Process gas piping is one of the most basic components frequently used in the refinery and petrochemical plants. Many kinds of by-product gas have been used as fuel in the process plants. In some plants, natural gas is additionally introduced and mixed with the byproduct gas for upgrading the fuel. In this case, safety or design margin of the changed piping system of the plant should be re-evaluated based on a proper design code such as ASME or API codes since internal pressure, temperature and gas compositions are different from the original plant design conditions. In this study, series of piping stress analysis were conducted for a process piping used for transporting the mixed gas of the by-product gas and the natural gas from a mixing drum to a knock-out drum in a refinery plant. The analysed piping section had been actually installed in a domestic industry and needed safety audit since the design condition was changed. Pipe locations of the maximum system stress and displacement were determined, which can be candidate inspection and safety monitoring points during the upcoming operation period. For studying the effects of outside air temperature to safety the additional stress analysis were conducted for various temperatures in $0{\sim}30^{\circ}C$. Effects of the friction coefficient between the pipe and support were also investigated showing a proper choice if the friction coefficient is important. The maximum system stresses were occurred mainly at elbow, tee and support locations, which shows the thermal load contributes considerably to the system stress rather than the internal pressure or the gravity loads.
본 연구에서는 배관 재료의 물성을 고려한 공학적 내진설계방식과 소방시설의 내진설계의 기준에 따른 사양위주의 설계방식에 대하여 비교 분석하였다. 배관 재료의 물성을 고려한 내진설계 방식의 경우는 배관에서 발생되는 비틀림 응력과 굽힘 응력의 합성 값을 통해 배관의 안전성을 분석하게 된다. 하지만 사양위주의 설계방식의 경우는 배관 재료의 안전성이 아니라 배관이 움직이는 힘을 해석하여 흔들림 방지버팀대가 견딜 수 있는지 여부를 해석하고 있다. 소화배관은 하나의 연결된 구조체로 일정구간에서 발생되는 흔들리는 힘을 통해서는 배관의 안전성을 보장받을 수 없기 때문에 배관 재료의 응력과 변위의 안전성 분석을 통해서 가능하다. 그러므로 안전성 있는 소화 설비 배관의 내진설계를 위해서는 배관 재료의 물성과 건축 구조물의 내진성능을 고려한 해석방법을 적용할 필요가 있다.
The equation of motion for the piping system conveying harmonically pulsating fluid is presented. When pulsating fluid flows, the properties of this system like mass, stiffness and damp is changing according to fluid fluctuation. To solve the steady-state time response of this system, numerical integration method of differential equation was usually used. But this method has some problem such time consuming method and difficulty of converging. Therefore this research suggests reliable and efficient numerical method to solve steady-state time response of piping system by using displacement assumption method.
한국마린엔지니어링학회 2001년도 추계학술대회 논문집(Proceeding of the KOSME 2001 Autumn Annual Meeting)
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pp.3-7
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2001
Although elbows are commonly used in practice, many questions regarding the optimum arrangement still remain unanswered. The effect due to an elbow lasts for a considerable distance downstream of the elbow and is severe when two elbows are in the system. The goal of this study is to provide an effective guide for the optimum arrangement of elbows and the optimum design of the approach piping system.
Recently there have been many concerns on structural integrity of nuclear piping under seismic loadings. In terms of failure of nuclear piping due to seismic loadings, an important failure mechanism is low cycle fatigue with large cyclic displacements. To investigate the effects of seismic loading on low cycle fatigue behavior of nuclear piping, the cyclic behavior of materials and nuclear piping needs to be accurately estimated. In this paper, the non-linear finite element (FE) analyses have been carried out to evaluate the effects of three different cyclic hardening models on cyclic behavior of materials and nuclear piping, such as isotropic hardening, kinematic hardening and combined hardening.
