بخشی از مقاله
خلاصه
در مطالعه حاضر برای مدل کردن خوردگی سازه های فولادی دریایی و در نتیجه آن بدست آوردن قابلیت اعتماد این سازه ها و پیرو آن بدست آوردن احتمال خرابی در دراز مدت ، از فرآیند استوکستیکی مارکوف استفاده نمودیم.همچنین با داشتن احتمال خرابی مربوط به تمام سالهایی که سازه در حالت بهره برداری قرار دارد نمودار احتمال خرابی را ترسیم نمودیم و و با پیشنهاد مدلی به زمان های تعمیر و بازرسی سازه های فوق دست پیدا کردیم.
در این تحقیق از مدل خوردگی ملچرز استفاده نمودیم و این مدل را پایه محاسبات این تحقیق قرار دادیم.به دلیل کمبود داده خوردگی درمنطقه جزرومدی مجبور به استفاده از داده های سوابق تحقیقاتی مختلفی شدیم که سابقاً در سه سایت تحقیقاتی اندازه گیری شده بودند.به دلیل اختلاف شرایط منطقه ای هر کدام از این سایت ها ، یک ایده تصحیح دمایی جهت ترکیب داده ها و همگن نمودن آنها ارائه نمودیم.با این کار به22 گروه داده دست پیدا نمودیم که جهت یک کار آماری کفایت می نمود..برای محاسبه و بدست آوردن مدل فوق به گونه ای که بتوان از آن برای برآورد دقیق خوردگی این منطقه در دراز مدت استفاده نمود از زبان برنامه نویسی فرترن بهره گرفتیم.
-1 مقدمه
قابلیت اعتماد سازه های فولادی در معرض خوردگی ناشی از آب دریا ، بسیار مورد توجه برای سازه های فولادی ساحلی و نیز فراساحلی می باشد.این سازه ها اغلب گران بوده و در صورت وقوع خرابی پیامدهای پیچیده و نیز هزینه های فراوان در بر خواهند داشت.از آنجا که خوردگی سازه های فولادی موجب استهلاک مقاومت سازه ای به صورت تدریجی در طول زمان می شود ، اگر بتوان با انجام تدابیری به زمان بهینه تعمیرات آنها دست پیدا کرد ، می توان در هزینه تعمیرات لازم در عمر سازه نیز صرفه جویی نمود.
همچنین می توان با کمک محاسبات قابلیت اعتماد سازه و با در نظر گرفتن فرآیندهای احتمالاتی مناسب ، زمان مناسب برای انجام بازرسی و تعمیرات سازه را تخمین زد .از آنجا که خوردگی دریایی پدیده ای پیچیده بوده و تحت اثر عوامل مختلفی ایجاد می گردد و هر یک دارای نا اطمینانی های مربوط به خود می باشند ، لذا تعجبی ندارد که مشاهدات متفاوتی برای اتلاف های خوردگی در سازه ها و در نقاط مختلفی از جهان داشت و نیز حتی مشاهدات مختلفی از اتلاف خوردگی در یک سازه در معرض آب دریا در یک زمان و یک مکان معین ملاحظه نمود.
هر چند اصولاً نا اطمینانی هر یک از فاکتورهای ذکر شده ایستیب مطالعه و در محاسبات لحاظ گردند، اما متاسفانه، این در عمل امکان پذیر نیست. معمولاً ، آنچه در یک عملیات واقعی در نظر گرفته می شود ، انجام تعدادی آزمایش روی آب دریای تحت مطالعه می باشد. نمونه هایی از این آزمایشات در تحلیل های آماری برای استنباط مدل های احتمالاتی مورد استفاده قرار می گیرند. [2],[3,[4 ] فرآیند گاما و فرآیند استوکستیکی مارکوف نمونه هایی از مدل های احتمالاتی ای هستند که می توانند مورد استفاده قرار گیرند.
