مقاله بررسی علل شکست و بهینه سازی تعمیر لوله های GRP در صنایع پتروشیمی

بخشی از مقاله

بررسي علل شکست و بهينه سازي تعمير لوله هاي GRP در صنايع پتروشيمي
چکيده
در حال حاضر از لوله هاي فايبرگلاس تحت عنوان GRP ١ به دليل مزاياي اقتصادي بالا جهت انتقال آب و سيالات خورنده در صنايع گوناگون استفاده ميشوند. به طوري که در صنايع نفت ، گاز و پتروشيمي همچنين انتقال آب و فاضلاب بصورت گسترده در حال بکار گيري ميباشد. امروزه با توسعه کاربرد روز افزون اين لوله ها در صنايع مختلف ، بررسي دلايل شکست محيطي و تعمير و نگهداري آن نقش به سزايي يافته است . با تحليل دلايل شکست ميتوان حجم زيادي از تعمير و نگهداري و هزينه آن را کاهش داد و از آنجايي که محل ترميم ، ضعيف ترين قسمت هر سازه محسوب ميشوند، تحليل و طراحي قسمت هاي ترميمي، در درجه اول اهميت قرار دارند. تعمير لوله هاي GRP به وسيله جوشکاري (اتصال دستي) انجام ميگيرد که براي دستيابي به بيشترين استحکام ، بهينه سازي تعداد لايه هاي اعمالي و روش انجام کار مورد بررسي قرار خواهد گرفت . عوامل ذکر شده روي خواص مکانيکي تاثير زيادي داشته و تاثير هر يک از عوامل بررسي ميگردد. جهت کنترل جوشکاري انجام شده ، مي توان به بررسي آزمون تعيين مقاومت کشش طولي پرداخت .. تعدادي شکستگي شبيه سازي شده و به وسيله جوشکاري لوله ها به يکديگر متصل ميگردد. قطعات ساخته شده تحت بارگذاري کششي قرار ميگيرد. در نهايت تاثير پارامترهاي فوق در ترميم لوله هاي GRP مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت . در پايان روش بهبود و تعمير لوله ها ارائه ميگردد.

