PLANT DESIGN PIPING WORKSHOP 2009PIPING SUPPORTS FUNDAMENTAL Indice degli argomenti trattati ► Supporti Ausiliari Tubazioni ► Progettazione Supporti ► Classificazione Supporti ► Progettazione Piping ► Supporti Rigidi ► Supporti Elastici ► Supporti Dinamici ► Supporti Anti Attrito ► Supporti Isolati ► Supporti Definizioni ► Raccolte Supporti ► Pipe Rack ► Stress Interface ► Esempi Progettazione Supporti ► Guide Line Reciprocating Compressor ► Piping Span ► Support Design ► Support Work Process ► SMOD ► MTO ► Support Materials ► MR ► Feedback PIPING WORKSHOP 2009 - SUPPORTS 2 Supporti Ausiliari Tubazioni Il peso dei componenti della tubazione è una pericolosa sorgente di sollecitazioni, per questo motivo bisogna prestare particolare attenzione nella scelta dei percorsi delle linee. ► Scopo di questo workshop è quello di esporre i criteri di definizione, progettazione, e acquisto dei supporti piping presentando la corretta successione delle diverse fasi di lavoro. ► Sebbene un sistema tubazioni possa essere definito come un telaio strutturale, esso differisce dalle strutture convenzionali in quanto non è autoportante rispetto ai carichi gravitazionali; il sistema tubazioni richiede inoltre di essere vincolato per limitare gli effetti dovuti alle dilatazioni termiche. ► Spesso è necessario proteggere le apparecchiature terminali da eccessive reazioni o deformazioni delle tubazione connesse, controllare le vibrazioni, opporsi a forze esterne quali vento, terremoto o carichi impulsivi. ► Ne deriva la distinzione tra “supporti” in senso stretto e “vincoli”. I primi sono quelli atti ad assolvere la funzione di trasferire al suolo o alle strutture esistenti il peso della tubazione, i secondi sono quelli aventi lo scopo di opporsi alle forze diverse da quelle gravitazionali. PIPING WORKSHOP 2009 - SUPPORTS 3 Progettazione Supporti La progettazione di base di “vincoli” e “supporti” non può che nascere contemporaneamente alla definizione planimetrica dell’impianto e la loro progettazione di dettaglio deve svilupparsi parallelamente alla progressiva definizione delle piante tubazioni. ► Anche l’impiantista deve avere un adeguato livello di conoscenza delle problematiche connesse alla progettazione dei supporti tubazioni. La progettazione dei supporti ausiliari tubazioni ha essenzialmente i seguenti scopi: ► Mantenere le sollecitazioni nelle tubazioni, valutate e combinate secondo la normativa, al disotto di quelle limite ammissibili. ► Evitare eccessive deformazioni. ► Limitare i carichi sulle connessione delle apparecchiature. ► Evitare fenomeni di vibrazioni nelle tubazioni. ► Evitare interferenza tra tubazioni e tra tubazioni e strutture, in seguito a dilatazione termica. ► Facilitare le operazioni d’installazione, manutenzione e smontaggio dei componenti. PIPING WORKSHOP 2009 - SUPPORTS 4 Classificazione Supporti In base alla funzione che svolgono i supporti ausiliari tubazioni si possono classificare in: ► RIGIDI - Supporti che nella direzione in cui esplicano la loro azione non consentono spostamenti della tubazione collegata. ► ELASTICI - Supporti che nella direzione in cui esplicano la loro azione, normalmente quella verticale, consentono entro, un certo campo, spostamenti della tubazione collegata. Dato che è un supporto piuttosto costoso sia come costruzione sia come tempo di selezione durante la progettazione, si usano dove è strettamente indispensabile. ► DINAMICI - Supporti che proteggono tubazioni da carichi dinamici occasionali. Essendo supporti molto costosi, si utilizzano e si posizionano in base ha un calcolo dettagliato. I supporti rigidi sono quelli più diffusi, quelli al cui impiego si deve preferibilmente tendere, per motivi di affidabilità, semplicità costruttiva e costo. Si limiterà l’uso di supporti elastici, impiegandoli solo nei casi di effettiva necessità sulla base di un calcolo o di una scelta dello specialista di “stress analysis”. PIPING WORKSHOP 2009 - SUPPORTS 5 PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 6 .Classificazione Supporti In base alle condizioni d’impiego i supporti ausiliari tubazioni si possono classificare in: ► SUPPORTI FREDDI – Sono i supporti collegati a tubazioni la cui temperatura è inferiore alla temperatura minima ammissibile per l’impiego del normale acciaio utilizzato per i supporti (in genere inferiore a -10°C). ► SUPPORTI CALDI – Sono i supporti collegati a tubazioni “calde” che non presentano problemi di isolamento termico e che garantiscano le caratteristiche meccaniche di resistenza del supporto strutturale collegato (normalmente temperature al di sotto di 400°C). ► Supporti Smontabili (Clampati o bullonati) – Supporti che consentono un facile distacco dalla tubazione collegata. per tenere conto delle inevitabili tolleranze di lavorazione e montaggio.Classificazione Supporti In base alla continuità di impiego i supporti ausiliari tubazioni si possono classificare in: ► SUPPORTI PERMANENTI – Sono supporti destinati ad esplicare permanentemente la loro funzione. Questa rimozione può essere richiesta per esigenze di manutenzione della linea o del supporto. o comunque tramite operazioni che non ne consentono il successivo reimpiego. ► SUPPORTI TEMPORANEI – Sono i supporti destinati a fare fronte a condizioni eccezionali. ► Supporti Fissi (Saldati) – Possono essere rimossi solo tramite taglio al cannello. e/o dalla struttura. di adeguare la geometria del supporto a quella degli elementi da collegare. od impiegati esclusivamente in prova idraulica. In generale tutti i supporti dovrebbero prevedere in certo grado di aggiustabilità. per adeguare l’assetto del supporto a quello della tubazione collegata.SUPPORTS 7 . all’atto della