بخشی از مقاله
چکیده
بروز انواع ترک و نیز کاهش ضخامتهای موضعی و عمومی ناشی از خوردگی در تجهیزات و سازه سکوهای دریایی باعث افت خواص مکانیکی و نهایتاً حوادث غیر مترقبه میگردد. استفاده از روشهای سنتی به صورت کارگرم شامل برشکاری و جوشکاری، به جهت برخی ملاحظات ایمنی با محدودیتهای عملیاتی مواجه بوده و مستلزم توقف تولید میباشند. از اینرو طی سالهای اخیر استفاده از مواد کامپوزیتی به عنوان روشهای نوین تعمیراتی مطرح شده است. در این مطالعه سعی گردیده است با استفاده استانداردهای مربوطه و نیز تجارب شرکتهای صاحب فناوری، امکان استفاده از مواد کامپوزیتی جهت تعمیر سازه و تجهیزات سکوهای دریایی به همراه الزامات مرتبط با طراحی، اعمال، ارزیابی کیفی و بازرسی مورد بررسی قرار گیرد.
مقدمه
خوردگی اتمسفری سازه و تجهیزات سکوهای دریایی از جمله مهمترین معضلاتی است که بخش فراساحل صنایع نفت و گاز در دنیا با آن مواجه میباشند. علاوه بر خوردگی بیرونی سکوهای دریایی که به واسطه اتمسفر خورنده دریایی ایجاد میشود، خوردگی داخلی تجهیزات و پایپینگ و خطوط لوله نیز به واسطه عوامل خورنده همچون H2S و CO2 و یون کلراید درون آب همراه مواد هیدروکربنی باعث کاهش ضخامتهای عمومی، موضعی و در برخی موارد ترکهای ناشی از خوردگی میگردند .[1]
چنانچه خوردگی های ایجاد شده در تجهیزات و سازه فلزی کنترل و تعمیر نشوند بهسرعت میتوانند باعث تخریبسکو و نتیجتاً کاهش بهرهبرداری و در نهایت توقف تولید گردد. بنابراین تعمیرات بهعنوان بخشی مهم از مدیریت نگهداری تجهیزات از اهمیت فراوانی برخوردار است. هرچند سعی میگردد خوردگی بیرونی سکوهای دریایی توسط عملیات رنگآمیزی کنترل شود لیکن در طول بهرهبرداری تعمیرات دورهای پوشش سکوها از اهمیت ویژهای برخوردار است. با این حال تعمیر پوشش سکوهای دریایی به واسطه ضرورت رعایت الزامات ایمنی ناشی از عملیات آماده سازی سطح قبل از رنگآمیزی با محدودیتهای جدی مواجه بوده و بعضاً تعمیرات پوشش رنگ سکوها مستلزم توقف تولید میباشد.
از این رو در برخی موارد محدودیتهای فوق الذکر مانع از تعمیر به موقع پوشش سکوها میگردد و لذا خوردگی اتمسفری به صورت فزایندهای گسترش یافته به نحوی که در برخی موارد کاهش ضخامت های ناشی از خوردگی باعث افت استحکام مکانیکی سازه و تجهیزات شده که در این صورت هرچند عملیات رنگآمیزی سکوها مانع از گسترش بیشتر خوردگی میگردد لیکن در استحکام بخشی مجدد به سکو قادر به ایفای نقش نمیباشند.
در این شرایط تعمیرات سکوها با تعویض قطعات و المانهای آسیب دیده ناشی از خوردگی در دستور کار قرار می گیرد. برشکاری و جوشکاری و استفاده از کلمپهای تقویت کنندهاصولاً به عنوان بخشی از روشهای مرسوم در انجام تعمیرات محسوب میگردند که در این ارتباط استفاده از کلمپهای تقویت کننده باعث افزایش وزن و تغییر در بارهای دینامیکی میشود. همچنین برشکاری و جوشکاری نیز به دلیل ماهیت کارگرم، و به جهت رعایت الزامات ایمنی، مستلزم قطع جریان چاهها و توقف تولید بوده و در صورت عدم مجوز توقف تولید ریسک بروز انواع تخریبهای ناشی از خوردگی به مرور زمان افزایش مییابدضمن. اینکه تعمیرات مورد اشاره مخصوصاً در بخشهایی که در تماس با آب دریا میباشند از ملاحظات ویژهای برخوردار بوده بطوریکه انجام آنها را زمانبر، با هزینههای بالا و ناایمن مینماید. از این رو طی سالهای گذشته استفاده از مواد کامپوزیتی جهت انجام تعمیرات سکوهای دریایی به ویژه در صنایع نفت و گاز مورد توجه کشورهای صاحب فناوری قرار گرفته است.