Piping systems play an important role in gas and oil transferring system. In the piping system, there are many elements, such as valves and flow meters. In order to check their normal operating conditions, each signal from each element is displayed on the monitor in the pipe control room. By the way, there are several accidental cases in the piping system even if all signals from the local elements are judged to be normal on the monitor in the control room. Further, opposite cases often happen even the monitor shows abnormal while the local elements work normal. To overcome this abnormal functions, it is not so easy to construct the environment in which sensors detecting the working states of all elements installed in the piping system. In this paper, a new non-contact measurement technique which can calculate the elements' delicate displacements by using a PIV(particle image velocimetry) and diagnose their working states by using a neural network is proposed. The measurement system consists of a host computer, a micro system, a telescope and a high-resolution camera. As a preliminary test, the constructed measurement system was applied to measure delicate vibrations of mobile phones. For practical application, a pneumatic system was measured by the constructed system.
Vibration has been severly increased at the branch pipe of main steam header since the commercial operation of nuclear power plant. Intense broad band disturbance flow at the discontinuous region such as elbow, valve, and header generates the acoustical pulsation which is propagated through the piping system. The pulsation becomes the source of low frequency vibration at piping system. If it coincide with natural frequency of the pipe system, excessive vibration is made. High level vibration due to the pressure pulsation related to high dynamic stress, and ultimately, to failure probability affects fatally the reliability and confidence of plant piping system. This paper discusses vibration effect for the branch pipe system due to acoustical pulsations by broad band disturbance flow at the large main steam header in 700 MW nuclear power plant. The exciting sources and response of the piping system are investigated by using on-site measurements and analytical approaches. It is identified that excessive vibration is caused by acoustical pulsations of 1.3 Hz, 4.4 Hz and 6.6 Hz transmitted from main steam balance header, which are coincided with fundamental natural frequencies of the piping structure. The energy absorbing restraints with additional stiffness and damping factor were installed to reduce excessive vibration.
Throughout the practical process engineering design and commissioning 8E startup experiences focused on chemical process safety, the review of design and installation of the thermal relief valve with its surrounding facility in a chemical plant piping system is made to help the better understanding of the piping system of characteristics of thermal relief valve which Is consisting of theoretical approach, correlation in terms of temperature and pressure increase caused by external heat supply in a piping system, consideration of thermal relief valve design, pressure relieving system of serial thermal relief valves and exception of their installation. It is earnestly recommended that following topic should be implemented during thermal relief valve design, installation and normal operation as well.
For improving the seismic performance of the nuclear power plant (NPP) piping system, attempts have been made to apply a dynamic absorber (DA). However, the current piping DA design method is limited because it cannot provide the globally optimum values for the target design seismic loading. Therefore, this study proposes a seismic time history analysis-based DA optimal design method for piping. To this end, the Kriging approach is introduced to reduce the numerical cost required for seismic time history analyses. The appropriate design of the experiment method is used to increase the efficiency in securing response data. A gradient-based method is used to efficiently deal with the multi-dimensional unconstrained optimization problem of the DA optimal design. As a result, the proposed method showed an excellent response reduction effect in several responses compared to other optimal design methods. The proposed method showed that the average response reduction rate was about 9% less at the maximum acceleration, about 5% less at the maximum value of the response spectrum, about 9% less at the maximum relative displacement, and about 4% less at the maximum combined stress compared to existing optimal design methods. Therefore, the proposed method enables an effective optimal DA design method for mitigating seismic response in NPP piping in the future.
In a large diameter piping system, high frequency energy can produce excessive noise, high vibration, and failures of thermo-well, instrumentation, and attached small-bore piping. High frequency energy is generated by flow induced vibration like vortex shedding in orifices and valves. Once this energy is generated, amplification may occur from acoustical and/or structural resonances, resulting in high amplitude vibration and noise. At low frequencies, pipe vibration occurs laterally along the pipe's length, but at higher frequencies, the pipe shell wall vibrates radially across its cross-section. The simple beam analogy which is based on the beam mode vibration can not be applied to evaluate shell mode vibration. ASME OM3 recommends that the stress be measured directly by strain gauge and be evaluated according to the fatigue curves of the piping material. This Paper discusses the excitation and amplification mechanism relevant to high frequency energy generation in piping system, the monitoring method of the shell mode vibration in ASME OM3, the evaluation method generally used in the industry. Finally this paper presents the stress evaluation of the cavitating venturi down stream piping, where high frequency shell mode vibrations were observed during the operation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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