messa in opera ed entro certi limiti. ed ogni volta che se ne riscontri la necessità. anche successivamente all’installazione. ► Supporti Regolabili – Consentono di effettuare. PIPING WORKSHOP 2009 . In base alla loro operabilità i supporti ausiliari tubazioni si possono classificare in: ► Supporti Aggiustabili – Consentono. operazioni di regolazione delle dimensioni. Questa condizione è necessaria per tutte le tubazione con trattamento termico PWHT. solo al momento del montaggio della stessa.Classificazione Supporti In base alla fabbricazione i supporti ausiliari tubazioni si possono classificare in: ► Supporti in Prefabbricazione – Sono quei supporti che devono essere collegati alla tubazione. quando questa viene prefabbricata.SUPPORTS 8 . Questi supporti sono indicati con la suffisso PRF sugli sketches assonometrici ma rilevati dal TOS con destinazione prefabbricazione. PIPING WORKSHOP 2009 . ► Supporti Sciolti – Supporti che vengono collegati alla tubazione. tramite saldatura. saldati o clampati. ► Le linee di maggior diametro devono essere disposte alla minore distanza possibile dai punti di forza delle strutture come colonne o montanti. degli edifici.Progettazione Piping rispetto ai Supporti Il corretto svolgimento dell’attività “progettazione supporti” richiede il rispetto di alcune regole generali di impiantistica. In particolare: ► Lo studio di massima dei supporti. per lo meno a livello di strutture di supporto. si devono avvicinare le linee a possibili punti di appoggio. delle strutture dell’impianto. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 9 . come il suolo o strutture già previste per altri scopi. al fine di minimizzare il numero e la mole delle strutture necessarie al sostegno dei tubi. ► Si deve tendere a raggruppare al massimo le linee. deve essere condotto contemporaneamente allo studio preliminare relativo alla disposizione delle apparecchiature. ► Per quanto possibile. sia in fase di layout generale d’impianto sia in fase di sviluppo del dettaglio. Progettazione Piping rispetto ai Supporti ► Le linee devono essere opportunamente spaziate. sono spesso vantaggiosamente supportabili dalle apparecchiature stesse. per facilitare l’inserimento dei supporti. Il rispetto di regole del tipo di quelle elencate consente di ottenere una equilibrata disposizione impiantistica. PIPING WORKSHOP 2009 . ► Lo studio della disposizione delle piattaforme e delle passerelle su colonne dovrebbe essere svolto in maniera coordinata a quello delle guide e dei supporti collegati alle colonne stesse. e predispone nel modo migliore la successiva fase di progettazione di dettaglio dei supporti.SUPPORTS 10 . dovrebbe essere prevista in prossimità di punti che possano offrire un sostanziale contributo strutturale. ► L’inserimento di valvole o altri componenti di linea pesanti e non autoportanti. Ad esempio per le linee soggette a vibrazioni i normali interassi non sono sufficienti per permettere l’installazione dei supporti antivibranti. purchè siano disposte ad una distanza sufficiente per l’utilizzo dei supporti standard. ► Le linee prossime a colonne o recipienti verticali. 2.“SHOE” SADDLE BASE ADJUSTABLE DUMMY TRUNNION ► L’altezza e la lunghezza della scarpetta vengono selezionate in base ai seguenti parametri: SHOE HEIGHT (mm) 100 150 200 INSULATION THICKNESS (mm) UP TO 70 FROM 75 TO 120 FROM 125 TO 170 SHOE LENGTH (mm) 300 400 500 600 THERMAL MOVEMENT (mm) UP TO 75 FROM 76 TO 125 FROM 126 TO 175 FROM 176 TO 225 PIPING WORKSHOP 2009 . Viene usato in tutti i punti dove è necessario eliminare le sollecitazione di peso e dove non vi sia spostamento verticale della tubazione.SUPPORTS 11 . ► Viene realizzato nei modi più svariati come: 1. 4. SCARPA .Appoggi ► APPOGGIO – “REST” e’ il supporto più comune utilizzato in un impianto.SUPPORTI RIGIDI . 5. 3. Tiranti 2.SUPPORTI RIGIDI . PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 12 . che comunque deve essere contenuto. TIRANTI – “HANGERS” vengono usati come supporto rigido verticale quando non è possibile appoggiare direttamente la tubazione e quando si vogliono annullare completamente gli effetti dell’attrito a fronte di uni spostamento orizzontale. PIPING WORKSHOP 2009 . in un punto della tubazione. Si usa per proteggere apparecchiature delicate o per limitare lo spostamento. Per la sua installazione è necessario che a monte e a valle il layout della tubazione sia sufficientemente flessibile.SUPPORTS 13 .SUPPORTI RIGIDI – Arresto “Stop” ► ARRESTO – “Stop” è un supporto che serve per fermare la dilatazione. nel senso longitudinale. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 14 .SUPPORTI RIGIDI . solo che.Guide ► GUIDA . E’ usata anche per impedire che tubazioni orizzontali vadano fuori pista e limitano le sollecitazioni e gli spostamenti per le tubazioni verticali. invece di impedire lo spostamento longitudinale. impedisce quello trasversale.ha lo stesso scopo e impiego dell’arresto. SUPPORTI RIGIDI . PIPING WORKSHOP 2009 .Ancoraggi ► ANCORAGGIO .è un supporto particolare il cui uso non è molto frequente.SUPPORTS 15 . esso impedisce qualsiasi spostamento e rotazione. SUPPORTI ELASTICI . e 25% massimo a tutte le altre tubazioni. definita costante. