Bài 1. Giới thiệu tổng quan về Phân tích ứng suất đường ống

Mục Lục

I. Mục đích của phân tích ứng suất đường ống

II. Phân loại về lực tác động- Classification Of Loads

III. Vai trò của kỹ sư phân tích ứng suất đường ống Pipe Stress Engineer-PSE

Nào, Let's go!

I. Mục đích của phân tích ứng suất đường ống

Bắt đầu bằng câu hỏi tại sao” là tên của một tựa sách nổi tiếng của tác giả SIMON SINEK.

Và trước khi tìm hiểu kiến thức về Stress Analysis cũng như học cách sử dụng phần mềm Caesar II để phân tích ứng suất thì chúng ta hãy lùi lại một bước nhìn toàn cảnh và cũng bắt đầu với câu hỏi quan trọng này.

Stress bên trong đường ống là gì?

“Stress of a material is internal resistance per unit area to the deformation caused by applied load.”

Ứng suất của vật liệu là đại lượng thể hiện lực (nội lực) trên một đơn vị diện tích chống lại sự biến dạng vật liệu dưới tác động của ngoại lực.

Strain là gì?

“Strain is unit deformation under applied load”.

Strain là sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

Mối liên hệ giữa Stress-Strain:

1.Elastic region: vùng biến dạng đàn hồi

2.Yielding: vùng biến dạng dẻo vĩnh viễn

3.Strain hardening: vùng biến dạng dẻo độ cứng tăng

4.Necking & Failure: vùng biến dạng dẻo độ cứng giảm và phá hủy

Video tham khảo quá trình kiểm tra mẫu thử

Stress Analysis là gì?

Stress Analysis là quá trình tính toán, phân tích trạng thái ứng suất của vật liệu dựa vào yêu cầu của tiêu chuẩn và đưa ra giải pháp tối ưu nhất cho kết cấu (đường ống) chịu tác động của tải tĩnh (Static) và tải động (Dynamic) trong các trường hợp hoạt động như trọng lượng, nhiệt độ, áp suất bên trong và bên ngoài, dòng chảy lưu chất bên trong và ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài như gió, động đất.

WHERE-Stress Analysis ở đâu trong quá trình thiết kế Detail Engineering?

Block A: Identify the critical lines preliminary by the PSA engineers

Stress Engineer xác định các line nào quan trọng

Block B: Develop piping layout, dimension and location of expansion loop by Piping designers based on their experience and Stress

Piping Designer phát triển layout cho các line quan trọng theo kinh nghiệm

Block C: Detail Stress Analysis by PSA engineers to finalize piping routing and supports  

Stress Engineer tính toán ứng suất và advice designer để final thiết kế đường ống và gối đỡ

WHY-Tại sao chúng ta phải phân tích ứng suất trong hệ thống đường ống?

Trong quá trình thực hiện dự án EPCI, đầu tiên kỹ sư đường ống Piping designer sẽ dựa vào đầu bài như bản vẽ P&ID và những yêu cầu thiết kế cơ bản (Piping Design Basis, kinh nghiệm) để mô hình hóa hệ thống đường ống trong phần mềm 3D như PDMS, E3D, CADWorx,...vv.

Với kỹ sư dày dạn kinh nghiệm thì Routing của hệ thống đường ống sẽ linh hoạt và ngược lại nếu kỹ sư chưa có nhiều kinh nghiệm thì Routing của các đường ống sẽ không linh hoạt và có thể bị phá hủy hỏng hóc trong quá trình nhà máy hoạt động. Do đó ở giai đoạn thiết kế ban đầu

cần kỹ sư có kinh nghiệm về Layout/Design hướng dẫn và đưa ra những routing chính phù hợp

đảm bảo tính linh hoạt trong hệ thống đường ống.

Nhưng độ linh hoạt ở trên chỉ là định tính, do đó hệ thống đường ống cần được kiểm tra định lượng bởi Pipe Stress Engineer.