واژه هاي کليدي
لوله فايبر گلاس ، بهينه سازي، ترميم لوله ، پتروشيمي، جوشکاري

مقدمه
کامپوزيت ها رده اي از مواد پيشرفته هستند که در آنها از ترکيب مواد ساده به منظور ايجاد موادي جديد با خواص مکانيکي و فيزيکي برتر استفاده شده است . اجزاي تشکيل دهنده ويژگي خود را حفظ کرده در يکديگر حل نشده و با هم ممزوج نمي شوند. استفاده از اين مواد در طول تاريخ نيز مرسوم بوده است . امروزه در بسياري از کاربردهاي مهندسي، به تلفيق خواص مواد نياز است و امکان استفاده از يک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را برآورده سازد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنايع هوا فضا به موادي نياز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشد. مقاومت سايشي و مقاومت در برابر نور ماورا؛ بنفش خوبي داشته باشد و در دماهاي بالا استحکام خود را دست ندهد. از آنجا که نميتوان ماده هايي يافت که همه خواص فوق را دارا باشد، بايد به دنبال روشي براي ترکيب خواص مواد بود که اين راه حل همان مواد کامپوزيت است [ ١].. انتخاب لوله GRP به عنوان يک ماده با صرفه ، مقاوم در برابر خوردگي، روش بهتري در مقايسه با لوله هاي فولادي پوشش دار يا فولاد ضد زنگ و انواع فلزات ديگر ميباشد. اين لوله داري استحکام و عمر مفيد مناسب ميباشد در صورتي که اين لوله ، اصولي توليد و نصب گردد بالغ بر ٥٠ سال کارايي دارد که اين عمر، دو تا سه برابر عمر مفيد لوله هاي از جنس ديگر با قيمت مشابه ميباشد. استفاده از آن ، سبب حذف پوشش هاي داخلي، خارجي و يا حفاظت کاتدي در سيستم ميگردد و هزينه تعمير ونگهداري آن بسيار کم ميباشد. لوله GRP داراي انعطاف پذيري وسيعي در طراحي ميباشد و در ناحيه وسيعي از قطرها استاندارد کاربرد دارد [ ٢]. درصنايع نفت ، گاز و پتروشيمي ، 1لوله هاي GRP در توزيع وانتقال آب دريا و سيالات خورنده مورد استفاده قرار گرفته اند که شکستگيهاي پياپي در طول مسير، ثبات و تداوم توليد را با مخاطرات بيشماري روبرو نموده است ..
عصايي(١٣٨٦) به بررسي رفتار طولاني مدت لوله هاي پليمري تقويت شده با الياف شيشه (GRP) پرداخته است و بيان نمود که لوله هاي GRP بر خلاف لوله هاي فلزي دچار خوردگي نميشوند اما در اثر بارگذاري فشاري و خمشي در درازمدت ممکن است که در اثر پديده خزش دچار شکست شوند. از اين رو ارزيابي عمر خزشي اين لوله ها در طراحي خطوط سيال اهميت ويژه اي دارا مي باشد
[٣].رضويان و همکاران (١٣٩٠) در تحليل شکست لوله هاي کامپوزيتي رشته پيچي تحت بار گذاري مرکب به روش اجزا محدود بر اساس زاويه پيچش و چينش اجزا بيان نمودند که با دقت و مقايسه در مقادير شکست و تنش ، مشخص شد که نقش تنش محوري در تعيين رفتار شکست لوله ، در اين حالت از بارگذاري بيشتر است [٤]. کرمي و جوادپور (١٣٩١) در بررسي آناليز واماندگي در کپسول کامپوزيتي، تاثير همزمان تغيير تعداد لايه ها و کسر حجمي الياف تقويت کننده را تحليل نموده و به نتايج مطلوبي دست يافتند
[٥]. سودن و همکاران (١٩٨٩) نشت و شکست لوله هاي رشته پيچي شده GRP با زاويه ٥٥ ± درجه را بررسي کرد و نتيجه گرفت که استحکام شکست بسيار بسته به تعداد حلقه رشته پيچي شده به نسبت تنش محوري ميباشد و اشاره کرد که شکست به صورت نشتي، در تنش بسيار پايين تر شکست نهايي رخ داده است [٨].
Nan و همکاران (٢٠١٣) تجزيه و تحليل ساختاري و طراحي بهينه لوله هاي GRP بر اساس خواص مواد مورد بررسي قرار دادند و با بررسي ويژگيهاي شکست در مواد بر اساس قدرت و شکستگي ويژگيهاي مواد ديواره لوله را مورد مطالعه قرار دادند و يک فرمول براي محاسبه ضخامت ديواره لوله مطلوب ارائه کردند [٩]. تحقيق و بررسي دلايل شکست و تعمير صحيح لوله ها GRP مقوله بسيار مهمي ميباشدکه ميتوان تاثير بسزايي در کاهش هزينه و ثبات
توليد دارد. بررسي دلايل شکست و پارامترهاي تعمير صحيح اين لوله ها از اهميت بسياري برخوردار ميباشد که متاسفانه به طور جدي توسط سازنده و شرکتهاي تعميراتي در نظر گرفته نميشود اين مسئله باعث افزايش تعداد توقفهاي فرايندي به دليل شکست مداوم لوله هاي ميگردد [٦].
مواد و روش پژوهش
در تعمير لوله هاي فايبر گلاس GRP مورد استفاده در صنعت نفت و گاز و پتروشيمي فقط پيوندجوشي با رزين هاي ترموست استفاده ميشود. در ابتدا موضع آسيب ديده مشخص ميگردد و دلايل آسيب مشخص ميگردد. بسته به قطر لوله و امکان دستيابي
به داخل لوله به دو روش صورت ميگردد.

