بررسي و آناليز طول ترك در لوله‌هاي انتقال گاز

مقدمه :

گاز طبيعي به‌عنوان منبع عمده متان يكي از عمده‌ترين مواد سوختني در تأمين انرژي مي‌باشد.به دليل فراواني پراكندگي منابع گاز طبيعي درجهان، هزينه كمتر استخراج، قيمت مناسب و قابليت رقابت آن با توجه به داشتن ارزش حرارتي لازم، آلايندگي كمتر محيط زيست در مقايسه با ساير سوخت‌هاي فسيلي و ديگر امتيازهايي كه سوخت گاز دارد، باعث شده تا تحقيقات وسيعي درباره استخراج، تصفيه و انتقال آن صورت پذيرد. گاز در سال‌هاي آتي ارزش واقعي خود را در زمينه‌هاي مختلف تأمين انرژي نشان خواهد داد. حتي به عقيده كارشناسان آژانس بين‌المللي انرژي، تقاضاي گاز طبيعي تا سال 2025 دو برابر خواهد شد و بدون شك گاز طبيعي مهمترين منبع تأمين انرژي در قرن حاضر و آينده خواهد شد. سكوي دوم جهاني منابع گاز طبيعي زيرپاي كشورمان قرار گرفته است. بهره‌برداري از چنين ثروت هنگفت و بي‌زحمتي نياز به علم بالا و استفاده مناسب دارد.

به‌طور كلي و در وضعيت فعلي اقتصاد جهاني، گاز طبيعي به‌عنوان سوخت خانگي و صنعتي، سوخت براي توليد برق، ماده اوليه صنايع شيميايي و پتروشيمي (توليد آمونياك، كودشيميايي، متانول، الكلهاي سنگين‌تر، دي‌متيل اتر، اسيداستيك، الفينها، هيدروژن‌) مصرف مي‌گردد. اين محصول با ارزش و گرانبها سالهاي سال در زير اين زمين خاكي محبوس بوده تا كليه نسلهاي بشر بتواند از اين نعمت خدادادي استفاده لازم را ببرند.

ايران دومين كشور دارنده ذخاير گاز طبيعي در جهان مي‌باشد. كه اين ذخاير در زير اين سرزمين پهناور محبوس مي‌باشند. گاز درون چاه داراي مواد خورنده‌ا‌ي نظير H₂S، گوگرد و موادي است كه باعث تخريب و خوردگي تاسيسات و خطوط انتقال گاز مي‌گردند. يكي از اصلي‌ترين مشكلات در خطوط انتقال گاز ترك خوردگي و شكست لوله‌ها تحت شرايط  خوردگی است. با توجه به اينكه خطوط لوله معمولاً تحت فشار بالايي در حدود PSi1000 مي‌باشند وجود مواد خورنده در گاز طبيعي شرايط را براي ايجاد خوردگی مهيا مي‌كند. در صورتي كه فلز لوله استعداد خوردگی را دارا باشد، ترك خورده و باعث توقف پروسه انتقال مي‌گردد.

همچنين به دليل كاركرد ايستگاه‌هاي تقويت فشار در خط، تغييرات دبي، كاهش يا برداشت گاز، تغييرات فشاري در خطوط لوله ايجاد مي‌شود كه باعث ايجاد پديده خستگي مي‌گردد. مطالعات و تحقيقات متعددي در ارتباط با پديده خوردگی انجام گرفته است كه از جمله آنها مي‌توان به فانگ[1]، هان[2] و وانگ[3] تأثير پارامترهاي محيطي و مكانيكي خوردگی را بر روي لوله‌هاي x70 براي حالت نزديك خنثي بررسي نموده‌اند.. ليو[4]و دو[5] تأثير ريزساختار را بر روي ترك خوردگي خنثي در لوله‌هاي x70 در محيط‌هاي اسيدي بررسي كرده‌اند. موسينكو[6] و همكارانش شبيه سازي پيشرفت تركهاي دروني و مرزدانه‌اي را به سبب وجود خوردگی در پلي كريستالها انجام داده‌اند . [9-7]

هدف از انجام اين پايان نامه بررسي و آناليز ترك در لوله‌هاي انتقال گاز با کمک نرم افزار انسیس مي‌باشد كه اين تركها تحت شرايط خوردگی و خستگي قرار گرفته‌اند . اين دو شرايط به صورت توأمان باعث پيشرفت ترك مي‌گردند. اين تركها  در ابتدا به صورت ريزترك مي‌باشند كه در واقع تأثيري در توقف پروسه انتقال گاز ندارند. اندازه اين تركها به حدي است كه با اطمينان بالا مي‌توان اذعان كرد ، لوله مانند شرايط اوليه توليد، كيفيت لازم را دارا مي باشد. ولي پس از گذشت زمان و تأثير پارامترهاي خوردگي، خستگي، فشار در لوله باعث افزايش طول ترك و درنتيجه كاهش عمر لوله مي‌گردند. در اين پايان‌نامه شرايط واقعي خطوط لوله انتقال گاز كه تحت فشار گاز متان مي‌باشد و شرايط خوردگی و خستگي نيز مهياست شبيه‌سازي شده و مدت عمر لوله تا رسيدن به طول ترك بحراني محاسبه گرديده است.

