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Amortisseurs à fluides visqueux pour réduire les vibrations dans les systèmes de tuyauteries d’une usine pétrochimique
La société GERB a été contactée par une entreprise pétrochimique du Moyen-Orient pour l’aider à réduire les problèmes de vibrations de l’une de ses usines de traitement de l’amine.
Au total, le problème à résoudre concernait 4 unités dans lesquelles le niveau des vibrations excédait les limites admissibles (voir figure 1). L’étude de cas interne menée par le client a révélé la présence d’un flux discontinu dans les tuyauteries, ce phénomène provoquant l’apparition de forces internes impossibles à éliminer. Si l’on considère les contraintes telles que la grande largeur des tuyauteries (36″), les longs tronçons verticaux et le fait que la plupart des supports sont fixés à une cuve sous pression, il est impossible de modifier le trajet des tuyauteries ou les supports existants. Grâce à leurs excellentes propriétés de rétrofit et capacités à réduire fortement les vibrations, les amortisseurs pour tuyauteries GERB constituent dès lors une bonne solution à ces problèmes. Pour ce projet, l’objectif était de réduire le niveau de classification de « préoccupant » à « acceptable » au niveau des zones 6 et 7 de la première unité d’installation (similaire aux autres unités, avec toutefois quelques points légèrement différents).
Création du modèle et simulation
Le client a fourni les données du modèle réalisé dans le logiciel CEASAR II, données qui ont ensuite été importées dans Rohr2. La figure 2 donne un aperçu du système de tuyauteries et la figure 3 une idée d’une installation avec des amortisseurs.
Afin de comprendre l’impact, différentes configurations des amortisseurs ont été contrôlées, p. ex. utilisation de deux ou de quatre amortisseurs par segment de tuyauterie. La figure 3 montre le système avec deux amortisseurs installés.
Voir [1] pour une explication détaillée de la modélisation de l’amortisseur à fluide visqueux ou [2] pour une explication plus spécifique concernant la manière d’utiliser ces amortisseurs dans les applications pour tuyauteries.
Résultats de la simulation
Les configurations suivantes ont été comparées :
- Sans amortisseurs
- Avec deux amortisseurs
- Avec quatre amortisseurs (respectivement deux amortisseurs agencés en tandem au niveau de chaque zone)
On peut observer que les vibrations ont été substantiellement réduites au niveau du nœud 1010 et du nœud 1050 situés à proximité de la zone d’installation de l’amortisseur. Dans le cas du nœud 1060, plus éloigné de la zone d’installation de l’amortisseur, l’effet de réduction des vibrations est moins important.
Choix des amortisseurs
Le nombre d’amortisseurs a été choisi afin d’atteindre la meilleure réduction possible des vibrations par effet d’amortissement, en fonction des conditions locales d’installation et des capacités des supports :
- Les forces maximales appliquées sur les supports ne doivent pas excéder 5 kN
- Les points d’installation sur les supports appropriés ont été limités
Il a été convenu d’installer un total de 4 amortisseurs moyens sur cette unité d’installation. La taille des amortisseurs a été choisie de manière à réduire les exigences de résistance et de rigidité nécessaires pour les supports locaux. C’est pourquoi il a été décidé d’installer les amortisseurs en « tandem », de manière à réduire le couple de serrage sur les supports et la tuyauterie en elle-même. La figure 7 montre l’image d’un schéma d’installation.
Conception d'attache anti-glissement
Le client a également demandé à la société GERB de fournir la conception de l’attache anti-glissement et de fabriquer cet agencement en tandem. Les thématiques autour de la phase de conception, comme la capacité de frottement, l’expansion thermique et la protection anticorrosion, qui sont liées aux matériaux employés (tuyauteries en acier inoxydable et attaches en acier au carbone), ont dû être prises en compte. Voici ci-dessous une liste abrégée des exigences :
- Tuyauterie en acier inoxydable de 30 pouces
- Attaches en acier au carbone agencées en tandem
- Température de service du fluide de 107 °C
- Température ambiante de +5 °C à +55 °C
- Toutes les forces d’amortissement ont dû être transmises par les forces de frottement de l’attache.
