Según las directrices del Energy Institute
Los sistemas de tuberías están sujetos a fallas inducidas por vibraciones. Para mitigar ese riesgo a la integridad, se lleva a cabo una evaluación de las vibraciones de las tuberías durante la etapa de diseño y se analizan zonas de alto riesgo durante la etapa de operación. El análisis de las vibraciones de las tuberías se basa en las directrices del Energy Institute (EI) y en otras metodologías pertinentes. Véanse las DIRECTRICES DEL ENERGY INSTITUTE PARA EVITAR FALLAS POR FATIGA INDUCIDA POR VIBRACIONES EN LAS TUBERÍAS DE PROCESo (EN INGLÉS)
Las directrices del Energy Institute son el enfoque recomendado para identificar y resolver los riesgos de vibración de las tuberías. Wood cuenta con amplia experiencia en el análisis de esfuerzos de tuberías, el análisis dinámico de las vibraciones, el flujo transitorio y otros estudios de diseño relacionados. Nuestro enfoque único se basa en décadas de experiencia real en el campo (resolviendo problemas) para dar solución a inconvenientes con las vibraciones de las tuberías, una ventaja única en la industria del diseño.
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Los problemas relativos a las vibraciones de las tuberías son un hecho real de las plantas de producción en tierra y costa afuera, plantas de tuberías, refinerías y plantas petroquímicas. Los propietarios de las instalaciones son muy cuidadosos con estos riesgos a la integridad debido a las consecuencias significativas relacionadas con el derrame de productos ocasionado por una tubería rota.
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"Una investigación halla una fuga de gas de gran tamaño antes de que se produjera una explosión mortal." Figura 1: Consecuencias graves para la seguridad y el medioambiente debido a fallas por fatiga de las tuberías. |
Los ejemplos recientes publicados por la prensa ponen de relieve situaciones en las que fallas en las tuberías causaron explosiones, muertes, daños al medioambiente por derrames en tierra y costa afuera, demandas y cierre de instalaciones.
Las vibraciones pueden causar problemas de confiabilidad en los equipos, fallas por fatiga de las tuberías de proceso y elementos anexos pequeños, como líneas de alivio, puertos de instrumentos, boquillas, drenajes y válvulas. Las vibraciones en los conjuntos compresores y de bombeo también representan un problema de confiabilidad, pero se tratan en otros ámbitos de trabajo.
Plantas de gas, refinerías, tuberías, estaciones de bombeo y compresión
En un análisis de las tuberías, hay una cantidad de riesgos comunes para evaluar:
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Figura 2: ejemplos de falla en las tuberías |
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Figura 3: ejemplo del diseño compacto de las tuberías en una unidad flotante de producción, almacenamiento y descarga |
A continuación, se hace un resumen de la evaluación de integridad de las tuberías, que incluye una evaluación del Energy Institute, el análisis del esfuerzo estático y una revisión in situ de las vibraciones:
La siguiente tabla resume cuándo es necesario cada estudio:
TIPO | ANÁLISIS | SISTEMA | CUÁNDO ES NECESARIO |
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Evaluación del Energy Institute | Conexiones de diámetro pequeño | Todos los fluidos | Las conexiones no están reforzadas o apuntaladas |
Turbulencia inducida por el flujo (TIF) | Todos los fluidos | Sistemas de alto caudal con soportes flexibles y colocados de forma espaciada. | |
Vibraciones inducidas por el flujo (VIF) | Solo en sistemas de gas | Sistemas de alto caudal con tramos muertos | |
Vibraciones inducidas acústicamente (VIA) | Solo en sistemas de gas | Dispositivos reductores de la presión, como válvulas y placas con orificios | |
Golpe de ariete | Solo en sistemas de líquidos | Válvulas de acción rápida y situaciones de parada de emergencia | |
Cambio en la cantidad de movimiento | Solo en sistemas de gas | Purga o activación de válvula de seguridad | |
Cavitación/vaporización instantánea (flashing) | Solo en sistemas de líquidos | Dispositivos reductores de la presión, como válvulas y bombas | |
Análisis del esfuerzo estático | Análisis de esfuerzos de las tuberías | Todos los fluidos | Amplia variación de la temperatura/presión |
Cargas externas de las tuberías | Todos los fluidos | Especificaciones y normativas locales (p. ej.: zonas sísmicas) | |
Sujeción y diseño de la estructura | Todos los fluidos | Soportes flexibles o riesgo alto de vibración de las tuberías | |
Análisis de las cargas soportadas por las boquillas de maquinaria y equipos | Todos los fluidos | Maquinaria y equipos cuyas boquillas soportan cargas permisibles bajas | |
Análisis avanzados | Control de sobrepresiones en compresores | Sistemas con compresores centrífugos | Baja inercia, alta relación de presión, sistemas complejos |
Análisis acústico transversal de la carcasa (ATC) | Todos los fluidos (pero, en general, sistemas de gas) | Tuberías con paredes de poco espesor ubicadas cerca de compresores y bombas | |
Análisis de pulsaciones | Sistemas con compresores de pistón | Sistemas de alta presión, alta potencia | |
Análisis de esfuerzo dinámico de las tuberías | Sistemas con maquinaria de pistón | Sistemas de alta presión, alta potencia | |
Pulsaciones transitorias | Solo en sistemas de líquidos | Diversas situaciones de operación con múltiples unidades en funcionamiento o fuera de funcionamiento | |
Análisis de campo | Vibración de las tuberías (condición estable) | Todos los fluidos | Siempre |
Análisis de la frecuencia natural mecánica (FNM) | Todos los fluidos | Zonas de mucha vibración o con soportes deficientes | |
Vibración de las tuberías (transitorios) | Todos los fluidos | Cuando los fenómenos transitorios causen mucha vibración | |
Deformación de las tuberías | Todos los fluidos | Cuando se sospeche la presencia de deformaciones, debido a vibraciones de alta frecuencia | |
Vibraciones de las conexiones de diámetro pequeño | Todos los fluidos | Las conexiones no están reforzadas o apuntaladas |
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-TIF (turbulencia inducida por el flujo) -VIF (vibración inducida por el flujo) -VIA (vibración inducida acústicamente) -ATC (análisis acústico transversal |
Fuentes de excitación que se analizan en nuestra evaluación de las vibraciones de las tuberías |
Wood recomienda seguir las directrices del Energy Institute (EI) como metodología de vista preliminar dado que siguen un proceso riguroso y sistemático para abordar los riesgos principales de vibración. Se evalúan tanto las tuberías de proceso principales como las conexiones de diámetro pequeño. Las condiciones estables y los estados transitorios deberían estar incluidos en la evaluación de las vibraciones y de la integridad de las tuberías.
