بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، تحلیل اجزای محدود پارامترهای شکست در لوله های انتقال گاز و نفت با تقویت کننده کامپوزیتی بررسی شده است. به این منظور، به بررسی نحوه ترمیم یک لوله فولادی که درزمینه انتقال گاز کاربرد دارد و دارای یک ترک طولی و یک ترک زاویه دار است، پرداخته شده است. پارامتر های ورودی مدل سازی شامل طول ترک، عمق ترک بررسی شده است. به منظور بررسی میزان تاثیر ضخامت وصله کامپوزیتی بر بهبود مسئله، از ضخامت های مختلفی استفاده شده است. تمامی داده های بدست آمده از تست های انجام شده در قالب نمودار های تغییرات فاکتور شدت تنش، ارائه شده است. تمامی پارامتر های وصله کامپوزیتی ثابت بوده و ضخامت لمینیت تغییر کرد؛ نتایج نشان می دهد افزایش ضخامت کامپوزیت جهت ترمیم مقاومت لوله را افزایش می دهد.
-1 مقدمه
کشور ایران به علت داشتن منابع عظیم نفت و گاز، وسعت زیاد و استفاده از سوخت های هیدروکربوری به عنوان مهمترین منبع انرژی، دارای خطوط لوله انتقال نفت وگاز فراوانی است. یکی از آسیب های تهدید کننده لوله های انتقال نفت وگاز، ایجاد ترک در لوله به واسطه خوردگی موضعی تدریجی، تأثیرات خستگی در محل های تمرکز تنش یا برخورد اشیاء تیز با لوله و امثال آن می باشد. به علت تمرکز تنش شدید در اطراف این گونه ترک ها، لوله های ترک دار نسبت به رشد ناگهانی ترک و شکست ترد بسیار آسیب پذیر می باشند. از آنجا که نشت مواد سوختی از محل این شکستگی ها می تواند سبب احتراق شدید یا انفجار شده و تبعات جانی یا خسارات مالی قابل ملاحظه ای را در برداشته باشد، اتخاذ تصمیم مناسب و به موقع جهت تعویض یا ترمیم لوله های ترک دار از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.اگرچه روش های متعددی جهت ترمیم لوله ها موجود می باشد ولی روش ترمیم و تقویت لوله به کمک وصله های کامپوزیتی ازمزایای ویژه ای برخوردار می باشد. پیشرفت علم مکانیک شکست در دهه های اخیر و توجه به بهره برداری بهتر از قطعات، باعث شده است که محققین و مهندسین راه هایی برای کنترل رشدترک پیشنهاد کنند. یکی از پرکاربردترین این روشها استفاده از وصله های تقویت کننده است. این وصله ها می توانند از جنسهای مختلف باشند، ولی وصله های کامپوزیتی به علت راحتی نصب و عدم ایجاد نقاط تمرکز تنش جدید در قطعه کاربرد بیشتری یافته اند. آیت الهی و همکاران [1] یک لوله ترک دار انتقال نفت یا گاز تحت فشار داخلی ناشی از سیال را مورد مطالعه قرار دادند. لوله مورد مطالعه دارای ترکی راه به در است که از سطح داخلی آن به سطح بیورنی ادامه یافته است. صفحه ترک می تواند نسبت به محور طولی لوله زوایای مختلفی داشته باشد. برای ترمیم ترک از وصله کامپوزیتی استفاده شده است. به کمک روش المان محدود و با استفاده از نرم افزار Ansys 10 لوله مورد نظر برای حالت های با وصله و بدون وصله کامپوزیتی مدل سازی و حل شده است. نتایج این تحقیق همچنین نشان می دهد که در صورت افزایش طول ترک، ضریب شدت تنش افزایش می یابد. با این وجود استفاده از وصله کامپوزیتی برای طول ترک های بزرگتر بهبود بیشتری را در استحکام لوله ترک دار ایجاد می کند.
غفاری و همکارش[2] به مطالعه اثر کامپوزیت های شیشه اپوکسی در نرخ رشد ترک - در بارگذاری خستگی - در لوله های کامپوزیتی پرداخته اند. برای این منظور از نرم افزار Ansys استفاده شده و برای ایجاد بارگذاری فشار داخلی لوله به صورت سیکلی دچار تغییر گردیده است. آنها در تحقیقشان اثر ضخامت را بر روی نرخ رشد ترک مورد بررسی قرار داده اند. پاکروان و مشکلانی[3] بیان نمودند که لوله های زیر زمینی در سراسر جهان برای انتقال نفت، گاز، آب، فاضلاب و حفاظت از کابلهای مخابراتی و خطوط انتقال نیرو استفاده می شوند. آنها نحوه استفاده از تکنولوژی کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف جهت تعمیر، بازسازی و تقویت خطوط لوله آسیب دیده مورد بررسی قرار گرفته شد. انواع سیستم های موجود در این زمینه مانند ورقه های پیش آغشته و لایه چینی تر، ارائه گردیده و در ادامه فرایندهای بدون نیاز به حفاری بر پایه رو ش قالب گیری انتقالی رزین - RTM - معرفی شده اند. نتایج نشان می دهد که با توسعه و پیشرفت فن آوری FRP در سال های اخیر، امکان استفاده اقتصادی از آن برای انواع خطوط لوله آسیب دیده فراهم گردیده است، به گونه ای که نتایج و محاسبات انجام گرفته حاکی از عملکرد با دوام لوله تعمیر شده با این روش، تحت شرایط کارکردی واقعی است. زمزم و الشریف[4] در مطالعه خود به بررسی اثر مواد کامپوزیت در بهسازی لوله انتقال بر اساس علم مکانیک شکست پرداختند تا بتوانند جا به جایی ها، مقدار فشار قابل تحمل و تنش و کرنش محل تخریب شده را تعیین نمایند. جونز و کالینان[5] وصله کامپوزیتی برایتقویت لوله های انتقال گاز و نفت که بحث خوردگی و نشتی نیز در آنها مهم است، می تواند استفاده شود. دوئل و همکارانش[6] در یک مطالعه که هم به صورت آزمایشگاهی و هم به صورت