- Tous les composants doivent être conformes aux exigences de résistance nécessaires fixées par les normes et codes applicables.
- Possibilités d’installation utiles à des niveaux plus élevés de l’usine.
Pour éviter la corrosion de contact, un insert en acier inoxydable a été conçu, destiné à être placé entre l’attache et la tuyauterie. L’attache elle-même est fabriquée en S355. De plus, la conception peut s’adapter aux exigences listées ci-dessus, tout en restant abordable et simple à installer.
Fabrication
L’intégralité du processus de fabrication des amortisseurs et des attaches s’est déroulé au siège de GERB à Berlin, en Allemagne. Une surveillance de la qualité et une documentation de la production s’appuyant sur des normes valides ont été mises en place, et un plan d’assurance qualité (PAQ) détaillé a été convenu avec le client (voir figure 8). La fabrication a été réalisée dans les temps et les pièces ont été livrées au client.
Installation et surveillance
Le processus d’installation a été réalisé en collaboration avec le client final. Une grue, ainsi que le personnel chargé de l’installation, ont été mis à disposition par le client. Le processus d’installation en lui-même a été surveillé par un ingénieur GERB expérimenté sur site. Un manuel qualité a fourni des explications détaillées sur toutes les étapes d’installation nécessaires.
Les figures 9 et 10 montrent une page de ce manuel d’installation afin de fournir une idée. [3] est la référence au manuel d’installation GERB standard des amortisseurs. Pour chaque installation d’attache, un manuel spécifique a été créé précisément pour fournir le schéma d’installation correspondant.
Confirmation mesurée
Le tableau 2 montre les résultats de la situation au niveau des 4 différentes unités, avant l’installation des amortisseurs et après l’installation des amortisseurs. Extrait pour le système 2, dès le départ non classifié comme « préoccupant » ; tous les systèmes ont pu être passés d’un niveau de classification « préoccupant » à un niveau « acceptable ». La réduction moyenne des vibrations était grossièrement comprise entre 60 % à 80 %, avec une moyenne globale de 68 % (pour les systèmes 1, 3 et 4). La moyenne est environ 20 % supérieure à ce que prévoyait la simulation, avec une réduction moyenne des vibrations d’environ 45 %.
La réduction moyenne des vibrations est élevée, ce qui indique que la planification, la sélection, la fabrication et l’installation des amortisseurs ont été réalisés correctement.
Conclusion
Cette étude de cas montre que les amortisseurs pour tuyauteries à fluide visqueux se sont révélés très efficaces pour réduire les vibrations liées au fonctionnement des systèmes de tuyauteries présentant un flux discontinu et d’autres phénomènes similaires. L’installation décrite est très rentable et a pu être mise en place alors que l’intégralité de l’usine était en fonctionnement. Le temps d’immobilisation a ainsi été réduit, ainsi que les frais additionnels liés à l’interruption du fonctionnement.
La réduction moyenne des vibrations atteint grossièrement 68 %, un chiffre supérieur à la simulation calculée et qui révèle une certaine prudence quant à la méthode de modélisation. Parallèlement, ceci montre que la planification des préparations des points de support et que l’installation générale ont été réalisées avec professionnalisme, condition sine qua non pour atteindre le meilleur niveau de performance possible des amortisseurs. Tous les paramètres liés au projet ont été pris en compte lors de la phase de conception des amortisseurs et du branchement des composants. Ceci souligne le fait que la simulation et l’utilisation d’amortisseurs pour tuyauteries est faisable et qu’il s’agit d’un outil rentable de réduction des vibrations dans les usines pétrochimiques.
RÉFÉRENCES
[1] Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
Barutzki, GERB, décembre 2006, PDF
[2] Improving Service Life and Safety of Piping Systems by the use of Viscous Dampers, for Middle East Static Convention 2018
Fischer, Barutzki, GERB, mars 2018, PDF
[3] Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
Fischer, Barutzki, GERB, avril 2020, PDF
N’hésitez pas à prendre contact avec nous au sujet des références mentionnées ci-dessus.
