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石油化学プラントの配管システムの振動を低減するための粘性ダンパー

GERBは、中東地域の石油化学会社から、アミンプラントの1つにおける振動の問題を解決できないかとの問い合わせを受けました。

振動の許容レベルを超える計4ユニットで振動対策を行う必要がありました(図1を参照)。お客様による内部調査によると、配管内のスラグ流が除去できない内部応力を誘発させていることが明らかになりました。大口径(36インチ)配管、垂直方向の長尺配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられている、これらの問題点を考慮すると、配管経路や既存の支持材を変更することは理にかなっていませんでした。GERBの配管ダンパーは、優れたレトロフィット特性と強力な振動低減性能を備えているため、このような問題に対して非常に大きな効力を発揮します。今回の振動対策の目的は、ユニットのロケーション6と7でClassificationをCONCERNからOKになる様に振動低減を行う事でした。

図1 - 特定の位置での振動レベル

モデルの作成とシミュレーション

お客様から提供されたCEASAR IIモデルデータはRohr2にインポートされました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーの設置案概要ついては図3を参照してください。

図2 - 配管システムの概要

ダンパーの効果を確認するために、配管セクションごとの設置数などさまざまな検討が行われました。図3は、2つのダンパーが取り付けられたシステムを示します。粘性ダンパーのモデリングの詳細な説明は本ページ下部に示されている参考資料 [1] を、粘性ダンパーの配管振動対策への具体的な使用方法については [2] を参照してください。

図3 – ダンパーを取り付けた場合のRohr2モデルの例

シミュレーション結果

以下の構成が比較されました。

  1. ダンパーなし
  2. ダンパーが2つの場合
  3. ダンパーが4つの場合(

    各設置個所に2つのダンパーを並列配置

ダンパーの数は、現場の据付状況およびサポートの許容支持荷重に応じて、最大限の減衰を達成するように選択されました。

表1 - さまざまなダンパー構成を比較した結果(mm/sRMS)

ダンパーの選択

ダンパー数は、現場の設置状況および支持性能に応じて、最大限の減衰を達成するように選択されました。

 

  • 支持材にかかる最大の力は5 kNを超えないようにします

  • 支持材の取り付けに適した位置は限られていました

このユニットには、中型ダンパーを合計4つ設置することになりました。ダンパーのサイズは、個々のサポートに極力強度と剛性を求めないようなものを選定しました。また、サポートと配管自体にかかると予想されるトルクを減らすために、ダンパーを配管に対し並列に設置することとしました。図7に、このダンパーの設置図を示します。

図7 - 垂直配管セクションにタンデム配置された2つのダンパー

フリクションクランプの設計

お客様はGERBに、ダンパーの並列配置のための特殊フリクションクランプの設計・製造も依頼しました。設計においては、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の異種金属接触腐食防止などを考慮する必要がありました。以下にクランプ設計要件の概略を示します

 

  • 30インチのステンレス製配管

  • 炭素鋼製クランプ、ダンパーの並列配置

  • 運転中の配管内部流体温度:107℃

  • 環境温度:5℃〜55℃

  • クランプの摩擦力を介したダンパー減衰力の付加
  • 全部品の適用規格準拠

  • 高所に対する据付性の考慮

クランプ本体にはS355鋼材を使用しましたが、接触腐食を防止するために、クランプとパイプの間にステンレス製インレイを取り付けるように設計されました。

製造

ダンパーとクランプの製造はすべて、ドイツのベルリンにあるGERB本社工場で行われました。これらの品質管理及び品質検査書類についてはお客様の同意を得た詳細な品質保証計画(QAP)に基づき行われました(図8を参照)。製造は予定通りに行われ、納入されました。

図8 - ダンパーの製造に関するQAP

設置および監督

据付/設置は当社から提供された据付手順書に則りお客様の所掌で行われました。図9,10に抜粋した手順書を示します。その他に当社からは経験豊富なSVを派遣し、据付管理/指導を行いました。

参考資料 [3]は、ダンパーの標準設置マニュアルになります。各クランプの取り付けには、その取り付けスキーム専用に作成されたマニュアルがあります。

図9 - クランプとスペーサーアセンブリを取り付けた後の設置状況(設置マニュアルからの抜粋)
図10 - カウンターナットなしの1本のねじ付きロッドの設置状況例(設置マニュアルからの抜粋)

測定に基づく確認

表2は、ダンパーの設置前後における各ユニットの結果を示しています。すべてのユニットで基準を満たす結果となりました。振動速度の平均低減率は約60%から80%の間で、全体の平均は68%となりました(ユニット2は当初よりクライテリアを満たしていたため除く)。これは、解析での予想低減率(平均45%)よりも約20%高い結果となりました。

