بخشی از مقاله
خط لوله های دریایی در حین نصب تحت تاثیر نیروهای پریودیک و به تبع آن خرابی ناشی از خستگی قرار می گیرند. در این خصوص دو مسئله اساسی وجود دارد. نخست آنکه در روی شناور نصاب روش محاسباتی مشخصی جهت تصمیم گیری در خصوص رها سازی خط لوله1 یا ادامه لوله گذاری وجود نداردضمناً. روش تحلیلی خاصی بر مبنای داده های واقعی جهت تشخیص اینکه خرابی ناشی از خستگی در محدوده قابل قبول بوده است یا خیر، موجود نیست. این مطالعه حداکثر زمان مجاز نصب خط لوله را تحت شرایط متنوعی محاسبه می کند و راهکار عملیاتی لازم را ارائه می دهد. تحلیل تنش خط لوله با استفاده از نرم افزار مبتنی بر روش المان محدود OFFPIPE انجام گرفته است. روش محاسبه خستگی و معیار محدوده مجاز از استاندارد DNV استخراج شده است. در نهایت تعدادی توصیه جهت استفاده پیمانکاران نصب خط لوله و محققین علاقه مند ارایه شده است.
خطوط لوله دریایی سریع ترین، ایمن ترین و ارزان ترین رویکرد برای صادرات نقت و گاز می باشد. تکنولوژی خط لوله های دریایی در طی سه دهه اخیر به سرعت در حال پیشرفت بوده است و قابلیت های فنی آن جهت فعالیت در آبهای عمیق تر و شرایط آب و هوایی خشن تر توسعه داده شده است. همانند سایر پیشرفت های تکنولوژیک، این مورد نیز با مشکلات متعددی در هم آمیخته شده است. یکی از مهمترین مسائل موجود، خرابی ناشی از خستگی تحت اثر بارهای سیکلیک وارد شده در توسط نیروهای محیطی دریاست. خطوط لوله های دریایی باید ایمنی لازم در مقابل خستگی را در طول عمر طراحی دارا باشند. همه نوسانات تنشی که بر روی خط لوله در طول عمر طراحی اعمال می شود، شامل مرحله ساخت که دامته نوسانی و تعداد نوسانات آن قابل توجه هستند باید در تعیین عمر خستگی دراز مدت سازه مورد توجه قرار گیرند. عوامل کلی که موجب ایجاد نیروهای نوسانی در خط لوله می شوند عبارتند از:
· نیروی موج
· ارتعاش خط لوله به عنوان مثال در اثر گردابه - جریان، موج، باد، کشش - یا جریان سیال
· حرکات شناور
· نوسانات فشار و دمای سیال داخل لوله
با توجه به اینکه اغلب نیروهایی که منجر به خستگی می شوند طبیعت اتفاقی دارند، بطور معمول لازم است ملاحظات آماری در تعیین توزیع دراز مدت اثرات ناشی از خستگی مد نظر قرار گیرد. در مواردی لازم است تحلیل های طیفی مورد استفاده قرار گیرد . بطور کلی مقالات بسیار کمی در این خصوص وجود دارد. Bruschi و همکاران در سال 2015 تکنولوژی لازم و مشکلات موجود بر سر لوله گذاری در آب عمیق را مورد بررسی قرار دادند . در همین سال Dongfeng و همکاران خرابی های موجود در خطوط دریایی را مطالعه کردند . در این تحلیل دو حالت که هر دو از حالت های واقعی موجود در پارس جنوبی هستند در نظر گرفته شده است. شناور نصاب C-Master نام دارد که بالغ بر 1000 کیلومتر لوله گذاری در خلیج فارس را در کارنامه دارد. ویژگی های دینامیکی شناور با استفاده از نرم افزار MOSES استخراج شده اند. با وارد کردن خروجی MOSES در نرم افزار تحلیل تنش OFFPIPE تنش های وارد شده بر خط لوله حین نصب محاسبه می شوند. استاندارد های ناظر مورد استفاده قرار گرفته جهت تحلیل خستگی و محدوده مجاز DNV-OS-F-101 و DNVGL-RP-C203 می باشند. در پایان نتیجه گیری و بحث آورده شده است. مبنای محاسبات در این قسمت تجهیزات نصب، شرایط محیطی و روش حل به تفصیل توضیح داده شده است.
شناور نصاب
شناور لوله گذار که C-Master نام دارد در شکل زیر نشان داده شده است. مشخصات اصلی شناور نیز در جدول 1 آورده شده است. تحلیل هیدرودینامیکی و حرکات شناور با استفاده از نرم افزار MOSES انجام شده است و RAO2 شناور استخراج شده است. در ادامه این نتایج وارد نرم افزار OFFPIPE می شوند تا بدینوسیله حرکات دینامیکی شناور به نرم افزار معرفی شده باشد.
مشخصات خط لوله
مشخصات خط لوله شامل ابعاد و جنس در جدول زیر آورده شده است. دو حالت از مشخصات خط لوله شامل دو ضخامت متفاوت از پوشش بتنی در این تحلیل مورد بررسی قرار گرفته اند.
شرایط محیطی
شرایط آب و مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند که در جدول زیر آورده شده اند.
روش تحلیل
تحلیل تنش خط لوله در حین نصب با استفاده از نرم افزار OFFPIPE انجام شده است. این نرم افزار مبتنی بر روش المان محدود می باشد و از المان های تیر دو بعدی استفاده می کند. با استفاده از نتایج نرم افزار می توان بازه تغییرات تنش در موقعیت های مختلف طولی خط لوله را استخراج کرد. برای تحلیل خستگی از قانون میلر استفاده می شود. به این ترتیب که خرابی های ناشی از خستگی در حالت های مختلف با هم جمع می شوند تا خرابی کلی بدست آید. بعبارت دیگر توزیع دراز مدت نوسان تنش بصورت یک هیستوگرام در می آید که شامل یک سری تنش ثابت - σr - i و تعداد نوسانات متناظر با آن ni می باشد. بنابراین معیار خستگی یصورت زیر بدست می آید.