Wood ha mejorado las directrices del Energy Institute para brindar integridad superior durante el diseño y la etapa de ensayo de campo. Estas características adicionales se basan en la experiencia adquirida evaluando las vibraciones de tuberías durante los últimos 45 años.
Según la situación, el alcance recomendado podría variar:
ANÁLISIS DE FENÓMENOS TRANSITORIOS DE LAS TUBERÍAS DE UN COMPRESOR DE GAS COMBUSTIBLE
Los propietarios y las empresas de ingeniería contratan a Wood al principio de un proyecto para realizar este trabajo especializado. Que Wood participe desde el principio ahorra tiempo y dinero en comparación a realizar pequeños cambios en las tuberías una vez que se ha avanzado con el proceso de diseño o construcción.
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Figura 4: evaluación de la integridad de las tuberías de una refinería (más de 1000 líneas de proceso). Se identificaron las zonas que presentaban probabilidades elevadas de falla y se brindaron recomendaciones de seguimiento para mitigar los riesgos inducidos por vibraciones que causan fallas. |
Las directrices del Energy Institute usan un enfoque por etapas:
El foco inicial estaría en los sistemas que se consideran fundamentales para la seguridad o para el funcionamiento. Posteriormente, se deberían evaluar otras zonas de la planta para asegurarse de que se han identificado todos los problemas potenciales.
Etapa de ingeniería básica ampliada (FEED). Se recomienda una revisión del diseño para evitar vibraciones de las tuberías y los sistemas de maquinarias (incluyendo el plano de los patines y los cimientos). Esta revisión brinda información valiosa para las estrategias de control de las vibraciones, las tareas de ingeniería necesarias y datos para mejorar el proceso de diseño. Como resultado, se brindan recomendaciones sobre el alcance de la ingeniería y dinámica de las vibraciones, la metodología, las directrices, la planificación requerida y las consideraciones en cuanto al diseño.
Para garantizar un diseño integrado contra las vibraciones, el alcance debería incluir las tuberías y los sistemas de soporte de compresores y bombas de pistón, compresores y bombas centrífugos y los cimientos o soportes estructurales.
Etapa de diseño detallado. El alcance del trabajo incluye:
Durante la puesta en servicio y la operación:
Figura 5: se usa un análisis de elementos finitos para calcular el esfuerzo sobre las conexiones de diámetro pequeño. |
La realización de este trabajo de ingeniería precisa de especialistas que sean expertos en dinámica y que tengan la experiencia, las herramientas y las capacidades de campo necesarias.LEER MÁS SOBRE LOS REQUISITOS APROPIADOS CON LOS QUE DEBERÍA CUMPLIR UN PROVEEDOR
Wood tiene experiencia y habilidades únicas sobre vibraciones de tuberías, entre ellas la evaluación de proyectos a gran escala. Wood cuenta con las competencias necesarias para cumplir con los requisitos técnicos mencionados anteriormente.
Durante casi 50 años, nuestra compañía ha sido pionera en el análisis de vibraciones de máquinas y tuberías y es reconocida como líder mundial en esa área.
Nuestras competencias incluyen:
Figura 6: el programa de análisis in situ de Wood incluye la adquisición multicanal de datos |
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Figura 7: ejemplo de una evaluación de las vibraciones de las tuberías en una refinería, que incluye la resolución de problemas. |
To address the piping integrity risk due to vibration, many facility operators are implementing the Piping Vibration and Integrity Assessment (piping vibration audit). Avoiding these risks has many benefits to employees, managers, operations staff, shareholders, and society as a whole. Such benefits include:
Ejemplos de vibración en tuberías (vídeo, en inglés) • Condiciones transitorias en tuberías de diámetro pequeño • Consejos para realizar un análisis de vibraciones exitoso • Ejemplos de vibración en tuberías • Consideraciones de diseño sobre vibraciones en tuberías • Rigidez de los soportes de tuberías, proyecto GMRC • Enfoque integrado para gestionar los riesgos de vibraciones •
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