 

これは非常に良い結果を示しており、設計、製造、設置が適切に行われたことを示しています。

表2 - 測定に基づく結果 ビフォー/アフター

結論

このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグ流および同様の現象を伴う配管システムの運転中における振動を低減するために非常に効果的であることを示しています。本事例におけるダンパーの設置は非常に費用対効果も良好で、プラント全体が稼働している状態で設置することができました。これにより、プラントのダウンタイムとそれにともなう追加コストも削減されます。

 

約68%の平均低減率は、事前の解析での値よりも高く、モデリングのアプローチがある程度控え目であることを示しています。同時にこれは、ダンパーの性能を最大限に引き出すために必要なサポートに関する調査および準備と据付の計画が、専門的な方法で適切に行われたことも示しています。

プロジェクトに関連するすべてのパラメーターは、ダンパーと接続コンポーネントの設計において考慮されました。このことは、配管ダンパーの解析と実際の効果が、石油化学プラントの振動を緩和するための有益で費用効果の高い手法であることを示しています。

参考資料

[1]           Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
Barutzki, GERB, December 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, March 2018, pdf

 

[3]           Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
Fischer, Barutzki, GERB, April 2020, pdf

 

上記の参考資料については、お気軽にお問い合わせください。

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    GERBは、中東地域の石油化学会社から、アミンプラントの1つにおける振動の問題を解決できないかとの問い合わせを受けました。

    振動の許容レベルを超える計4ユニットで振動対策を行う必要がありました(図1を参照)。お客様による内部調査によると、配管内のスラグ流が除去できない内部応力を誘発させていることが明らかになりました。大口径(36インチ)配管、垂直方向の長尺配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられている、これらの問題点を考慮すると、配管経路や既存の支持材を変更することは理にかなっていませんでした。GERBの配管ダンパーは、優れたレトロフィット特性と強力な振動低減性能を備えているため、このような問題に対して非常に大きな効力を発揮します。今回の振動対策の目的は、ユニットのロケーション6と7でClassificationをCONCERNからOKになる様に振動低減を行う事でした。

    図1 - 特定の位置での振動レベル

    石油化学プラントの配管システムの振動を低減するための粘性ダンパー

    GERBは、中東地域の石油化学会社から、アミンプラントの1つにおける振動の問題を解決できないかとの問い合わせを受けました。

    振動の許容レベルを超える計4ユニットで振動対策を行う必要がありました(図1を参照)。お客様による内部調査によると、配管内のスラグ流が除去できない内部応力を誘発させていることが明らかになりました。大口径(36インチ)配管、垂直方向の長尺配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられている、これらの問題点を考慮すると、配管経路や既存の支持材を変更することは理にかなっていませんでした。GERBの配管ダンパーは、優れたレトロフィット特性と強力な振動低減性能を備えているため、このような問題に対して非常に大きな効力を発揮します。今回の振動対策の目的は、ユニットのロケーション6と7でClassificationをCONCERNからOKになる様に振動低減を行う事でした。

    図1 - 特定の位置での振動レベル

    モデルの作成とシミュレーション

    お客様から提供されたCEASAR IIモデルデータはRohr2にインポートされました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーの設置案概要ついては図3を参照してください。

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    ダンパーの効果を確認するために、配管セクションごとの設置数などさまざまな検討が行われました。図3は、2つのダンパーが取り付けられたシステムを示します。粘性ダンパーのモデリングの詳細な説明は本ページ下部に示されている参考資料 [1] を、粘性ダンパーの配管振動対策への具体的な使用方法については [2] を参照してください。

    図3 – ダンパーを取り付けた場合のRohr2モデルの例

    シミュレーション結果

    以下の構成が比較されました。

    1. ダンパーなし
    2. ダンパーが2つの場合
    3. ダンパーが4つの場合(

      各設置個所に2つのダンパーを並列配置

    ダンパーの設置場所に近いノード1010とノード1050では、振動を大幅に低減できることがわかります。ダンパーの設置場所からより離れたノード1060の場合は、低減効果は薄れています。

    表1 - さまざまなダンパー構成を比較した結果(mm/sRMS)

    ダンパーの選択

    ダンパーの数は、現場の据付状況およびサポートの許容支持荷重に応じて、最大限の減衰を達成するように選択されました。

     

