بررسي و آناليز طول ترك در لوله‌هاي انتقال گاز

 

فهرست مطالب

 

 

           صفحه                                             عنوان                                                         

فصل اول : مقدمه

1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 2

فصل دوم: مروری بر منابع

2-1 مروری بر پژوهش‏ها…………………………………………………………………………. 7

2-2 خوردگی……………………………………………………………………………………… 10

2-3  هزينه هاي خوردگي ……………………………………………………………………… 10

2-4 محیط های خورنده…………………………………………………………………………. 10

2-5 تعریف خوردگی الکتروشیمیایی ……………………………………………………….. 11

2- 6 مفاهیم در الکتروشیمی خوردگی……………………………………………………….. 12

  2-6-1 تعریف واژه الکترود……………………………………………………………….. 12

  2-6-2 تعریف الکترولیت…………………………………………………………………. 12

  2-6-3 واکنش های مرتبط با الکترود……………………………………………………. 12

  2-6-4 تشکیل پیل ها با دو الکترود……………………………………………………… 13

2-7 تعریف خوردگی ترمودینامیک  ………………………………………………………… 15

2-8 پتانسیل و دانسیته جریان مورد نیاز حفاظت کاتدی…………………………………. 16

 2-8-1 پتانسیل…………………………………………………………………………………. 16

  2-8-2 دانسیته جریان……………………………………………………………………….. 16

2-9 پتانسیل برگشت پذیر  ……………………………………………………………………. 17

2-10 سینتیک خوردگی ………………………………………………………………………… 19

   2-10-1 تعریف پتانسیل استراحت……………………………………………………….. 19

   2-10-2 مقدمه ای بر پتانسیل اضافی ……………………………………………………. 20

   2-10-3 مفهوم پلاریزاسیون ……………………………………………………………….. 21

2-11 بررسی نمودار تافل ……………………………………………………………………… 23

   2-11-1 معادله بر حسب پتانسیل اضافی ………………………………………………. 24

2-12 حفاظت کاتدی……………………………………………………………………………. 26

  2-12-1 حفاظت کاتدی به روش آند فدا شونده ……………………………………… 27

  2-12-2 حفاظت کاتدی به روش جریان اعمالی ……………………………………… 28

2-13 بررسی پارامترهای حفاظت کاتدی در خوردگی…………………………………… 31

2-14 معادله ریاضی جهت استفاده در مدل سازی  ……………………………………… 31

2-15 المان مرزی………………………………………………………………………………… 34

   2-15-1 استفاده از دیورژانس و گرین در روش المان مرزی……………………….. 36

   2-15-2 بررسی جواب اساسی…………………………………………………………….. 39

   2-15-3 به دست آوردن جواب اساسی………………………………………………….. 40

2-16 تعیین معادله انتگرال در نقاط مرزی………………………………………………….. 43

   2-16-1 ناحیه انتگرال گیری برای نقاط داخلی………………………………………… 44

   2-16-2 به دست آوردن انتگرال مرزی برای مرزها…………………………………… 46

   2-16-3 به دست آوردن معادله در مرز بی نهایت ……………………………………. 49

2-17 حل معادلات انتگرالی با روش المان مرزی………………………………………… 51

فصل 3 : شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی با استفاده از منحنی پلاریزاسیون

3-1 روش حل……………………………………………………………………………………. 56

3-2 فرضیات اعمال شده مساله……………………………………………………………….. 58

3-3 تعیین تعداد المان های بهینه در مدل دو بعدی………………………………………… 60

  3-3-1 تعیین تعداد المان های بهینه روی لوله…………………………………………. 60

     3-3-2 تعیین تعداد المان های بهینه روی آند ………………………………………… 61

     3-3-3 تعیین تعداد المان های بهینه در مرز بی نهایت …………………………….. 62

3-4 بررسی مدل سازی سه بعدی…………………………………………………………….. 63

3-5 تعیین المان های بهینه برای مدل سه بعدی……………………………………………. 64

     3-5-1 تعیین تعداد المان های بهینه روی لوله ……………………………………….. 64

     3-5-2 تعیین تعداد المان های بهینه روی آند ………………………………………… 65

     3-5-3 تعیین تعداد المان های بهینه در مرز بی نهایت …………………………….. 66

3-6 فرضیات اعمال شده مساله در حالت سه بعدی………………………………………. 67

3-7 منحنی پلاریزاسیون روی لوله……………………………………………………………. 68

     3-7-1 منحنی پلاریزاسیون خط لوله مدفون در خاک……………………………….. 68

     3-7-2 منحنی پلاریزاسیون خط لوله مدفون در آب…………………………………. 69

3-8 مدل سازی مرز در بی نهایت…………………………………………………………….. 71

     3-8-1 نحوه شبکه بندی در مرزها ……………………………………………………… 72

3-9 روش المان مرزی در حل مساله………………………………………………………… 74

3-10 حل عددی مساله…………………………………………………………………………. 74

3-11 نحوه حصول اطمینان از عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی…………………… 78

3-12 الگوریتم برنامه…………………………………………………………………………….. 78

     3-12-1 الگوریتم کلی برنامه شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی………………… 79