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 16 . Sono costituiti essenzialmente da una molla elicoidale racchiusa da un astuccio cilindrico in acciaio. I valori limite della variazione di carico percentuale. La molla è montata nell’astuccio precaricata. ► I supporti elastici a “Carico Variabile” sono il tipo più semplice e più comune di sospensione elastica. di misurare la corsa e di seguirne le variazioni durante l’esercizio. Tali variazioni alterano l’equilibrio delle tubazioni con conseguente variazione delle sollecitazioni e delle azioni sugli attacchi delle apparecchiature. Lungo il cilindro c’è un’asola la quale permette. per mezzo di un indice posto sulla spirale stessa. La variazione di carico è dovuta dal fatto che le molle hanno una propria caratteristica elastica. Praticamente la costante elastica è la forza unitaria necessaria a comprimere la molla di un millimetro.Carico Variabile ► I supporti elastici sono dispositivi che servono per sostenere il peso di tubazioni che per effetto delle variazioni termiche e di altre cause presentano nei punti di sostegno degli spostamenti verticali. Pertanto quando la linea va in temperatura e il punto di attacco della molla si sposta verticalmente questo produce una variazione del carico iniziale. si assume +/.12% per tubazioni collegate a macchine sensibili ai carichi. in pratica. SUPPORTI ELASTICI . sono quei dispositivi elastici che utilizzando delle molle contrapposte (figg.2 PIPING WORKSHOP 2009 . il carico di settaggio della molla non cambi. ► Essendo queste molle più complesse e costose.1 Figg. Figg.SUPPORTS 17 . dovuta alla escursione termica della linea.1) o utilizzano dei leverismi (figg.Carico Costante ► Le molle definite a carico costante. di quelle a carico variabile. si utilizzano solo quando gli spostamenti verticali della tubazione sono relativamente grandi (100 mm) o quando l’eccessiva variazione di carico delle molle a carico variabile supera i valori accettabili.2) fan sì che durante il movimento verticale. ecc.. Sul by-pass è inserita una valvola di controllo che consente al pistone di muoversi liberamente fino ad una velocità di circa 250 mm al minuto e che interrompe istantaneamente il flusso allorché tale velocità viene superata provocando il bloccaggio dello stesso. terremoto. sotto le azioni dinamiche quali colpi di ariete. nel quale il movimento del pistone nei due sensi provoca un flusso di olio tra una estremità e l’altra del cilindro attraverso un by-pass.SUPPORTI DINAMICI – “Shock Absorber” ► Gli “Shock Absorbers” sono dispositivi che hanno la funzione di bloccarsi. pur consentendo il libero movimento alle tubazioni nel passaggio dalla situazione di messa in marcia a quella operativa o viceversa.SUPPORTS 18 . ► Questi dispositivi sono costituiti da un cilindro idraulico. PIPING WORKSHOP 2009 . ► Sono poco costosi di facile montaggio. non necessitano di ispezioni e manutenzioni.SUPPORTS 19 . in una unica direzione. senza avere il problema degli attriti.SUPPORTI DINAMICI – “Rigid Struts” ► Questi supporti sono usati per vincolare. Capaci di contenere grandi carichi di trazione e compressione. permettendo spostamenti laterali. angolari e rotazionali. PIPING WORKSHOP 2009 . i movimenti della tubazione dovuti alla dilatazione termica. rulli 0.lubrite 0.ferro .teflon .035 PIPING WORKSHOP 2009 . ► Per ridurre l’effetto dell’attrito nei supporti ferro-ferro si utilizzano piastre con teflon o piastre con Lubrite (grafite+bronzo) o dispositivi come i supporti a rullo.1 . e non oltre. Normalmente per i calcoli si assumono i seguenti coefficienti di attrito: .1 . esiste una tendenza allo spostamento da parte della tubazione.ferro 0.aisi 0.SUPPORTS 20 . nel senso che esso si manifesta fino a quando. Inoltre il valore dell’attrito subisce una brusca diminuzione dopo il primo distacco.SUPPORTI anti ATTRITO ► Anche l’attrito rientra tra i carichi autolimitanti.35 . L‘entità del coefficiente di attrito è di difficile quantificazione in quanto dipende dallo stato delle superfici a contatto. ► Sono sufficientemente costosi. pertanto vengono utilizzati solo quando strettamente necessario.035).Rulli Supporti a Rullo . Tali supporti possono comunque contrastare le forze orizzontali trasversali al tubo stesso.SUPPORTS 21 .SUPPORTI anti ATTRITO .sono dispositivi che oltre a sostenere il peso delle tubazioni consentono spostamenti orizzontali riducendo il coefficiente di attrito a valori trascurabili (0. ► Hanno boccole auto lubrificanti che mantengono praticamente invariati nel tempo i valori d’attrito. ► Non danno luogo all’attrito di primo distacco. PIPING WORKSHOP 2009 . temperatura di utilizzo da -22°C a 500°C. • LUBRITE – Piastre con inserti (pasticche) di grafite.SUPPORTS 22 . • Bronzo. temperatura di utilizzo da -22°C a 180°C. ► I materiali normalmente utilizzati per ridurre l’attrito sono: • PTFE – “PolyeTraFluoroEthylene”. PIPING WORKSHOP 2009 . Il costo di queste piastre è relativamente basso.utilizzato anche per alte temperature.SUPPORTI anti ATTRITO – Piastre di scorrimento ► Tali supporti sono costituiti da piastre metalliche con interposto del materiale con basso coefficienti di attrito. la grafite funziona da autolubrificante. ► Hanno tutti semplicità di fabbricazione e installazione e poca o nessuna manutenzione. si utilizzano normalmente dei supporti con una coibentazione impermeabile all’aria per evitare la formazione di ghiaccio sulla parte metallica.SUPPORTI ISOLATI . ► I materiali normalmente usati per coibentare la linea dai supporti sono: • Legno – multistrato ignifucato e trattato • Polyurethane – ad alta densità preformato POLYURETHANE MATERIAL WOOD MATERIAL PIPING WORKSHOP 2009 .Freddi ► Per tubazioni in servizio criogenico. fluidi con temperature al di sotto di -29°C.SUPPORTS 23 . SUPPORTS 24 .Caldi ► Sono supporti collegati a tubazioni in servizio ad alte temperature. ► I materiali normalmente usati per coimbentare la linea dai supporti isolati caldi sono: • Calcium Silicate – Materialte preformato ad alta densità • Vetro Cellulare . e fare in modo che la tubazione possa scorrere senza danneggiare l’isolamento stesso. PIPING WORKSHOP 2009 . che hanno interposto