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Amortisseurs à fluides visqueux pour réduire les vibrations dans les systèmes de tuyauteries d'une usine pétrochimique
La société GERB a été contactée par une entreprise pétrochimique du Moyen-Orient pour l’aider à réduire les problèmes de vibrations de l’une de ses usines de traitement de l’amine.
Au total, le problème à résoudre concernait 4 unités dans lesquelles le niveau des vibrations excédait les limites admissibles (voir figure 1). L’étude de cas interne menée par le client a révélé la présence d’un flux discontinu dans les tuyauteries, ce phénomène provoquant l’apparition de forces internes impossibles à éliminer. Si l’on considère les contraintes telles que la grande largeur des tuyauteries (36″), les longs tronçons verticaux et le fait que la plupart des supports sont fixés à une cuve sous pression, il est impossible de modifier le trajet des tuyauteries ou les supports existants. Grâce à leurs excellentes propriétés de rétrofit et capacités à réduire fortement les vibrations, les amortisseurs pour tuyauteries GERB constituent dès lors une bonne solution à ces problèmes. Pour ce projet, l’objectif était de réduire le niveau de classification de « préoccupant » à « acceptable » au niveau des zones 6 et 7 de la première unité d’installation (similaire aux autres unités, avec toutefois quelques points légèrement différents).
Amortisseurs à fluides visqueux pour réduire les vibrations dans les systèmes de tuyauteries d'une usine pétrochimique
La société GERB a été contactée par une entreprise pétrochimique du Moyen-Orient pour l’aider à réduire les problèmes de vibrations de l’une de ses usines de traitement de l’amine.
Au total, le problème à résoudre concernait 4 unités dans lesquelles le niveau des vibrations excédait les limites admissibles (voir figure 1). L’étude de cas interne menée par le client a révélé la présence d’un flux discontinu dans les tuyauteries, ce phénomène provoquant l’apparition de forces internes impossibles à éliminer. Si l’on considère les contraintes telles que la grande largeur des tuyauteries (36″), les longs tronçons verticaux et le fait que la plupart des supports sont fixés à une cuve sous pression, il est impossible de modifier le trajet des tuyauteries ou les supports existants. Grâce à leurs excellentes propriétés de rétrofit et capacités à réduire fortement les vibrations, les amortisseurs pour tuyauteries GERB constituent dès lors une bonne solution à ces problèmes. Pour ce projet, l’objectif était de réduire le niveau de classification de « préoccupant » à « acceptable » au niveau des zones 6 et 7 de la première unité d’installation (similaire aux autres unités, avec toutefois quelques points légèrement différents).
Création du modèle et simulation
Le client a fourni les données du modèle réalisé dans le logiciel CEASAR II, données qui ont ensuite été importées dans Rohr2. La figure 2 donne un aperçu du système de tuyauteries et la figure 3 une idée d’une installation avec des amortisseurs.
Afin de comprendre l’impact, différentes configurations des amortisseurs ont été contrôlées, p. ex. utilisation de deux ou de quatre amortisseurs par segment de tuyauterie. La figure 3 montre le système avec deux amortisseurs installés. Voir [1] pour une explication détaillée de la modélisation de l’amortisseur à fluide visqueux ou [2] pour une explication plus spécifique concernant la manière d’utiliser ces amortisseurs dans les applications pour tuyauteries.
Résultats de la simulation
Les configurations suivantes ont été comparées :
- Sans amortisseurs
- Avec deux amortisseurs
- Avec quatre amortisseurs (respectivement deux amortisseurs agencés en tandem au niveau de chaque zone)
On peut observer que les vibrations ont été substantiellement réduites au niveau du nœud 1010 et du nœud 1050 situés à proximité de la zone d’installation de l’amortisseur. Dans le cas du nœud 1060, plus éloigné de la zone d’installation de l’amortisseur, l’effet de réduction des vibrations est moins important.
