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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。
振動が許容レベルを超えた計4ユニットで問題を解決する必要がありました（図1を参照）。顧客内部のプロセス調査では、配管内のスラグフロー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）で長い垂直方向の配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられているという事実を考慮すると、パイプの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ほとんどの用途で強力な振動低減性能を備えているため、このような問題のための優れたソリューションです。ここでの目標は、最初の設置ユニットの位置6と7で等級を「懸念」から「許容」に下げることでした（他のユニットでは類似の、しかしわずかに異なる位置）。
モデルの作成とシミュレーション
顧客は、CEASAR IIモデルデータを提供し、これはRohr2にインポートされたました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーを含む設置のアイデアについては図3を参照してください。
影響を理解するために、さまざまなダンパー設定が検討されました（配管セクションごとのダンパーを2つまたは4つにするかなど）。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 [1] を、これを配管アプリケーションで使用する方法のより具体的な説明は [2] を参照してください。
シミュレーション結果
以下の構成が比較されました。
- ダンパーなし
- ダンパーが2つの場合
- ダンパーが4つの場合（各位置にタンデム配置された2つのダンパー）
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。
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
この設置ユニットには、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、個々の支持材に必要な強度と剛性に関する要件を減らすように選択されました。また、支持材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、ダンパーをいわゆるタンデム設置とすることも決定されました。図7に、この設置スキームを図に示します。
フリクションクランプの設計
お客様はGERBに、このタンデム配置のための複雑なフリクションクランプの設計、そしてその製造も依頼されました。設計段階では、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の腐食防止などのトピックを考慮する必要がありました。以下に要件の概略を示します。
- 30インチのステンレス製配管
- カーボン・スチール製クランプ、タンデム配置
- 運転中のフルードの温度 107℃
- （周囲温度：+5〜55℃）
- 必要な減衰力はすべて、クランプの摩擦力を介して伝達する必要がありました
- すべてのコンポーネントは、該当する規格およびコードで求められる強度要件に準拠している必要があります
- プラントのより高いレベルでの有利な設置オプション
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。クランプ自体はS355を使用しています。さらに、設計は上記の要件を満たすと同時に、低コストで、設置もシンプルなものとしました。
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。品質監視と生産記録は、有効な基準とお客様と合意し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）。製造は予定内に行われ、部品はお客様に納入されました。
設置および監督
設置は、エンドユーザーであるお客様でとの協力のもとで行われました。クレーンと設置担当人員は、お客様によって提供されました。設置作業自体は、経験豊富なGERBエンジニアが現地で監督を行いました。必要となるすべての設置手順に関する説明が詳細に記載された品質マニュアル。
図9と図10に、この設置マニュアルの1ページを示します。 [3] これは、ダンパーのGERB標準設置マニュアルへの参照です。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。
測定に基づく確認
表2は、ダンパーを設置する前とダンパーを設置した後、4つの異なるユニットにおける結果を示しています。最初から懸念点ではなかったシステム2を除き、すべてのシステムで「懸念」レベルから「許容」レベルに下げることができました。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（システム1、3、および4）。これは、シミュレーションでの予想（平均45％）よりも約20％高い結果となりました。
これは非常に高い平均削減値で、計画、ダンパー、選択、製造、設置が適切に行われたことを示しています。
結論
このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグフロー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率的であることを示しています。記述された設置は非常にコスト効率が高く、また、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を削減されます。
約68％の平均低減率は、事前のシミュレーションでの値よりも高く、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、支持箇所の準備と全体的な設置が、必要となる専門性をもって計画され、最高限のダンパー性能を達成できたこと示しています。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、配管ダンパーのシミュレーションと実際の使用が、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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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。
振動が許容レベルを超えた計4ユニットで問題を解決する必要がありました（図1を参照）。顧客内部のプロセス調査では、配管内のスラグフロー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）で長い垂直方向の配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられているという事実を考慮すると、パイプの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ほとんどの用途で強力な振動低減性能を備えているため、このような問題のための優れたソリューションです。ここでの目標は、最初の設置ユニットの位置6と7で等級を「懸念」から「許容」に下げることでした（他のユニットでは類似の、しかしわずかに異なる位置）。
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。
振動が許容レベルを超えた計4ユニットで問題を解決する必要がありました（図1を参照）。顧客内部のプロセス調査では、配管内のスラグフロー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）で長い垂直方向の配管、ほとんどの支持材が圧力容器に取り付けられているという事実を考慮すると、パイプの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ほとんどの用途で強力な振動低減性能を備えているため、このような問題のための優れたソリューションです。ここでの目標は、最初の設置ユニットの位置6と7で等級を「懸念」から「許容」に下げることでした（他のユニットでは類似の、しかしわずかに異なる位置）。
モデルの作成とシミュレーション
顧客は、CEASAR IIモデルデータを提供し、これはRohr2にインポートされたました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーを含む設置のアイデアについては図3を参照してください。
影響を理解するために、さまざまなダンパー設定が検討されました（配管セクションごとのダンパーを2つまたは4つにするかなど）。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 [1] を、これを配管アプリケーションで使用する方法のより具体的な説明は [2] を参照してください。
シミュレーション結果
以下の構成が比較されました。
- ダンパーなし
- ダンパーが2つの場合
- ダンパーが4つの場合（各位置にタンデム配置された2つのダンパー）
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。
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