     3-12-2 الگوریتم محاسبه ماتریس G………………………………………………….. 80

     3-12-3 الگوریتم محاسبه ماتریس H………………………………………………….. 82

     3-12-4 الگوریتم حدس اولیه برای پتانسیل روی لوله و جریان روی آند……… 83

فصل 4 : نتایج و تحلیل

4-1 مقدمه………………………………………………………………………………………….. 91

4-2 مدل سازی دو بعدی حفاظت کاتدی…………………………………………………… 91

    4-2-1 بررسی توزیع پتانسیل روی لوله با تغییر فاصله آند تا لوله……………….. 92

    4-2-2 بررسی توزیع پتانسیل سطح لوله با تغییر اندازه آند………………………… 93

    4-2-3 بررسی تاثیر نوع خاک……………………………………………………………. 94

4-3 شبیه سازی لوله به صورت سه بعدی…………………………………………………… 96

    4-3-1 توزيع پتانسيل روي لوله با يك آند……………………………………………. 96

    4-3-2 بررسی توزيع پتانسيل روي لوله با دو آند…………………………………… 97

     4-2-3 بررسی توزیع پتانسیل روی لوله با وجود پوشش ناقص………………….. 98

فصل 5 : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 نتیجه گیری………………………………………………………………………………… 102

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………. 103

منابع

منابع………………………………………………………………………………………………… 105

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                                            صفحه

جدول 3-1 :پارامترهای پیش فرض شبیه سازی سیستم حفاظت کاتدی……………….. 59

جدول 4-2 : فرضیات به کار رفته در مدل سه بعدی………………………………………. 67

 

 

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                        صفحه

شکل 2-1: نمونه پیل الکترولیتی………………………………………………………………….. 14

شکل 2-2: ترمودینامیک خوردگی مس و یون های مس …………………………………… 15

شکل 2-3: نمودار پتانسيل به شدت جريان و تعیین ميزان جريان حفاظت …………….. 17

شکل 2-4 : مفهوم آند فدا شونده با استفاده از پتانسیل برگشت پذیر…………………….. 18

 شکل 2-5 : منحنی پلاریزاسیون برای خوردگی فلزات…………………………………….. 21

شکل 2-6 : تفاوت پتانسیل اضافی و پلاریزاسیون……………………………………………. 22

شکل 2-7 : نمودار تافل برای الکترود مس و یون های مس……………………………….. 24

شکل 2-8 : حفاظت کاتدی به روش آند فداشونده…………………………………………… 28

شکل 2-9 :سیستم حفاظت کاتدی به روش جریان اعمال…………………………………… 30

شکل 2-10 : یکسو کننده در جریان اعمالی و یک نمونه از آند مصرفی………………… 30

شکل 2-11 : مقایسه روش های عددی در شبکه بندی مرزها……………………………… 35

شکل 2-12 : ناحیه محاسباتی به صورت شماتیک……………………………………………. 36

شکل 2-13 : شکل به مرکز چشمه نقطه ای X^’………………………………………………. 41

شکل 2-14 : نقاط داخلی برای تعیین انتگرال مرزی………………………………………… 44

شکل 2-15 : جداسازی مرز برای نقاط مرزی…………………………………………………. 47

شکل 2-16 : زاویه داخلی برای نقاط در مرز…………………………………………………. 48

شکل 2-17 : ناحیه بی نهایت…………………………………………………………………….. 50

شکل 2-18 : شبکه بندی با المان ثابت…………………………………………………………. 52

شکل 2-19 : شبکه بندی با المان خطی………………………………………………………… 52

شکل 2-20 : شبکه بندی با المان درجه دو……………………………………………………. 52

شکل 3-1: مدل دو بعدی سیستم حفاظت کاتدی لوله مدفون در خاک………………….. 58

شکل3-2: تعداد المان های بهینه برای شبکه بندی لوله………………………………………. 60

شکل 3-3: تعیین تعداد المان های بهینه روی مرز آند در حالت دو بعدی……………… 61

شکل3-4:المان های بهینه برای شبکه بندی مرز بی نهایت………………………………….. 62

شکل3-5: مدل سه بعدی لوله با یک آند………………………………………………………… 63

شکل3-6: المان های بهینه روی لوله در مدل سه بعدی……………………………………… 64

شکل3-7: تعیین المان های آند در مدل سه بعدی…………………………………………….. 65

شکل3-8: المان های بهینه برای مرز بی نهایت………………………………………………… 66

شکل3-9: نمونه منحنی پلاریزاسیون فولاد در الکترولیت خاک……………………………. 69

شکل3-10: مدل حفاظت کاتدی در شبکه بندی به روش مرز در بی نهایت……………. 73

شکل3-11: مدل حفاظت کاتدی در شبکه بندی به روش جعبه……………………………. 73

شکل3-12: نمودار جریان حل حفاظت کاتدی با استفاده از BEM……………………… 75

شکل 4-1: توزیع پتانسيل روي کاتد با آند ثابت و فاصله های مختلف آند تا کاتد…… 92

شکل 4-2: پتانسيل کاتد با اندازه های مختلف آند……………………………………………. 94

شکل 4-3: پتانسيل روي سطح لوله به ازای خاک‏های مختلف…………………………….. 95

شکل 4-4: معیار حفاظت از خوردگی…………………………………………………………… 95

شکل 4-5: توزیع پتانسیل روی سطح لوله در خاک رس با یک آند در فاصله  cm10      96

شکل 4-6: بررسی خوردگی در سطح کاتد با دو آند به صورت متقارن…………………. 97

شکل 4-7: کاتد با پوشش ناقص در بخش میانی لوله ……………………………………… 99

شکل 4-8: توزیع پتانسیل روی استوانه با پوشش ناقص و یک آند………………………. 99