Choix des amortisseurs
Le nombre d’amortisseurs a été choisi afin d’atteindre la meilleure réduction possible des vibrations par effet d’amortissement, en fonction des conditions locales d’installation et des capacités des supports :
- Les forces maximales appliquées sur les supports ne doivent pas excéder 5 kN
- Les points d’installation sur les supports appropriés ont été limités
Il a été convenu d’installer un total de 4 amortisseurs moyens sur cette unité d’installation. La taille des amortisseurs a été choisie de manière à réduire les exigences de résistance et de rigidité nécessaires pour les supports locaux. C’est pourquoi il a été décidé d’installer les amortisseurs en « tandem », de manière à réduire le couple de serrage sur les supports et la tuyauterie en elle-même. La figure 7 montre l’image d’un schéma d’installation.
Conception d'attache anti-glissement
Le client a également demandé à la société GERB de fournir la conception de l’attache anti-glissement et de fabriquer cet agencement en tandem. Les thématiques autour de la phase de conception, comme la capacité de frottement, l’expansion thermique et la protection anticorrosion, qui sont liées aux matériaux employés (tuyauteries en acier inoxydable et attaches en acier au carbone), ont dû être prises en compte. Voici ci-dessous une liste abrégée des exigences :
- Tuyauterie en acier inoxydable de 30 pouces
- Attaches en acier au carbone agencées en tandem
- Température de service du fluide de 107 °C
- Température ambiante de +5 °C à +55 °C
- Toutes les forces d’amortissement ont dû être transmises par les forces de frottement de l’attache.
- Tous les composants doivent être conformes aux exigences de résistance nécessaires fixées par les normes et codes applicables.
- Possibilités d’installation utiles à des niveaux plus élevés de l’usine.
Pour éviter la corrosion de contact, un insert en acier inoxydable a été conçu, destiné à être placé entre l’attache et la tuyauterie. L’attache elle-même est fabriquée en S355. De plus, la conception peut s’adapter aux exigences listées ci-dessus, tout en restant abordable et simple à installer.
Fabrication
L’intégralité du processus de fabrication des amortisseurs et des attaches s’est déroulé au siège de GERB à Berlin, en Allemagne. Une surveillance de la qualité et une documentation de la production s’appuyant sur des normes valides ont été mises en place, et un plan d’assurance qualité (PAQ) détaillé a été convenu avec le client (voir figure 8). La fabrication a été réalisée dans les temps et les pièces ont été livrées au client.
Installation et surveillance
Le processus d’installation a été réalisé en collaboration avec le client final. Une grue, ainsi que le personnel chargé de l’installation, ont été mis à disposition par le client. Le processus d’installation en lui-même a été surveillé par un ingénieur GERB expérimenté sur site. Un manuel qualité a fourni des explications détaillées sur toutes les étapes d’installation nécessaires.
Les figures 9 et 10 montrent une page de ce manuel d’installation afin de fournir une idée. [3] est la référence au manuel d’installation GERB standard des amortisseurs. Pour chaque installation d’attache, un manuel spécifique a été créé précisément pour fournir le schéma d’installation correspondant.
Confirmation mesurée
Le tableau 2 montre les résultats de la situation au niveau des 4 différentes unités, avant l’installation des amortisseurs et après l’installation des amortisseurs. Extrait pour le système 2, dès le départ non classifié comme « préoccupant » ; tous les systèmes ont pu être passés d’un niveau de classification « préoccupant » à un niveau « acceptable ». La réduction moyenne des vibrations était grossièrement comprise entre 60 % à 80 %, avec une moyenne globale de 68 % (pour les systèmes 1, 3 et 4). La moyenne est environ 20 % supérieure à ce que prévoyait la simulation, avec une réduction moyenne des vibrations d’environ 45 %.
La réduction moyenne des vibrations est élevée, ce qui indique que la planification, la sélection, la fabrication et l’installation des amortisseurs ont été réalisés correctement.