un isolamento termico per non disperdere il calore.SUPPORTI ISOLATI .Materiale preformato ad alta densità CALCIUM SILICATE MATERIAL CELLULAR GLASS MATERIAL ►Sono materiali fragili che richiedono molta cura nella posa in opera. Questi supporti hanno la funzione di non mettere a contatto le strutture principali con la tubazione. dummy e mensole. ► SPECIAL SUPPORTS – Sono quei supporti necessari in tutti quei casi per cui le particolari situazioni impiantistiche (spesso geometriche) non consentono di utilizzare i Supporti Standard. ma progettati e forniti dalla Sezione Opere Civili. PIPING WORKSHOP 2009 . ► ITEMIZED SUPPORTS – Sono quei supporti o insieme di supporti che normalmente si trovano in commercio. shock absorber. sliding plate. con fondazioni a terra. guide. support packages for criyogenic and high temperature service lines. e che devono essere definite a livello di planimetria generale d’impianto e sicuramente riportati nel modello 3D. e sono acquistati con dedicate Material Requisition. ► MAIN SUPPORTS – Sono quei supporti caratterizzati come strutture. tiranti. Spesso la selezione viene fatta dal progettista mentre la progettazione di dettaglio del supporto rientra nello scopo del fabbricante fornitore. Fra questi rientrano scarpette. producendo in fase di ingegneria di dettaglio una raccolta di disegni dedicati. in genere di rilevanti dimensioni. stops.SUPPORTI . posizione e carichi sono definiti dalla Sezione Piping Stress. In questi casi si ricorrerà ad una progettazione specifica.SUPPORTS 25 .Definizioni Tutti i supporti ausiliari precedentemente descritti sono raggruppati in quattro categorie: ► STANDARD SUPPORTS – Sono quei supporti Ausiliari che si prestano ad una estesa standardizzazione in quanto è possibile impiegare supporti disponibili in configurazioni prestabilite per un gran numero di situazioni costruttive utilizzando parametri e variabili. dimensioni. Fra questi rientrano i supporti a molla. Per questi supporti “outlines”. rigid struts. vengono riportati alle strutture circostanti o direttamente al suolo. si distingue tra strutture di supporto “Main Support” e Supporti Ausiliari. PIPING WORKSHOP 2009 .Standard ► Nel campo dei supporti. ► I supporti Ausiliari si prestano ad una estesa standardizzazione. e che devono essere definite a livello di planimetria generale d’impianto e sicuramente riportati nel modello 3D.SUPPORTS 26 . si ricorrerà ad una progettazione specifica per il caso incontrato. in genere di rilevanti dimensioni. dal punto di vista delle dimensioni. anche perchè serve produrre un disegno costruttivo dettagliato.SUPPORTI . ► Quando per particolari situazioni. e semplicità di realizzazione costruttiva. spesso geometriche. ► Le prime sono caratterizzate come strutture. originando così un Supporto Speciale. Il supporto Speciale richiede invece un maggior tempo di progettazione. a cui sono collegati. con fondazioni a terra. in quanto è possibile impiegare supporti disponibili in configurazioni prestabilite per un gran numero di situazioni costruttive. ► I supporti standard sono evidentemente caratterizzati da generalità di impiego. ► I Supporti Ausiliari sono generalmente gli elementi tramite cui i carichi derivanti da una o più linee. sia di costruzione che di progettazione. Si tende quindi a limitare al massimo l’impiego di Speciali a fronte dell’impiego degli Standard. consentendo quindi una buona economia di materiali e di tempi. non è possibile impiegare i Supporti Standard. una nuova raccolta di disegni “standards” per i supporti ausiliari tubazioni. ► I criteri organizzativi della raccolta sono stati: • Semplicità di costruzione • Riduzione dei pesi e dei costi • Utilizzo dei parametri • Modularità e criteri mnemonici I supporti sono raccolti in SERIE (modularità) secondo specifici “requirements” delle tubazioni o per la funzione: • • • • • • • • • • COLD INSULATED WELDED CLAMPED HANGERS STRUCTURAL VESSELS DYNAMIC SMALL DIAMETER LARGE DIAMETER HIGH PRESSURE PIPING WORKSHOP 2009 .Piping Support Collection ► Technip Italy ha sviluppato. per tutto il Gruppo Technip.SUPPORTI .SUPPORTS 27 . PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTI . ►Ogni supporto speciale avrà l’indicazione del posizionamento e relativo elenco dei materiali.Speciali Esempio disegno Supporto Speciale.SUPPORTS 28 . a cura dello stressista.) Posizionamento degli “stops” in corrispondenza dei “branch”per le linee alle macchine. Verificare gli interassi tra loops. Sarà bene indicare. MPS. soprattutto in corrispondenza delle diramazione più rigide.PIPE RACK .Design Lo studio termico dei collettori riguarda principalmente: ● ● ● ● ● ● “Flare System” e linee in pendenza che non possono avere sacche. ecc. Determinazioni carichi: ● Definire Cavalletto di ancoraggio (BL) ● Indicare come singolarità i carichi dei tutte le tubazioni con diametro 14” e superiori. ● Definire interfaccia con Elettrici e Strumentisti per percorso cavi e carichi. 