ضمناً نتايج به دست آمده با آزمون واقعي خوردگی طبق استاندارد NACE TM0177 و APIG39  مقايسه گرديده است. با توجه به اينكه علاوه بر خوردگی پديده خستگي نيزكمي در رشد ترك تأثيرگذار است بنابراين جهت انجام آزمون واقعي 3 عدد فيكسچر ساخته شده است.

1-2 : اهمیت و ضرورت انجام تحقیق  :

با توجه به اينكه گاز بعد از خروج از چاه و گذشتن از عمليات فراورش مي‌بايست مسافت طولاني و پر پيچ وخم كوهها، دشت‌ها، رودخانه‌ها و پستي وبلندي‌هاي زيادي را طي نمايد و جهت نياز مصرف‌كنند‌ه‌هاي داخلي نظير پالايشگاهها، كارخانجات، مصارف خانگي و صنعتي وغیره استفاده شده و همچنين مقداري از آن نيز صادر گردد، لذا از خطوط لولة انتقال گاز(شكل1-1) كه بهترين نوع انتقال نسبت به روش‌هاي ديگر مانند حمل با كاميون، نفت‌كش وغیره مي‌باشد و همچنين به عنوان منبعي ذخيره كننده براي مواقع قطع گاز است در اكثر كشورها استفاده مي‌شود.

[1] – B.Fang

[2] – E.H.Han

[3] – J.Wang

[4] – Z. Liv

[5] – C. Du

[6] – Musienko

در كره زمين تقريباً 140 ميليون كيلومتر خط لوله گاز موجود است كه تقريباً چهاربرابر محيط كره زمين مي‌باشد. خطوط لوله سراسري در ايران شامل 8 خط لوله با قطرهاي 40 تا 56 اينچ مي‌باشند و جهت انتقال گاز به مناطق مختلف كشور (شکل 1-2)  در حال سرويس‌دهي مي‌باشند. مقادير انتقال گاز در هر منطقه توسط جريان سنج هاي مختلف سنجيده مي‌شوند. (جدول1-1)

شكل1-2مناطق مختلف عمليات انتقال گاز ايران                     [5]

جدول 1-1 مقادير انتقال گاز در مناطق مختلف عملياتي  [5]

با توجه به اطلاعات بالا جلوگیری از فساد ناشی از ترک و از کارافتادگی لوله بسیار حایز اهمیت می باشد تا نه تنها از خروج میلیونها دلار ارز از کشور جلوگیری شود بلکه از حوادث احتمالی جانی نیز پیشگیری شود.

 3-1اهداف مشخص تحقيق:

هدف از انجام اين پايان نامه بررسي و آناليز ترك در لوله‌هاي انتقال گاز مي‌باشد كه اين تركها تحت شرايط خوردگی و خستگي قرار گرفته‌اند و نتايج به دست آمده با آزمون واقعي خوردگی طبق استانداردNACE TM0177 و APIG39  مقايسه گرديده است. با توجه به اينكه علاوه بر SCC پديده خستگي نيز در رشد ترك تأثيرگذار است بنابراين جهت انجام آزمون واقعي از فيكسچرهایی بعلاوه روش استاندارد تست بهره مند شده ایم. بنابراين دراين پروژه سعي شده است تا با توجه به شرايط عملياتي ايستگاههاي تقويت فشار و خطوط انتقال گاز، ايجاد و رشد ريز ترك‌هاي خوردگی و تأثير پديده خستگي را ابتدا بصورت مجرا توضيح داده و سپس به صورت توامان تحليل نماييم.

نتایج این تحقیق برای صنایع نفت و گاز میتواند مورد استفاده قرار بگیرد.ئلی ماهیت تحقیق میتواند برای صنایع هوا فضا ، اتومبیل سازی و دریایی به کار گرفته شود .

 4-1ساختار پایان نامه :

در فصل اول تاريخچه و چگونگي پيدايش گاز از اكتشاف تا انتقال و مصرف بيان شده، در فصل دوم به معرفي انواع خوردگي در فولادها اشاره شده است  در فصل سوم  فرایند ساخت لوله بررسی شده است و موضوع مورد بحث در اين پروژه كه خوردگی و خستگي است در فصل چهارم در مورد آن بحث نموده‌ايم. مكانيك شكست و مودهاي مختلف ترك درفصل پنجم آورده شده و فصل ششم به شبيه‌‌سازي و تحليل ترك در حالت خوردگی و خستگي توأمان اختصاص دارد كه در اين بخش نمودارهايي رسم شده است كه رفتار ماده را بيان مي‌كند. در فصل هفتم به بررسي نتايج به دست آمده و تأثير هركدام در رشد ترك پرداخته ايم و پیشنهادات بيان گرديده است.