Conclusion
Cette étude de cas montre que les amortisseurs pour tuyauteries à fluide visqueux se sont révélés très efficaces pour réduire les vibrations liées au fonctionnement des systèmes de tuyauteries présentant un flux discontinu et d’autres phénomènes similaires. L’installation décrite est très rentable et a pu être mise en place alors que l’intégralité de l’usine était en fonctionnement. Le temps d’immobilisation a ainsi été réduit, ainsi que les frais additionnels liés à l’interruption du fonctionnement.
La réduction moyenne des vibrations atteint grossièrement 68 %, un chiffre supérieur à la simulation calculée et qui révèle une certaine prudence quant à la méthode de modélisation. Parallèlement, ceci montre que la planification des préparations des points de support et que l’installation générale ont été réalisées avec professionnalisme, condition sine qua non pour atteindre le meilleur niveau de performance possible des amortisseurs. Tous les paramètres liés au projet ont été pris en compte lors de la phase de conception des amortisseurs et du branchement des composants. Ceci souligne le fait que la simulation et l’utilisation d’amortisseurs pour tuyauteries est faisable et qu’il s’agit d’un outil rentable de réduction des vibrations dans les usines pétrochimiques.
Création du modèle et simulation
Le client a fourni les données du modèle réalisé dans le logiciel CEASAR II, données qui ont ensuite été importées dans Rohr2. La figure 2 donne un aperçu du système de tuyauteries et la figure 3 une idée d’une installation avec des amortisseurs.
Afin de comprendre l’impact, différentes configurations des amortisseurs ont été contrôlées, p. ex. utilisation de deux ou de quatre amortisseurs par segment de tuyauterie. La figure 3 montre le système avec deux amortisseurs installés.
Résultats de la simulation
Les configurations suivantes ont été comparées :
- Sans amortisseurs
- Avec deux amortisseurs
- Avec quatre amortisseurs (respectivement deux amortisseurs agencés en tandem au niveau de chaque zone)
On peut observer que les vibrations ont été substantiellement réduites au niveau du nœud 1010 et du nœud 1050 situés à proximité de la zone d’installation de l’amortisseur. Dans le cas du nœud 1060, plus éloigné de la zone d’installation de l’amortisseur, l’effet de réduction des vibrations est moins important.
Choix des amortisseurs
Le nombre d’amortisseurs a été choisi afin d’atteindre la meilleure réduction possible des vibrations par effet d’amortissement, en fonction des conditions locales d’installation et des capacités des supports :
- Les forces maximales appliquées sur les supports ne doivent pas excéder 5 kN
- Les points d’installation sur les supports appropriés ont été limités
Il a été convenu d’installer un total de 4 amortisseurs moyens sur cette unité d’installation. La taille des amortisseurs a été choisie de manière à réduire les exigences de résistance et de rigidité nécessaires pour les supports locaux. C’est pourquoi il a été décidé d’installer les amortisseurs en « tandem », de manière à réduire le couple de serrage sur les supports et la tuyauterie en elle-même. La figure 7 montre l’image d’un schéma d’installation.
Conception d'attache anti-glissement
Le client a également demandé à la société GERB de fournir la conception de l’attache anti-glissement et de fabriquer cet agencement en tandem. Les thématiques autour de la phase de conception, comme la capacité de frottement, l’expansion thermique et la protection anticorrosion, qui sont liées aux matériaux employés (tuyauteries en acier inoxydable et attaches en acier au carbone), ont dû être prises en compte. Voici ci-dessous une liste abrégée des exigences :
- Tuyauterie en acier inoxydable de 30 pouces
- Attaches en acier au carbone agencées en tandem
- Température de service du fluide de 107 °C
- Température ambiante de +5 °C à +55 °C
- Toutes les forces d’amortissement ont dû être transmises par les forces de frottement de l’attache.
- Tous les composants doivent être conformes aux exigences de résistance nécessaires fixées par les normes et codes applicables.
- Possibilités d’installation utiles à des niveaux plus élevés de l’usine.
Pour éviter la corrosion de contact, un insert en acier inoxydable a été conçu, destiné à être placé entre l’attache et la tuyauterie. L’attache elle-même est fabriquée en S355. De plus, la conception peut s’adapter aux exigences listées ci-dessus, tout en restant abordable et simple à installer.