65 m 70 m 75 m STOP STOP STOP STOP PIPING WORKSHOP 2009 . per facilitare il controllo degli interassi piping e la selezione della lunghezza delle scarpette.SUPPORTS 29 . e nei nodi (max spostamento raccomandato per i loops 150mm. nei cambi direzione. max spostamento raccomandato nei nodi 75mm) Posizionare “loops” e “stops” possibilmente equidistanti per bilanciare i carichi sulla struttura. gli spostamenti più significativi (oltre i 75 mm) nello studio termico. LPS. Grandi diametri (14” e sup. Limitare gli spostamenti nei cambi di direzione.) e collettori ad alte temperature (HPS. T= 340°C. 340°C PIPING WORKSHOP 2009 . PF = 89 kg/m. Std.FA MAT.SUPPORTS 30 . A106-B TEMP. 14” Sch. PT = 81 kg/m.FA 7000 FT.Studio Termico Collettori Esempio di studio termico di un collettore: Collettore Diam.PIPE RACK .2 (mm/m) x 75 (m) = 294 mm ► Dilatazione curva loop = 125 mm ► FT = 13400 N (forza di reazione termica) ► FA = 20000 N (forza di reazione d’attrito) 5000 14” FT. ► Distanza tra gli stops 70 metri ► Dilatazione totale = 4. punti fissi. ► La posizione dei punti fissi. sulla base dei P&ID emessi “IDD1”.SUPPORTS 31 . dovrebbero essere indicati a cura del Progettista Tubazioni direttamente nel modello 3D. appoggi e guide saranno verificate a cura dello Progettista Stress prima della emissione “IFC” degli schizzi. PIPING WORKSHOP 2009 . guide e dummy) sul pipe-rack. riferendosi allo studio termico collettori fatto dal Progettista Stress.PIPE RACK .Supporti ► I supporti per tubazioni (appogi. ► I supporti Speciali per i collettori sul piperack sono inusuali e di quantità trascurabili e comunque quando necessari progettati dallo Stressista. SUPPORTS 32 .Piping Stress Interface – Sezione Opere Civili Le interfaccie con le opere civili riguardano soprattutto i carichi da tubazione sui “Pipe-Rack”. MAIN PIPE SUPPORTS PIPE-RACK – LOADS DIAGRAM PIPING WORKSHOP 2009 . sulle strutture e la trasmissione delle posizione dei “Main Pipe Supports” e dei relativi carichi. quindi anche il punto B subirà come il punto A un innalzamento di 50mm. che ha la funzione di sostenere il peso della tubazione verticale. Risulta chiaro da queste considerazioni che mentre nel punto C è possibile installare un supporto rigido. Si calcolano gli allungamenti unitari per la colonna tenendo presente che la temperatura della colonna varia [((300+120):2-21) x 0. a) Lo spostamento verticale del bocchello di testa vale: L = 2. Se si suppone che il punto G è fisso. per impedire che il vento.2 mm/m (dilatazione unitaria).S. 0.2 = 12 mm.012 mm/m/°C (temp. si noterà che nel punto D è stato usato un supporto di guida.SUPPORTS 33 . nel punto F bisognerà mettere un supporto elastico che dovrà assecondare lo spostamento di quel punto. ma si innalzerà del valore dello spostamento di A meno la dilatazione del tratto B-E. Il tratto B-E si è visto che si allunga di 12mm quindi il punto E si abbasserà rispetto A e B di quest’ultimo valore.27 mm/m. PIPING WORKSHOP 2009 . Osservando la figura. si sposta verso l’alto dello spostamento del bocchello A meno il valore della propria dilatazione che avverrà in direzione opposta.Esempio Progettazione Supporti Caso Uscita vapori di testa Colonna Dati : Materiale linea e mantello colonna C. investendo la tubazione. la faccia oscillare provocando sui bocchelli carichi eccessivi.012 = 1. Temperature: fondo colonna 300°C . testa colonna e linea 120°C. si avrà che il punto F si innalzerà di un certo valore che si otterrà risolvendo un triangolo. L = 10 x 1. Rispetto alla struttura però il punto E non si abbasserà. Essendo la temperatura del tubo uguale a quella di testa della colonna abbiamo per il tratto superiore dilatazioni uguali. Dilatazione C.27 x 22 = 50 mm. della tubazione. Coeff. di montaggio 21°C).S. b) L’allungamento della tubazione vale: (120-21) x 0. quindi del valore di 50-12 = 38mm. Per questa ragione abbiamo installato potuto installare nel punto C un supporto rigido.012] = 2. Il punto E. I punti A e B non subiranno spostamenti verticali l’uno rispetto all’altro poiché il tubo ha una temperatura uniforme. ►Nel punto D si è usato un supporto di arresto che ha lo scopo di proteggere le pompe dalla dilatazione del tratto C-d che grazie a questo tipo di supporto avverrà verso il punto C.Esempio Progettazione Supporti Caso Fondo Colonna con Pompe ►Si abbia una linea isolata di acciaio al carbonio. poiché in quel punto la tubazione si alza e le pompe non sono in grado di assorbire tutto il peso delle valvole e dei tratti di tubo. che colleghi un fondo colonna con due pompe. ►Vicino al punto F si sono dovuti usare due supporti elastici. Si nota che essendo il tratto A-B sufficientemente lungo per assorbire lo spostamento verso il basso del punto A si è potuto mettere vicino al punto B un supporto rigido rappresentato da una scarpa poggiante su trave esistente. ►In prossimità del punto E si è dovuto appendere la tubazione con un tirante perché la trave esistente passava al di sopra di essa. Nel posizionare l’arresto. si è controllato che il tratto E-F fosse sufficientemente lungo da assorbire la dilatazione del tratto D-E e che il tratto B-C assorbisce anche esso le dilatazioni dei tratti A-B e C-D.SUPPORTS 34 . la cui temperatura è di 300°C. ►Dalla fig. PIPING WORKSHOP 2009 . posizionate secondo lo schema a lato e la tabella sotto.L. che sarà posizionato alla minima distanza dal bocchello (T. Per i bocchelli di testa). occorre prevedere innanzitutto un supporto di appoggio.SUPPORTS 35 . che scende lungo la stessa.Supports Design – Vertical Equipment ► In linea generale possiamo dire che per ogni linea collegata ad una colonna. e una serie di guide lungo la calata. MIN H VERTICA L SUPPORT LATERAL GUIDE H DIA. H max (mm) L max (mm) Up to 2” 3000 2000 2” to 3” 6000 3000 4” to 8” 8000 4000 10” to 24” 24” to Up 12000 5000 15000 8000 LATERAL GUIDE L PIPING WORKSHOP 2009 . su cui si saldano al montaggio i supporti.Supports on Vertical Equipment La connessione tipica dei supporti sulla colonna si realizza tramite l’impiego di: ► Piastre di ripartizione saldate in officina dal fornitore. che hanno in genere il compito di irrobustire localmente il mantello della apparecchiatura.SUPPORTS 36 . ► La trasmissione di queste informazione è fatta con il documento NM-1350-XX con cui il piping invia anche l’orientamento bocchelli e passerelle. ► Fazzoletti per supporti bullonati che sono generalmente usati per apparecchiature in servizio criogenico o quando espressamente richiesti dal Cliente oppure sono scelti per facilitare le operazioni di montaggio. ► La posizione dei supporti e dei relativi carichi (solo quelli eccedenti 2000 kgm) vengono trasmessi alla sezione PVHE. PIPING WORKSHOP 2009 . e quindi al fabbricante per verifica e produzione dei disegni costruttivi di dettaglio. Support on Vertical Equipment PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 37 . Piping Supports round Air-Coolers ► Per I supporti principali delle linee connesse con gli “air-cooler” installati sul “pipe-rack”. dovranno essere indipendenti alla struttura stessa dello “air-fin”. ► E’ bene che il progettista piping prepari degli studi con gli arrangiamenti previsti e coinvolga il PVHE e la sezione opere civili sulle soluzioni adottate. