăn tiêu chuẩn và ký hiệu của ổ lăn đặc biệt. Ổ lăn tiêu chuẩn là những ổ lăn có kích thước được tiêu chuẩn hóa trong khi ổ lăn đặc biệt là những ổ lăn có kích thước dặc biệt theo yêu cầu của khách hàng. Những ổ lăn chế tạo theo yêu cầu này được ký hiệu bằng “số bản vẽ” và chúng cũng không được nêu chi tiết trong phần này. Một ký hiệu đầy đủ bao gồm một ký hiệu cơ bản mà một hoặc nhiều ký hiệu phụ (- giản đồ 1). Ký hiệu đầy đủ bao gồm ký hiệu cơ bản và các ký hiệu phụ luôn luôn được ghi trên bao bì của ổ lăn, trong khi đó ký hiêu ghi trên ổ lăn đôi khi không đầy dủ vì những lí do sản xuất. Ký hiệu cơ bản xác định : Chủng loại Thiết kế cơ bản Kích thước tiêu chuẩn của ổ lăn. Những ký hiệu phụ xác định : Những thàng phần của ổ lăn và / hoặc Những thay đổi về thiết kế và / hoặc đăc tính khác vơi thiêt kế tiêu chuẩn. Ký hiệu phụ có thể đứng trước ký hiệu cơ bản (tiếp đầu ngữ) hoặc đứng sau (tiế...

Khe hở mặt răng (backlash) và khe hở chân/đỉnh răng (root/tip clearance)

Viết bài : Nguyễn Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com Các thông số cơ bản của bánh răng Về những thông số của bánh răng, có rất nhiều thông số để phục vụ cho quá trình gia công, thiết kế và lắp đặt máy. Tuy nhiên có một số thông số cơ bản bắt buộc người chế tạo cần phải nắm rõ, gồm: Đường kính Vòng đỉnh (Tip diameter): là đường tròn đi qua đỉnh răng, da = m (z+2) . Đường kính Vòng đáy (Root diameter): là vòng tròn đi qua đáy răng, df = m (z-2.5) . Đường kính Vòng chia (Reference diameter): là đường tròn tiếp xúc với một đường tròn tương ứng của bánh răng khác khi 2 bánh ăn khớp với nhau, d = m.Z   Số răng: Z=d/m Bước răng (Circular Pitch): là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia, P=m. π Modun: là thông số quan trọng nhất của bánh răng, m = P/π ; ha=m. Chiều cao răng (whole depth): là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia; h=ha + hf=2.25m, trong đó ha=1 m, hf=1,25 Chiều dày răn...