Vibrations de la tuyauterie

Enregistrer dans la liste de lecture Publié par Callum O'Reilly, rédacteur en chef Hydrocarbon Engineering, lundi 28 août 2023 14h00

Les vibrations des canalisations sont l’une des principales causes de perte de confinement et de temps d’arrêt dans les secteurs du pétrole et du gaz, de la pétrochimie et des engrais. En plus de la sécurité de l'environnement et du personnel, les vibrations des canalisations ont souvent un impact sur la rentabilité en limitant les débits.

La majorité de la conception des tuyauteries de procédé dans les installations de raffinage et pétrochimiques est régie par les règles de conformité au code thermique des codes ASME B31. La plupart des codes de conception fournissent des conseils qualitatifs sur l'importance de la conception contre la fatigue due aux vibrations, sans méthodes spécifiques. Suivre les règles de conception du code sans les meilleures pratiques peut conduire le concepteur à se concentrer sur la flexibilité au détriment de la sensibilité aux vibrations. Dans les services plus propres à basse température, tels que les installations de GNL et de pipelines, les vibrations des canalisations peuvent être le mécanisme de dommage le plus persistant. Le plus difficile est qu'une fois détectés, le corps actuel des normes API/ASME et internationales est incohérent dans les approches d'évaluation des vibrations des canalisations en service. Une fois identifiées, les évaluations nécessitent généralement la participation d’une expertise en la matière, car les méthodes d’évaluation traditionnelles sont généralement conservatrices.1, 2, 3, 4

La figure 1 présente un ensemble de critères de sélection d'évaluation des vibrations couramment utilisés. Toutes les courbes ont été converties en unités de vitesse RMS à des fins de comparaison. Les méthodes actuelles d’évaluation des vibrations des canalisations ont démontré leurs limites :

Figure 1. Critères de sélection d'évaluation des vibrations couramment utilisés.

Les tests de vibration des machines sont une stratégie de maintenance prédictive bien développée avec quatre niveaux de certifications ANST et ISO (ISO 18436-2). Bien qu'une formation de haute qualité soit proposée par des sociétés de conseil spécialisées (E2G incluse), il est surprenant de constater que la plupart des programmes de certification en vibrations des machines n'offrent pas une couverture technique adéquate sur ce sujet. Par exemple, trop souvent, les analystes des machines ne collectent pas suffisamment de données pour mesurer la gravité et caractériser les signaux de vibration des canalisations, en particulier dans les cas de vibrations aléatoires avec des fréquences dominantes comprises entre 2 et 10 Hz. Ce n’est qu’un exemple de la raison pour laquelle une formation formalisée et des conseils en matière de procédures sont nécessaires.

La norme API 579-1/ASME FFS-1 (API 579) est une norme internationale en 14 parties pour l'évaluation de l'aptitude au service des équipements sous pression soumis à divers mécanismes de dommages en service.

La partie la plus récente, Partie 15 – Piping Vibration, est en cours de développement depuis plus de 10 ans et vise à unifier les approches existantes avec des procédures systématiques tout en incluant des conseils pour garantir la qualité des données de vibration. Actuellement, la méthode est dans sa forme finale et sera soumise au vote cet automne. Les versions antérieures du projet ont été examinées par le comité, ainsi que par des experts externes en vibrations de l'industrie, et ont généralement été bien accueillies.

Comment la partie 15 se compare-t-elle à la partie 14 actuelle ? La partie 14 est la méthodologie générale de fatigue et s'applique à l'évaluation de la fatigue thermique ou mécanique, généralement observée dans le régime de cycle faible à moyen (< 107 cycles). Une vibration de 1 Hz pendant un an accumulera 1,35 x 107 cycles, et la majorité des problèmes de vibration des canalisations ont des fréquences supérieures à 10 Hz. Pour compliquer cela, il existe très peu de justification expérimentale pour un modèle de fatigue SN (contrainte alternée admissible [S] vs cycles de contrainte admissibles [N]) dans le régime de fatigue à très haut cycle ou gigacycle (cycles > 107). Les données de test disponibles présentent une dispersion et une incertitude statistiques substantielles, ce qui rend les prévisions de durée de vie restante à l'aide de modèles basés sur SN difficiles, voire peu pratiques, sans assurer un conservatisme suffisant.