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 38 . almeno delle linee da 4” e superiori. come per il caso mostrato in figura. utilizzando il supporto STD.SUPPORTS 39 . MAIN SUPPORT A TELAIO SUPPORTO SPECIALE IN ALTERNATIVA ALLO STD WR-10 PIPING WORKSHOP 2009 . WR-10 o con supporto speciale. l’asse di riferimento del supporto deve corrispondere con l’elevazione del fondo dello scambiatore. ► Per le linee con connessione “top” dovrà essere previsto un “main support” (singolo montante o un portale) per sostenere la tubazione anche in fase di smontaggio dello scambiatore.Piping Supports round Exchangers Tubazioni connesse a scambiatori orizzontali ► Per le linee con connessione “bottom”. e compressori) devono essere del tipo regolabile per permettere un corretto allineamento delle flange di connessione con la macchina. turbine.SUPPORTS 40 . STOPS PER LIMITARE SUPPORTI A TIRANTE O MOLLA SE RICHIESTI DA CALCOLO DI STRESS ANALYSIS SPOSTAMENTI E QUINDI LIMITARE CARICHI SUI BOCCHELLI DELLE POMPE TUTTI I SUPPORTI NELLE VICINANZA DELLE MACCHINE DEVONO ESSERE REGOLABILI SUPPORTO RIGIDO REGOLABILE PIPING WORKSHOP 2009 .Piping Supports round Rotary Machinery Tutti i supporti tubazioni nelle vicinanze delle macchine (pompe. e.Guide Line . orifices) PIPING WORKSHOP 2009 . ► Due to this behavior. separator supports using skirt support • Modification of piping size • Modification of pulsation dampeners • Insertion of concentrated pressure drop (i. the design of following plant component result to be critical: • KO Drum (Suction and Discharge) and relevant supports • Compressor Dampers • Process piping and relevant supports • Instrumentation installation • Foundation ► Possible impacts of the final supply study results could be: • Heavy implementation of piping structure. tubazioni e strutture. • Heavy modification of piping supports • Large use of additional supports • Modification of vessel.Reciprocating Compressor System Design Technip Italy ha messo a punto una procedura interna per la gestione della fase di acquisto e progettazione dei compressori alternativi che riguarda i componenti principali quali separatori. ► Reciprocating compressor naturally produce pressure and flow rate pulsation in the inlet and discharge process piping due to the cyclic mode of operation.SUPPORTS 41 . pipe rack and main support. PIPING WORKSHOP 2009 . • Mechanical analysis of piping based on Vendor experience to establish the higher exciting Acoustical simulation not performed • Frequency and the max span between supports.Reciprocating Compressor System Design ► API 618 Design Approach ► Approach 1 – is appropriate for compressor at 110 kW and 35 bar. • Same analysis of approach 2 • Mechanical analysis of piping based on the real piping and support configuration • Evaluation of natural vibration frequency and of mode shape • Analysis of interaction between acoustical and mechanical system response. • Analysis of pulsation and pressure drop effect on Reciprocating Compressor Performances. • Acoustical analysis of reciprocating compressor system through analogical or digital calculator. Technip generally avoid using this kind of approach.Guide Line . ► Approach 3 – is appropriate for compressor above 373 kW and 69 bar or 110 kW and 207 bar or below 110 kW above 207 bar. optional simplified analysis of process piping in order to define critical piping length • Acoustical simulation not performed ► Approach 2 – is appropriate for compressor a t 373 kW and 69 bar or 10 kW and 207 bar.SUPPORTS 42 . • Pulsation suppression device based on proprietary or empirical analytical techniques. it is necessary to supply to the Compressor Vendor the structure drawings or equivalent stiffness.Guide Line for Reciprocating Compressor System Design Acoustical and Mechanical analysis – Information by Technip to Vendor ► Acoustical analysis: • Marked up process P&ID showing all the lines involved on the analysis • Isometric sketches of all above piping complete of type and position of supports • Piping Classes of involved piping • Data sheet and constructive drawings of all above listed items ► Mechanical analysis: • Isometric sketches of all above piping complete of type and position of supports (“logical” indication of all the constraints effects (“dynamic” and “static”) induced by supports) • Constructive drawings of piping supports • Whenever it is not possible to consider the supporting structures as rigid. etc.) ► Limit of applicability of analysis Mechanical analysis: • At order stage the Machinery section will define together with the Compressor Vendor the extent of the pulsation analysis defining the items that will permit to limit the circuit involved • In Api 618 standard are described the general guideline necessary to define the limits of the acoustical and mechanical analysis: – – – – – Large volume Large change in pipe size Piping of endless