    • サポートの最大許容支持荷重:5 kN

    • 限られたダンパー設置可能場所

    このユニットには、中型ダンパーを合計4つ設置することになりました。ダンパーのサイズは、個々のサポートに極力強度と剛性を求めないようなものを選定しました。また、サポートと配管自体にかかると予想されるトルクを減らすために、ダンパーを配管に対し並列に設置することとしました。図7に、このダンパーの設置図を示します。

    図7 - 垂直配管セクションにタンデム配置された2つのダンパー

    フリクションクランプの設計

    お客様はGERBに、ダンパーの並列配置のための特殊フリクションクランプの設計・製造も依頼しました。設計においては、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の異種金属接触腐食防止などを考慮する必要がありました。以下にクランプ設計要件の概略を示します

     

    • 30インチのステンレス製配管

    • 炭素鋼製クランプ、ダンパーの並列配置

    • 運転中の配管内部流体温度:107℃

    • 環境温度:5℃〜55℃

    • クランプの摩擦力を介したダンパー減衰力の付加

    • 全部品の適用規格準拠

    • 高所に対する据付性の考慮

    クランプ本体にはS355鋼材を使用しましたが、接触腐食を防止するために、クランプとパイプの間にステンレス製インレイを取り付けるように設計されました。

    製造

    ダンパーとクランプの製造はすべて、ドイツのベルリンにあるGERB本社工場で行われました。これらの品質管理及び品質検査書類についてはお客様の同意を得た詳細な品質保証計画(QAP)に基づき行われました(図8を参照)。製造は予定通りに行われ、納入されました。

    図8 - ダンパーの製造に関するQAP

    設置および監督

    据付/設置は当社から提供された据付手順書に則りお客様の所掌で行われました。図9,10に抜粋した手順書を示します。その他に当社からは経験豊富なSVを派遣し、据付管理/指導を行いました。

    参考資料 [3]は、ダンパーの標準設置マニュアルになります。各クランプの取り付けには、その取り付けスキーム専用に作成されたマニュアルがあります。

    図9 - クランプとスペーサーアセンブリを取り付けた後の設置状況(設置マニュアルからの抜粋)
    図10 - カウンターナットなしの1本のねじ付きロッドの設置状況例(設置マニュアルからの抜粋)

    測定に基づく確認

    表2は、ダンパーの設置前後における各ユニットの結果を示しています。すべてのユニットで基準を満たす結果となりました。振動速度の平均低減率は約60%から80%の間で、全体の平均は68%となりました(ユニット2は当初よりクライテリアを満たしていたため除く)。これは、解析での予想低減率(平均45%)よりも約20%高い結果となりました。

     

    これは非常に良い結果を示しており、設計、製造、設置が適切に行われたことを示しています。

    表2 - 測定に基づく結果 ビフォー/アフター

    結論

    このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグ流および同様の現象を伴う配管システムの運転中における振動を低減するために非常に効果的であることを示しています。本事例におけるダンパーの設置は非常に費用対効果も良好で、プラント全体が稼働している状態で設置することができました。これにより、プラントのダウンタイムとそれにともなう追加コストも削減されます。

     

    約68%の平均低減率は、事前の解析での値よりも高く、モデリングのアプローチがある程度控え目であることを示しています。同時にこれは、ダンパーの性能を最大限に引き出すために必要なサポートに関する調査および準備と据付の計画が、専門的な方法で適切に行われたことも示しています。

    プロジェクトに関連するすべてのパラメーターは、ダンパーと接続コンポーネントの設計において考慮されました。このことは、配管ダンパーの解析と実際の効果が、石油化学プラントの振動を緩和するための有益で費用効果の高い手法であることを示しています。

    モデルの作成とシミュレーション

    お客様から提供されたCEASAR IIモデルデータはRohr2にインポートされました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーの設置案概要ついては図3を参照してください。

    図2 - 配管システムの概要

    ダンパーの効果を確認するために、配管セクションごとの設置数などさまざまな検討が行われました。図3は、2つのダンパーが取り付けられたシステムを示します。粘性ダンパーのモデリングの詳細な説明は本ページ下部に示されている参考資料 [1] を、粘性ダンパーの配管振動対策への具体的な使用方法については [2] を参照してください。

    図3 – ダンパーを取り付けた場合のRohr2モデルの例

    シミュレーション結果

    以下の構成が比較されました。

    1. ダンパーなし
    2. ダンパーが2つの場合
    3. ダンパーが4つの場合(

      各設置個所に2つのダンパーを並列配置

    ダンパーの設置場所に近いノード1010とノード1050では、振動を大幅に低減できることがわかります。ダンパーの設置場所からより離れたノード1060の場合は、低減効果は薄れています。