شکل ١- پيوند بدون چسب و بازسازي استري، از خارج لوله تا قطر ٦٠٠ ميليمتر (وقتي که : قطر لوله به اندازه کافي بزرگ نباشد و
يا وارد شدن بداخل لوله ممکن نشود) [٧].

شکل ٢- پيوند با چسب و بازسازي آستري، از داخل لوله از قطر ٦٠٠ ميليمتربه بالا (صرف نظر از قطر لوله ، وارد شدن بداخل لوله ممکن شود) [٧].
مواد اوليه و لازم جهت پيوند جوشي
• رزين ترموست (HETRON922)
• نوارهاي سي گلاس ، مت ، روئينگ حصيري با ابعاد و اوزان مناسب
• کاتاليست ، شتاب دهنده و مواد افزودني مختلف
• استون يا حلال هاي مشابه وسايل و ابزار لايه گذاري آماده سازي
در صورت امکان موضع شکستگي به صورت طولي بصورت کامل جدا گرديده و با لوله جديد جايگزين و فيداب ميگردد. در صورت عدم امکان جايگزيني، لايه موجود از داخل و خارج تعمير ميگردد.
آماده سازي رزين
١- در داخل ظرف مقدار لازم از رزين اپوکسي (HETRON922) بريزيد.
٢- رزين را با سه دهم در صدکبالت و٠,٠٢٥ درصد دايمتيل (DMA) مخلوط گرديد.
٣- مقدار مورد نياز از کاتاليست (١,٢٥در صد)به آن اضافه کنيد.
٤- مخلوط را کاملا بهم بزنيد تا مخلوطي همگون بدست آيد.
در اين مقطع رزين آماده استفاده ميباشد. حدود ٣٠ دقيقه طول ميکشد تا سخت شدن آغاز گردد.
بازسازي آستري از داخل
کاربرد دو لايه سي گلاس ( در تماس با سيال ) و دو لايه مت (٣٧٥ يا ٧٥٠ گرم بر متر مربع ) آغشته به زرين از قسمت داخل ميباشد در اين حالت
ناحيه کونيک (پيوند با کونيک کوتاه )، بايد با چسب (بتونه ) پر گردد.
تراز بودن و ثابت بودن دو انتهاي پيوند جوشي را کاملا بررسي شد.
چسب (بتونه ) را با توجه به دستورالعمل هاي مشخص آن آماده گرديد.
چسب را با کاردک اعمال نموده و تمام جاهاي خالي را پر شد.
 بعد از پر کردن ناحيه کونيک ، چسب را به حال خود رها کنيد تا با توجه به شرايط تعيين شده ، بدون حرکت دادن يا ضربه زدن به قطعات ، پليمريزه شده و سرد گردد.
اولين پوشش رزين را بر روي سطح داخلي که بايد لايه گذاري گردد اعمال ميگردد.
دو لايه مت آغشته به رزين و دو لايه سي گلاس اعمال شد.
با يک چرتکه پوشش نهايي با رزين (در صورت نياز مخلوط با پارافين ) قسمت در تماس با سيال اعمال شد.
بازسازي آستري از خارج
• اولين لايه رزين از قبل آماده شده را بر روي سطح لوله اعمال شد.
• يک نوار از مت (از نوع E) را اندازه گيري کرده ، برش زده و با آغشتن با رزين ، اعمال گردد( با در نظر گرفتن نسبت وزني رزين به الياف سوزني (مت ) حدود ٢ به ١ الياف را روي آن ).
• وقتي بسته بر وري سطح پيوند لوله اعمال گرديد مراقب شد تا چروک نخورد
• حباب هوا را با استفاده از رول حذف گرديد.
• اطمينان کافي از ترشدگي و فشردگي حاصل گرديد.
• يک نوار از پارچه بافته شده را اندازه گيري کرده ، برش زده و با آغشتن با رزين ، اعمال گرديد.