length (from hundreds of meter for heavy weight gas up to 1 km for light gases) Normally closed valves Points of gas condensation PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 43 . • External diameter and thickness of piping (mechanical line list and piping classes) • Weight of all concentrated masses (valve. ► KO Drums’ instrumentation shall be carefully fixed and reinforced with gusset. Machinery Sections. ► KO drums shall be supported by full encirclement supports of the same diameter of the vessel.Piping Design round Reciprocating Compressor KO Drums Design involves Process. PIPING WORKSHOP 2009 . Special care shall be taken when defining level instrument arrangement (PVHE dep. PVHE. The skirt should be anchored to the foundation and should be kept as short as possible. Long “arms” shall be avoided.).SUPPORTS 44 . (see Fig. Therefore the preliminary frequency value to be used in modal analysis is: • f = 2 x 1. Nevertheless.Piping Design round Reciprocating Compressor Piping Stress Design ► A preventive modal analysis of piping systems connected to Alternative Compressor shall be performed by Piping Stress Analysis section in order to minimize the impact of the vendor mechanical analysis results that is normally completed in a late stage of the engineering phase. Such frequency depends on the operation rpm (by data sheet) and is also the frequency of the “exciting” residual pressure pulsation.5 times the frequency of the “exiting” pulsation .5 rpm / 60 (Hz) ►Using this value the Piping Stress sect. performs the preliminary piping and supports design.SUPPORTS 45 . ►As a general rule the minimum mechanical natural frequency of a piping system must be at least 1. 2 next slide) ►The data required to perform the preliminary modal analysis is the fundamental frequency of the compressor. based on our experience. the most significant harmonic pulsation is the 2° one. PIPING WORKSHOP 2009 . SUPPORTS 46 . ► Overhung weight (drains. ► To locate piping supports close to elbow. T branch and cross section variations. ► To limit the use of small diameter drains and vents. ► To limit as much as possible the use of curves. It is recommended to avoid fixing these weights to other piping supports or directly to foundations. joint and reduction (piping dep) ► To locate process valves used for compressor shut down as nears possible to main header. PIPING WORKSHOP 2009 .Piping Design round Reciprocating Compressor Piping Layout and Supports Design ► To locate KO Drums as closed as possible to compressor (piping dep.) ► Keep the piping as close as possible to the ground in order too make support more stable and simpler (sleeper ways see figures next slide). and Civil dep. vents and in-line instrumentation) shall be supported with gussets connected to the piping itself. 1 below) FIG. use “friction constraints” as clamped and Hold Down supports (see fig.Piping Design round Reciprocating Compressor In order to easily solve matters due to thermal stress. 2 – PLOT REPORT OF MODAL ANALYSIS F FIG.SUPPORT PIPING WORKSHOP 2009 . 1 .SUPPORTS 47 . SUPPORTS 48 .Piping Design round Reciprocating Compressor Typical recommended layout for piping arrangement round the Reciprocating Compressor PIPING WORKSHOP 2009 . il migliore arrangiamento per rendere più flessibile la linea e diminuire il numero di supporti elastici è: ARRANGIAMENTO CONSIGLIATO PER CEDIMENTI E/O ROTAZIONI ARRANGIAMENTO SCONSIGLIATO PER CEDIMENTI E/O ROTAZIONI PIPING WORKSHOP 2009 .Piping Design round Tanks Per tenere in conto di eventuali cedimenti e delle rotazioni del bocchello “Low Nozzle” nei “Large Diameter Tanks”.SUPPORTS 49 . DIAM. riferita allo schema in figura.Span La tabella sotto.75 of L ► Nei cambi di direzione.Piping Design . fornisce le dimensioni delle campate “L” raccomandabili per il progettista “piping”. 40 40 40 40 30 30 30 30 30 STD 20 20 L (mm) 6000 7100 8100 9700 11000 12300 13800 13800 13900 14500 14500 15400 L L2 L1 L PIPING WORKSHOP 2009 . ► L1 + L2 = 0. va installata una prolunga “dummy” sulla curva. da considerare in mancanza di dati e/o prescrizioni del singolo progetto. per valori superiori di L1 e L2.SUPPORTS 50 . 2” 3” 4” 6” 8” 10” 12” 14” 16” 18” 20” 24” SCH. elenco rivestimenti e classi tubazioni). etc.SUPPORTS 51 . ► Catalogo dei fornitori selezionati per determinare le caratteristiche (dimensionali e meccaniche) dei supporti “itemizzati” (molle.) ► Raccolta dei supporti Standard del progetto e relative “Guideline” da seguire PIPING WORKSHOP 2009 . ► Disegni delle strutture ► Disegni delle apparecchiature ► Disegni “underground” ► Carichi ammissibili sulle apparecchiature (JSD-0400-02 e standard fornitori) ► Caratteristiche meccaniche e fisiche delle tubazioni (elenco linee meccanico.Piping Supports Design Per poter svolgere correttamente le precedenti attività è necessario che il progettista dei supporti disponga di una serie di informazioni di base. normalmente contenute nei seguenti documenti: ► Specifiche di progettazione per ogni singolo progetto (JSD TPIT standard armonizzate con le specifiche del cliene annesse al Contratto e con i codici locali). ► Disponibilità del modello 3D. Cat 3 e 2). PED Eq. ► Reports dei calcoli di flessibilità per tutte le linee coperte da un calcolo (in genere linee con Flexibility Level 3. schizzi assonometrici e piante tubazioni (indispensabili in caso di mancanza del modello 3D). Ciascuna di queste attività precede nel tempo la successiva e le fornisce i relativi dati di input: ► Scelta dell’ubicazione dei “supporti”.SUPPORTS 52 . ► Esame degli effetti secondari ed aggiunta di eventuali “vincoli” per limitarli od impedirli.Piping Supports Design Le attività fondamentali