Cos’è e come si genera il piping vibration

Il piping vibration è un fenomeno comune negli impianti industriali, che può avere impatti significativi sul funzionamento e sulla sicurezza dell’intero sistema di piping. Si tratta delle oscillazioni meccaniche delle tubazioni che si verificano a causa di diverse sollecitazioni determinate dal flusso del fluido, dalla pressione e dal funzionamento dei principali componenti di un impianto.

Durante la progettazione degli impianti industriali, quindi, il piping vibration rappresenta un parametro critico da considerare per garantire sicurezza ed efficienza. Comprendere come si generano queste vibrazioni è fondamentale per adottare misure preventive che possano ridurre al minimo il rischio di guasti, perdite e danni strutturali.

In questo articolo esploreremo in dettaglio cosa si intende per piping vibration: le principali cause, gli effetti e l’importanza di effettuare un’analisi accurata per poterlo gestire al meglio (Piping Vibration Analysis).

Cosa si intende per piping vibration

Come anticipato, per piping vibration (PV) si intendono le oscillazioni meccaniche che si verificano nelle tubazioni di un impianto industriale, che possono essere causate da diversi fattori, come il passaggio di fluidi ad alta velocità, le variazioni di pressione o l’interazione con i macchinari in funzione. Questo fenomeno non solo influenza il funzionamento del sistema di piping, ma può anche portare a seri problemi di sicurezza.

Ad esempio, nel settore Oil & Gas, dove gli impianti industriali sono caratterizzati da dimensioni considerevoli e da carichi operativi elevati, le tubazioni utilizzate sono molto più grandi rispetto a quelle degli impianti industriali standard, spesso superando il metro di diametro. Per gestire questi sistemi, infatti, sono installati dispositivi antivibranti che garantiscono una maggiore stabilità delle linee.

Un altro esempio si può osservare negli impianti chimici, dove le reazioni esotermiche possono creare variazioni rapide di pressione. In questi casi si generano vibrazioni nelle linee di processo che possono compromettere l’integrità delle guarnizioni e dei raccordi, causando perdite di sostanze chimiche pericolose.

Per assicurare il corretto funzionamento di un sistema di piping senza sollecitazioni indesiderate, è quindi essenziale eliminare le curve inutili e garantire che le tubazioni non entrino in risonanza meccanica con le forze di eccitazione. Un’analisi accurata di questi elementi e l’uso di software per la progettazione industriale, come quelli offerti da ESAin, possono aiutare a identificare e mitigare i rischi, assicurando la stabilità e la longevità degli impianti industriali.

Cause ed effetti del piping vibration

La vibrazione delle tubazioni industriali può essere causata da una serie di fattori dinamici e strutturali che possono influenzare negativamente il funzionamento dell’impianto. Comprendere le cause di questo fenomeno è fondamentale per adottare efficaci misure preventive.

Di seguito sono elencate le principali cause e gli effetti associati al piping vibration:

• Vibrazioni indotte dal flusso (FIV, Flow Induced Vibration). Le vibrazioni indotte dal flusso si verificano quando la turbolenza del liquido che scorre attraverso le tubazioni genera oscillazioni. Sono particolarmente evidenti nei punti di cambiamento di direzione o di variazione del diametro delle tubazioni, come ad esempio curve, raccordi a T e valvole parzialmente chiuse. La gestione dei rischi derivanti dal FIV può essere affrontata mediante preventive attività di screening e analisi, come ad esempio quelle condotte durante la stress analysis delle tubazioni, con cui è possibile identificare e gestire le varie sollecitazioni a cui sono sottoposte le linee dell’impianto.
• Vibrazioni indotte acusticamente (AIV, Acoustic Induced Vibration). Sono causate da onde acustiche ad alta frequenza che si propagano attraverso il sistema di tubazioni, spesso generate da valvole di sicurezza, valvole di controllo o restrizioni nel flusso. La corretta progettazione, installazione e manutenzione delle valvole è quindi fondamentale per ridurre i rischi derivanti dalle vibrazioni acustiche. Oltre agli elevati livelli di rumore che si generano esternamente alla tubazione, l’AIV può causare infatti sollecitazioni dinamiche sulle pareti esterne dei tubi e sui vari elementi saldati, come i supporti e le connessioni di piccolo diametro.
• Vibrazioni e pulsazioni di compressori e pompe. Compressori e pompe generano forze di eccitazione meccanica che si trasferiscono alle tubazioni, causando vibrazioni. Queste possono variare in intensità a seconda delle condizioni operative e del tipo di apparecchiatura utilizzata, richiedendo l’implementazione di soluzioni ad hoc per prevenire danni strutturali.
• Pulsazioni di pressione indotte dal flusso. Le pulsazioni di pressione possono essere indotte dalla configurazione delle tubazioni e dagli altri componenti presenti nel flusso. Creano variazioni di pressione cicliche che possono generare vibrazioni significative, contribuendo all’usura e al deterioramento del sistema di piping. La progettazione accurata delle tubazioni e dei componenti è essenziale per ridurre le pulsazioni e le vibrazioni associate.
• Tipologie e caratteristiche delle valvole. La configurazione e il funzionamento delle valvole influiscono direttamente sul piping vibration. Valvole mal progettate possono generare vibrazioni considerevoli, sia attraverso pulsazioni di pressione che attraverso eccitazioni acustiche.
• Cavitazione fluidodinamica. La cavitazione si verifica quando il fluido subisce una caduta di pressione significativa attraverso le valvole, causando il collasso delle bolle di vapore. Questo fenomeno genera sollecitazioni intense e può danneggiare seriamente le tubazioni. La gestione della pressione e il controllo delle condizioni del flusso sono cruciali per prevenire la cavitazione, proteggendo così l’integrità dei sistemi.

Il piping vibration può portare quindi a guasti significativi delle apparecchiature e a danni critici. Le oscillazioni indesiderate aumentano infatti lo stress strutturale cui sono soggette le tubazioni, causando potenziali rotture che possono compromettere il funzionamento dell’impianto industriale. Inoltre, le vibrazioni possono provocare fenomeni di sfregamento, che favoriscono l’usura delle superfici delle tubazioni.