Fabrication
L’intégralité du processus de fabrication des amortisseurs et des attaches s’est déroulé au siège de GERB à Berlin, en Allemagne. Une surveillance de la qualité et une documentation de la production s’appuyant sur des normes valides ont été mises en place, et un plan d’assurance qualité (PAQ) détaillé a été convenu avec le client (voir figure 8). La fabrication a été réalisée dans les temps et les pièces ont été livrées au client.
Installation et surveillance
Le processus d’installation a été réalisé en collaboration avec le client final. Une grue, ainsi que le personnel chargé de l’installation, ont été mis à disposition par le client. Le processus d’installation en lui-même a été surveillé par un ingénieur GERB expérimenté sur site. Un manuel qualité a fourni des explications détaillées sur toutes les étapes d’installation nécessaires.
La figure 9 montre une page de ce manuel d’installation afin de fournir une idée. [3] est la référence au manuel d’installation GERB standard des amortisseurs. Pour chaque installation d’attache, un manuel spécifique a été créé précisément pour fournir le schéma d’installation correspondant.
Confirmation mesurée
Le tableau 2 montre les résultats de la situation au niveau des 4 différentes unités, avant l’installation des amortisseurs et après l’installation des amortisseurs. Extrait pour le système 2, dès le départ non classifié comme « préoccupant » ; tous les systèmes ont pu être passés d’un niveau de classification « préoccupant » à un niveau « acceptable ». La réduction moyenne des vibrations était grossièrement comprise entre 60 % à 80 %, avec une moyenne globale de 68 % (pour les systèmes 1, 3 et 4). La moyenne est environ 20 % supérieure à ce que prévoyait la simulation, avec une réduction moyenne des vibrations d’environ 45 %.
La réduction moyenne des vibrations est élevée, ce qui indique que la planification, la sélection, la fabrication et l’installation des amortisseurs ont été réalisés correctement.
Conclusion
Cette étude de cas montre que les amortisseurs pour tuyauteries à fluide visqueux se sont révélés très efficaces pour réduire les vibrations liées au fonctionnement des systèmes de tuyauteries présentant un flux discontinu et d’autres phénomènes similaires. L’installation décrite est très rentable et a pu être mise en place alors que l’intégralité de l’usine était en fonctionnement. Le temps d’immobilisation a ainsi été réduit, ainsi que les frais additionnels liés à l’interruption du fonctionnement.
La réduction moyenne des vibrations atteint grossièrement 68 %, un chiffre supérieur à la simulation calculée et qui révèle une certaine prudence quant à la méthode de modélisation. Parallèlement, ceci montre que la planification des préparations des points de support et que l’installation générale ont été réalisées avec professionnalisme, condition sine qua non pour atteindre le meilleur niveau de performance possible des amortisseurs. Tous les paramètres liés au projet ont été pris en compte lors de la phase de conception des amortisseurs et du branchement des composants. Ceci souligne le fait que la simulation et l’utilisation d’amortisseurs pour tuyauteries est faisable et qu’il s’agit d’un outil rentable de réduction des vibrations dans les usines pétrochimiques.
RÉFÉRENCES
[1] Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
Barutzki, GERB, décembre 2006, PDF
[2] Improving Service Life and Safety of Piping Systems by the use of Viscous Dampers, for Middle East Static Convention 2018
Fischer, Barutzki, GERB, mars 2018, PDF
[3] Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
Fischer, Barutzki, GERB, avril 2020, PDF
N’hésitez pas à prendre contact avec nous au sujet des références mentionnées ci-dessus.
RÉFÉRENCES
[1] Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
Barutzki, GERB, décembre 2006, PDF
[2] Improving Service Life and Safety of Piping Systems by the use of Viscous Dampers, for Middle East Static Convention 2018
Fischer, Barutzki, GERB, mars 2018, PDF
[3] Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
Fischer, Barutzki, GERB, avril 2020, PDF
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