    表1 - さまざまなダンパー構成を比較した結果(mm/sRMS)

    ダンパーの選択

    ダンパーの数は、現場の据付状況およびサポートの許容支持荷重に応じて、最大限の減衰を達成するように選択されました。

     

    • サポートの最大許容支持荷重:5 kN

    • 限られたダンパー設置可能場所

    このユニットには、中型ダンパーを合計4つ設置することになりました。ダンパーのサイズは、個々のサポートに極力強度と剛性を求めないようなものを選定しました。また、サポートと配管自体にかかると予想されるトルクを減らすために、ダンパーを配管に対し並列に設置することとしました。図7に、このダンパーの設置図を示します。

    図7 - 垂直配管セクションにタンデム配置された2つのダンパー

    フリクションクランプの設計

    お客様はGERBに、ダンパーの並列配置のための特殊フリクションクランプの設計・製造も依頼しました。設計においては、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の異種金属接触腐食防止などを考慮する必要がありました。以下にクランプ設計要件の概略を示します

     

    • 30インチのステンレス製配管

    • 炭素鋼製クランプ、ダンパーの並列配置

    • 運転中の配管内部流体温度:107℃

    • 環境温度:5℃〜55℃

    • クランプの摩擦力を介したダンパー減衰力の付加

    • 全部品の適用規格準拠

    • 高所に対する据付性の考慮

    クランプ本体にはS355鋼材を使用しましたが、接触腐食を防止するために、クランプとパイプの間にステンレス製インレイを取り付けるように設計されました。

    製造

    ダンパーとクランプの製造はすべて、ドイツのベルリンにあるGERB本社工場で行われました。これらの品質管理及び品質検査書類についてはお客様の同意を得た詳細な品質保証計画(QAP)に基づき行われました(図8を参照)。製造は予定通りに行われ、納入されました。

    図8 - ダンパーの製造に関するQAP

    設置および監督

    据付/設置は当社から提供された据付手順書に則りお客様の所掌で行われました。図9,10に抜粋した手順書を示します。その他に当社からは経験豊富なSVを派遣し、据付管理/指導を行いました。

    参考資料 [3]は、ダンパーの標準設置マニュアルになります。各クランプの取り付けには、その取り付けスキーム専用に作成されたマニュアルがあります。

    図9 - クランプとスペーサーアセンブリを取り付けた後の設置状況(設置マニュアルからの抜粋)
    図10 - カウンターナットなしの1本のねじ付きロッドの設置状況例(設置マニュアルからの抜粋)

    測定に基づく確認

    表2は、ダンパーの設置前後における各ユニットの結果を示しています。すべてのユニットで基準を満たす結果となりました。振動速度の平均低減率は約60%から80%の間で、全体の平均は68%となりました(ユニット2は当初よりクライテリアを満たしていたため除く)。これは、解析での予想低減率(平均45%)よりも約20%高い結果となりました。

     

    これは非常に良い結果を示しており、設計、製造、設置が適切に行われたことを示しています。

    表2 - 測定に基づく結果 ビフォー/アフター

    結論

    このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグ流および同様の現象を伴う配管システムの運転中における振動を低減するために非常に効果的であることを示しています。本事例におけるダンパーの設置は非常に費用対効果も良好で、プラント全体が稼働している状態で設置することができました。これにより、プラントのダウンタイムとそれにともなう追加コストも削減されます。

     

    約68%の平均低減率は、事前の解析での値よりも高く、モデリングのアプローチがある程度控え目であることを示しています。同時にこれは、ダンパーの性能を最大限に引き出すために必要なサポートに関する調査および準備と据付の計画が、専門的な方法で適切に行われたことも示しています。

    プロジェクトに関連するすべてのパラメーターは、ダンパーと接続コンポーネントの設計において考慮されました。このことは、配管ダンパーの解析と実際の効果が、石油化学プラントの振動を緩和するための有益で費用効果の高い手法であることを示しています。

    参考資料

    [1]           Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
    Barutzki, GERB, December 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, March 2018, pdf

     

    [3]           Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
    Fischer, Barutzki, GERB, April 2020, pdf

     

    上記の参考資料については、お気軽にお問い合わせください。

    参考資料

    [1]           Description of the frequency dependent characteristics of viscous elastic Dampers
    Barutzki, GERB, December 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, March 2018, pdf

    [3]           Instructions for Transport, Installation, Maintenance and Disposal for all types of Pipework Dampers
    Fischer, Barutzki, GERB, April 2020, pdf

    上記の参考資料については、お気軽にお問い合わせください。

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