مواد کامپوزیتی به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد در زمینه مقاومت به رطوبت، مواد شیمیایی، استحکام، مقاومت به سایش، وزن سبک در مقایسه با فلزات، عایق حرارتی، عایق الکتریکی، هزینه و سرعت بالای اعمال و امکان تعمیر قطعات و اشکال پیچیده از جایگاه ویژهای در تعمیرات سکوهای دریایی و خطوط لوله برخوردار میباشند 2] و.[3 اکثر روشهای تعمیری توسط مواد کامپوزیتی بر مبنای اعمال لایه تقویت کننده در سطح بیرون سازه یا تجهیز به منظور جبران کاهش ضخامت ایجاد شده ناشی از خوردگی و در نتیجه افزایش ضریب ایمنی و افزایش طول عمر مفید آنها میباشد. امروزه مواد کامپوزیتی در دامنه وسیعی از شرایط سرویس قابل استفاده هستند. این مواد میتوانند در شرایط 10 تا 50 درجه سانتیگراد توسط اپراتورهای ماهر اعمال شوند. شایان ذکر است محدوده دمایی کارکرد تابع نوع کامپوزیت و فشار سیال میباشد و مواد کامپوزیت معمولاً در محدوده دمایی -50 تا +150 درجه سانتیگراد پایدار میباشند.
در استانداردهای ISO 24817 و ASME PCC-2 - Part 4 - و DNV-RP-C301 به ارزیابی، طراحی، نصب، آزمون و بازرسیهای مربوط به تعمیرات طیف گستردهای از تجهیزات تحت فشار و المانهای سازه های دریایی با استفاده از مواد کامپوزیتی پرداخته شده است 4]و5و.[6 پیش از اجرای تعمیرات با استفاده از مواد کامپوزیتی ضروری است دستور العمل طراحی آن تدوین گردد. به منظور بررسی جنبههای طراحی میبایست مد تخریب بحرانی1 بررسی گردد. بدین منظور درذیل مقدمتاً انواع عیوب مورد ارزیابی قرار گرفتهاند.
انواع عیوب
بر اساس استاندارد ISO 24817 و استاندارد ASME PCC-2 - Part 4 - که از جمله استاندارد های اصلی در تعمیرات توسط مواد کامپوزیتی می باشند انواع عیوب مورد اشاره در جدول 1 ارائه را میتوان به دو گروه کلی تر شامل عیوب راهبدر2 و عیوب غیر راهبدر3 تقسیمبندی نمود.
- عیوب راهبدر از جمله انواع نشتیها؛
- عیوب غیرراهبدر از جمله فرورفتگیهای ناشی از ضربات مکانیکی4 ، خوردگیهای داخلی و خارجی، کاهش ضخامت و غیره. با توجه به موارد ذکر شده، در تعمیرات می بایست موضوعات ذیل مورد توجه قرار گیرد:[4]
در مواردی که مربوط به وجود ترک های طولی6 و گوج ها7 میشود به دلیل نوع عیب و امکان رشد آن طی زمان بهرهبرداری، ملاحظات بیشتری می بایست مد نظر قرار گیرد. درخصوص تعمیرات دو عیب فوق الذکر با مواد کامپوزیتی لازم بهذکر است اگرچه تعمیر با کامپوزیت تنش در نوک عیب را کاهش میدهد لیکن این کاهش تنش ممکن است منجر به عدم رشد ترک نگردد. لذا به دلیل احتمال رشد ترک در تجهیزات و سازه سکوهای دریایی که در حال بهرهبرداری با لرزش1 مواجه میباشند، تعمیرات عیوب فوق شرایط خاصی را میطلبد.
مدهای تخریب2
بطور کلی دو مد تخریب برای تجهیزات تعمیر شده با کامپوزیت مطرح میشود که تابع نوع عیب در فلز پایه میباشد. در عیوب غیر راهبدر، شکست احتمالی از بین لایههای کامپوزیت اتفاق میافتد و چنانچه عیب راهبدر باشد احتمال شکست بحرانی کامپوزیت بهدلیل کاهش استحکام چسبندگی بین کامپوزیت با فلز پایه از محل اتصال کامپوزیت با فلز پایه مطابق شکل 1 اتفاق خواهد افتاد. بنابراین در طراحی سامانههای تعمیراتی توسط کامپوزیتها شناخت نوع عیب و ارزیابی ریسک بسیار مهم است. ارزیابی ریسک مرتبط با دو مقوله عیب و روش تعمیر، می بایست بطور کامل پیش از انتخاب و اعمال سامانه تعمیری انجام گیرد. عواملی که می بایست در ارزیابی ریسک مورد توجه قرار گیرند به شرح ذیل میباشند:
- ارزیابی ماهیت عیوب و محل قرارگیری آنها ؛
- شرایط طراحی و عملیاتی محل تعمیر - شامل فشار، دما، سایز تجهیز و ترکیب این مولفه ها - ؛
- عمر تعمیر؛
- هندسه محل تعمیر؛
- موارد ایمنی مرتبط با اجرای تعمیرات؛
- میزان مهارت اپراتورهای روش تعمیری؛
- سهولت در اجرای عملیات آماده سازی سطحی قبل از تعمیرات؛
- عوامل مخرب عمده شامل ضربه، سایش، آتش سوزی، انفجار ، تصادف و بارهای محیطی؛
- اقدامات عملیاتی شامل رعایت الزامات ایمنی حین تعمیرات شامل مجوز کار، آزمون گاز و حفاظت در برابر آتش در منطقه اطراف محل تعمیر؛
- مکانیزم آسیب های وارده؛
- انجام بازرسی ها به صورت چشمی و نیز آزمونهای غیر مخرب؛
- متریال مورد استفاده جهت تعمیرات؛
با توجه به ارزیابی ریسک مورد اشاره در مرحله قبل، ردههای تعمیراتی در استاندارد ISO 24817 معرفی میشوند، که در جدول 2 به طور مختصر ارائه شدهاند.