costituenti la progettazione dei supporti possono essere elencate in base ad un criterio di successione logica oltre che temporale. ► Valutazione degli spostamenti di carattere termico in corrispondenza delle posizioni scelte per i “supporti”. ► Scelta del tipo di “supporto”. PIPING WORKSHOP 2009 . ► Valutazione dei carichi agenti sui “supporti”. Questi supporti vivranno quindi tutte le vicissitudini della linea a partire dal Detailed Design (dopo model review al 30%) fino alla emissione per costruzione dell’isometrico. Nel primo è auspicabile che sia lo stessa progettista piping ad inserire nel modello già nelle fasi iniziali (P&ID IDD) i supporti ausiliari standard quali scarpette e dummy leg. 2. Il piping dovrà prestare particolare attenzione a segnalare eventuali modifiche del layout fatte in corso d’opera. Sarebbe preferibile permettere al supportista di lavorare su aree quasi “complete”.Work process of Supports Design Per accelerare ed ottimizzare il processo di “design” dei supporti le attività di “supports design” andrebbero divise in due step: 1. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 53 . Nel momento in cui la linea è pronta ad essere emessa per costruzione il progettista stressista provvederà a controllare i supporti previsti dal progettista piping compatibilmente con: ► ► ► ► Lo stress della linea Gli spostamenti del supporto I materiali I carichi in gioco ► Qualora si rendesse necessario sarà lo stesso stressista a modificare i supporti ed ad inserire direttamente a modello gli eventuali supporti aggiuntivi e/o speciali. ► A partire dalla Model Review al 60% (P&ID IFC) il supportista progetterà i i supporti per le linee A/E sulla base di isos forniti dal piping. a selezionare i supporti standard. grandezze. ►Per non doverle memorizzarle tutte quante. ►Ci sono diversi parametri da considerare.Support Model Selectioni . PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 54 . andrebbe ripreso e migliorato i programma SMOD presentato anche nei seminari “piping” di Technip Group. carichi. non basta conoscere la funzione assegnata. ►Per selezionare un supporto particolare.. ►SMOD è un catalogo elettronico personalizzabile a progetto che permette di navigare tra i supporti selezionando quelli applicabili. è stata creata un’utilità di chiamata SMOD che aiuta il progettista a selezionare il giusto tipo di supporto. diametri. ecc.SMOD Per facilitare i progettisti. come i materiali. utilizzato per l’approvvigionamento Support List . ► Il programma TOS prevede tre tipi di liste “reports”: 1. 2. PIPING WORKSHOP 2009 .SUPPORTS 55 . è necessario avere a disposizione una serie di liste. Material List – Elenco dei materiali con le quantità. utilizzato per la fabbricazione Line List – Elenco delle linee con ogni supporto relativo. ► Il programma TOS sviluppato all’interno della TPI s’interfaccia con i sistemi di modellazione 3D attualmente in uso. 3.Material Take Off .Elenco delle quantità di ogni singolo supporto. Material Take Off. utilizzato per l’installazione e la contabilità di cantiere. fabbricazione e montaggio dei supporti.MTO ► Per l’acquisto del materiale. prodotte automaticamente da un programma chiamato TOS. s..s. materials) Bolting c. materials) Chemical & Expansio Bolts (c.s. alloy and s. alloy and s..s.s. materials) ► Bulk materials per supporti fornito da Technip • Pipe (quantità ricavate dal MTO-1313-01 ed inserite nelle MR piping per tubazioni) ► Nei progetti TPIT i seguenti supporti (Itemized Supports) sono forniti direttamente da Technip con MR dedicate (sez.. alloy and s. materials) Flat Bars (c..s.s. La tipologia di “bulk material” è la seguente: • • • • • Shapes Plates (c. alloy and s.Support Materials ► Nei progetti TPIT il “bulk materials” per supporti è normalmente fornito dal appaltatore meccanico su quantità definite nel MTO-1313-01 prodotto dalla sezione stress.SUPPORTS 56 . Stress): • • • • Spring Hangers (variable & constant plus ancillary elemets) Tie-Rods Hangers pluss ancillary elemets Sliding Plates Special device (shock absorber and sway brace) PIPING WORKSHOP 2009 .s. Stress Analysis MR Il settore “piping-stress” è responsabile dell’acquisto dei seguenti supporti Itemizzati materiali con relative MR ► Bulk Material for Auxiliary Pipe Supports ► Cold Insulating Supports ► Hot Insulating Supports ► Variable Spring Hangers.SUPPORTS 57 .ITEMIZED SUPPORT. Tie-Rods & Rigidi Struts ► Sliding Plate & Rolls ► Shock Absorbers ► Metallic Expansion Joints ► Non Metallic Expansion Joints ► Large Diameter Lines (MR 1381-01) (MR 1382-02) (MR 1382-03) (MR 1383-01) (MR 1384-01) (MR 1386-01) (MR 1391-01) (MR 1392-02) (MR 0382-01) PIPING WORKSHOP 2009 . Caricare modelli “underground” durante la progettazione 4. indicare più chiaramente necessari per garantite i movimenti sugli schizzi il controllo dei gap al tubazione controllati. Problemi di vibrazioni delle macchine 3. Gli interassi su queste linee in fase di progettazione debbono essere almeno 2 volte quelli standard. 3..Feedback – Piping Stress e Supporti 1.SUPPORTS 58 . Impossibilità di montaggio e/o regolazione supporti su linee soggette a vibrazioni 1. 2. quali supporti per by-pass. Limitare l’uso dei supporti con rispettati al montaggio i laschi “gaps”. con altre fondazioni. canalette e underground. Layout tipici + supporti regolabili PIPING WORKSHOP 2009 . Supporti regolabili e supporti elastici adeguatamente di dimensionati 5. 4. ecc. Guide con Gaps – non sono 2. Interferenze delle fondazioni dei supporti a terra. Problemi di allineamento delle tubazioni alle macchine 5. montaggio. aspirazioni pompe. SUPPORTS 59 .Workshop Conclusion ► Grazie della partecipazione Massimo PIPING WORKSHOP 2009 .