PSE sử dụng các phương pháp như visual, tính toán bằng các công thức đơn giản và phổ biến nhất là sử dụng phần mềm Finite Element Method (FEM) như Caesar II, AutoPipe, CAEPIPE. Đường ống quan trọng sẽ được mô hình hóa lại trong CaesarII sau đó tính toán và đánh giá ứng suất của đường ống dưới tác động các yếu tố như nhiệt độ cao, áp suất cao, rung động, vv…. Kết quả tính toán sẽ giúp kỹ sư Stress Engineer kiểm tra xem ứng suất đường ống có nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu hay có nằm trong giới hạn cho phép của các nozzle thiết bị hay không.

Ứng suất tại các vị trí khác nhau trong phần mềm Caesar II.

Kết quả tính toán, thể hiện routing của đường ống đạt yêu cầu Stress được thể hiện trong Stress Calculation Note.

Sau khi các tuyến ống đã được kiểm tra và kết luận về ứng suất và tải tác động đều nằm trong giới hạn cho phép thì tuyến ống này sẽ được triển khai chi tiết và phát hành bản vẽ AFC cho thi công.

II. Phân loại về lực tác động- Classification Of Loads

Sustained Loads

Những lực này sẽ tác động lên hệ thống đường ống trong suốt quá trình vận hành.

Ví dụ: Áp suất (Pressure), khối lượng (Weight)

Occasional Loads

Những lực này không tác động thường xuyên lên hệ thống đường ống trong quá trình vận hành.

Ví dụ: động đất, tải của gió

Expansion Loads

Những lực này do chuyển vị của hệ thống đường ống, giãn nở nhiệt,...vv.

III. Vai trò của kỹ sư phân tích ứng suất đường ống Pipe Stress Engineer-PSE

Kỹ sư đường ống Pipe Stress Engineer thực hiện những công việc sau:

● Đảm bảo rằng ứng suất trong đường ống nằm trong giới hạn quy định của code.

● Đảm bảo rằng tải (Load, moment) tại các nozzle của thiết bị kết nối với đường ống nằm trong giới hạn của nhà sản xuất hoặc giới hạn của Code.

● Tính toán tải trọng thiết kế cho giá đỡ đường ống (pipe support và restraint).

● Tính toán sự chuyển vị của đường ống, tránh sự va chạm giữa các đường ống.

● Tính toán làm rõ sự ảnh hưởng của dynamic load (Tải trọng động) như vibration, fluid hammer, relief valve discharge.

● Tối ưu hóa trong thiết kế đường ống.

● Đảm bảo việc giao diện với những bộ phận liên quan để lấy và cung cấp thông tin cần thiết.

Như vậy về cơ bản bạn đã nắm được vai trò của Pipe Stress Engineer và chúng ta cùng tham khảo Job Description bên dưới để biết yêu cầu tuyển dụng cho vị trí Pipe Stress Engineer có 5 năm kinh nghiệm sẽ như thế nào.

PIPING STRESS ENGINEER JOB DESCRIPTION

RESPONSIBILITIES

● Is responsible for the quality, budget and respect of project schedule for piping stress analysis tasks

● Reviews the Client’s technical documentation and requirements

● Is responsible for the design of all piping supports components

● Issues project piping stress specification and critical lines list

● Performs calculations of critical piping networks

● Issues loads to allow the design of pipe-rack and foundations

● Issues technical part of requisitions for all piping supports components required by stress analysis calls for tender

● Issues technical bid evaluation for all piping supports components offers

● Issues technical part of requisitions for all piping supports components purchase orders

● Reviews and approve vendors documents

● Maintains project technical files and update Company standards

● Performs the inter-disciplines checking for the part of documents in accordance with the scope of piping material section

● Checks sub-contracted discipline engineering documents in accordance with the scope of piping stress section

● Checks documents issued by piping stress engineers

● Checks the isometrics for construction of critical lines issued by the drafting office

● Assists P&ID’ section preparation for stress inputs of line list

● Informs on a permanent basis the Project Piping and Layout leader of any foreseen technical or financial or delay risk

Issues the part of the REX (feedback report) in accordance with the scope of piping stress section after contract completion

REQUIREMENTS

● Engineering Degree or equivalent

● At least 5 years of experience in the Oil & Gas Industry in both onshore and/or offshore facilities and Power Generation sector;

● At least 3 years of experience in offshore oil/gas field development projects.

● Languages: Fluent in spoken and written English

● Experience with AutoPipe and Caesar II software

● Experience with detailed design project (EPC) execution