この設置ユニットには、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、個々の支持材に必要な強度と剛性に関する要件を減らすように選択されました。また、支持材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、ダンパーをいわゆるタンデム設置とすることも決定されました。図7に、この設置スキームを図に示します。
フリクションクランプの設計
お客様はGERBに、このタンデム配置のための複雑なフリクションクランプの設計、そしてその製造も依頼されました。設計段階では、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の腐食防止などのトピックを考慮する必要がありました。以下に要件の概略を示します。
- 30インチのステンレス製配管
- カーボン・スチール製クランプ、タンデム配置
- 運転中のフルードの温度 107℃
- （周囲温度：+5〜55℃）
- 必要な減衰力はすべて、クランプの摩擦力を介して伝達する必要がありました
- すべてのコンポーネントは、該当する規格およびコードで求められる強度要件に準拠している必要があります
- プラントのより高いレベルでの有利な設置オプション
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。クランプ自体はS355を使用しています。さらに、設計は上記の要件を満たすと同時に、低コストで、設置もシンプルなものとしました。
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。品質監視と生産記録は、有効な基準とお客様と合意し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）。製造は予定内に行われ、部品はお客様に納入されました。
設置および監督
設置は、エンドユーザーであるお客様でとの協力のもとで行われました。クレーンと設置担当人員は、お客様によって提供されました。設置作業自体は、経験豊富なGERBエンジニアが現地で監督を行いました。必要となるすべての設置手順に関する説明が詳細に記載された品質マニュアル。
図9と図10に、この設置マニュアルの1ページを示します。 [3] これは、ダンパーのGERB標準設置マニュアルへの参照です。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。
測定に基づく確認
表2は、ダンパーを設置する前とダンパーを設置した後、4つの異なるユニットにおける結果を示しています。最初から懸念点ではなかったシステム2を除き、すべてのシステムで「懸念」レベルから「許容」レベルに下げることができました。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（システム1、3、および4）。これは、シミュレーションでの予想（平均45％）よりも約20％高い結果となりました。
これは非常に高い平均削減値で、計画、ダンパー、選択、製造、設置が適切に行われたことを示しています。
結論
このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグフロー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率的であることを示しています。記述された設置は非常にコスト効率が高く、また、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を削減されます。
約68％の平均低減率は、事前のシミュレーションでの値よりも高く、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、支持箇所の準備と全体的な設置が、必要となる専門性をもって計画され、最高限のダンパー性能を達成できたこと示しています。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、配管ダンパーのシミュレーションと実際の使用が、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
顧客は、CEASAR IIモデルデータを提供し、これはRohr2にインポートされたました。 配管システムの概要については図2を、ダンパーを含む設置のアイデアについては図3を参照してください。
影響を理解するために、さまざまなダンパー設定が検討されました（配管セクションごとのダンパーを2つまたは4つにするかなど）。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。
シミュレーション結果
以下の構成が比較されました。
- ダンパーなし
- ダンパーが2つの場合
- ダンパーが4つの場合（各位置にタンデム配置された2つのダンパー）
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。
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
この設置ユニットには、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、個々の支持材に必要な強度と剛性に関する要件を減らすように選択されました。また、支持材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、ダンパーをいわゆるタンデム設置とすることも決定されました。図7に、この設置スキームを図に示します。
フリクションクランプの設計
お客様はGERBに、このタンデム配置のための複雑なフリクションクランプの設計、そしてその製造も依頼されました。設計段階では、摩擦力、熱膨張、ステンレス鋼配管と炭素鋼クランプ間の腐食防止などのトピックを考慮する必要がありました。以下に要件の概略を示します。
- 30インチのステンレス製配管
- カーボン・スチール製クランプ、タンデム配置
- 運転中のフルードの温度 107℃
- （周囲温度：+5〜55℃）
- 必要な減衰力はすべて、クランプの摩擦力を介して伝達する必要がありました
- すべてのコンポーネントは、該当する規格およびコードで求められる強度要件に準拠している必要があります
- プラントのより高いレベルでの有利な設置オプション
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。クランプ自体はS355を使用しています。さらに、設計は上記の要件を満たすと同時に、低コストで、設置もシンプルなものとしました。
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。品質監視と生産記録は、有効な基準とお客様と合意し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）。製造は予定内に行われ、部品はお客様に納入されました。
設置および監督
設置は、エンドユーザーであるお客様でとの協力のもとで行われました。クレーンと設置担当人員は、お客様によって提供されました。設置作業自体は、経験豊富なGERBエンジニアが現地で監督を行いました。必要となるすべての設置手順に関する説明が詳細に記載された品質マニュアル。
図9に、この設置マニュアルの1ページを示します。 [3] これは、ダンパーのGERB標準設置マニュアルへの参照です。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。
測定に基づく確認
表2は、ダンパーを設置する前とダンパーを設置した後、4つの異なるユニットにおける結果を示しています。最初から懸念点ではなかったシステム2を除き、すべてのシステムで「懸念」レベルから「許容」レベルに下げることができました。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（システム1、3、および4）。これは、シミュレーションでの予想（平均45％）よりも約20％高い結果となりました。
これは非常に高い平均削減値で、計画、ダンパー、選択、製造、設置が適切に行われたことを示しています。
結論
このケーススタディは、配管用粘性ダンパーが、スラグフロー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率的であることを示しています。記述された設置は非常にコスト効率が高く、また、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を削減されます。
約68％の平均低減率は、事前のシミュレーションでの値よりも高く、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、支持箇所の準備と全体的な設置が、必要となる専門性をもって計画され、最高限のダンパー性能を達成できたこと示しています。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、配管ダンパーのシミュレーションと実際の使用が、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
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[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
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