-2 ضرورت و اهمیت تحقیق
اگر تغییرات شاخص ایمنی وابسته به زمان را شبیه به نمودار زیر در نظر بگیریم به سادگی می توان دریافت که در صورت انجام تعمیرات دیر هنگام ، سازه از بین می رود و همچنین انجام تعمیرات بدون در نظر گرفتن زمان مناسب باعث افزایش هزینه تعمیر و نگهداری آن خواهد شد. لذا محاسبات قابلیت اعتماد سازه میتواند در یافتن زمان بهینه انجام تعمیرات کمک نماید و همچنین برنامه ریزی بازرسی های دوره ای و اقدامات تعمیراتی به موقع برای نگهداری سازه های دریایی گران قیمت ، کشتی ها و لوله های انتقال نفت و گاز و سایر سازه های حیاتی مهم فولادی دریایی را ممکن میسازد.
شکل -1 نمودار تغییرات شاخص ایمنی در طول زمان
-3 انواع خوردگی
خوردگی را به روشهای مختلف طبقهبندی نمودهاند،ولی عمومیترین آنها طبقهبندی بر اساس ظاهر و شکل فلز خورده شده میباشد.در این روش با مشاهده فلز خورده شده با چشم غیر مسلح به راحتی میتوان نوع خوردگی آن را مشخص نمود.در بین انواع خوردگی ، میتوان 9 نوع منحصربه فرد را پیدا نمود ولی تمام آنها کم و بیش وجه تشابهی دارند که به شرح ذیل می باشند:
خوردگی یکنواخت, 1 خوردگی گالوانیک یا دو فلزی2 ، خوردگی شیاری 3 ، حفرهدار شدن 4 ، خوردگی بین دانهای 5 ، جدایش انتخابی 6 ،خوردگی سایشی7 ، خوردگی توأم با تنش 8 ،خسارت هیدروژنی 9 در مطالعه حاضر نتایج مربوط به خوردگی یکنواخت سازه های فولادی دریایی در مدل سازی لحاظ خواهد شد.
-1-3 خوردگی یکنواخت
خوردگی یکنواخت معمول ترین و متداولترین نوع خوردگی است .معمولاً به وسیله یک واکنش شیمیای یا الکتروشیمیایی به طور یکنواخت در سرتاسر سطحی که در تماس با محلول خورنده قرار دارد، مشخص میشود فلز نازک و نازکتر شده و نهایتاً از بین میرود و یا تجهیزات مورد نظر منهدم میشوند . به طور مثال، یک قطعه فولادی یا روی در داخل یک محلول رقیق با سرعت یکسانی در تمام نقاط قطعه خورده میشود. این نوع خوردگی بالاترین آمار را دارد و عمر تجهیزات خورده شده را با قرار دادن نمونه هایی در داخل محلول خورنده میتوان تخمین زد.
-4 مدل های خوردگی
مدل های مختلفی جهت نمایش دادن رفتار خوردگی فولاد در معرض آب دریا در طی زمان ارائه شده اند.هر کدام از این مدل ها نقاط ضعف و قوت مربوط به خود را دارند.به دلیل پیچیدگی رفتار خوردگی و طبیعت خاص آن در محیط های مختلف و همچنین انواع مختلفی که دارد ، ارائه مدلی جامع و کامل از رفتار خوردگی خصوصاً در دراز مدت بسیار پیچیده بوده و نیازمند انجام آزمایشات دقیق در طول زمان دارد.
از میان این مدل ها ، مدل ساده توان [1] C - t - atb که یک مدل وابسته زمانی است ، مدل آقای کارلوس سورس1 - شکل - 2و مدل آقای رابرت ملچرز2 - شکل[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11] - 3 از مقبولیت بیشتری برخوردار هستند.مدل های پیشنهاد شده برای توصیف مقدار میانگین خوردگی های فولاد بر حسب زمان مورد استفاده قرار می گیرند. بر اساس مدل پیشنهادی آقای سورس ، خوردگی پس از گذر زمان به یک مقدار خاص محدود میگردد. به این معنا که خوردگی پس از رسیدن به یک مقدارخاص متوقف می شود
.در حالی که نظر آقای ملچرز با آقای سورس متفاوت است.آقای ملچرز خوردگی را به چهار فاز پی در پی تقسیم بندی می کند ، همانطور که در شکل3 نشان اده شده است. دو فاز اول عمدتاً تحت تاثیر وجود اکسیژن می باشندو به این علت به آنها فازهای هوازی گفته می شود.فاز اول که بسیار کوتاه مدت است رفتاری خطی دارد و توسط تمرکز اکسیژن در مجاورت سطح فولادی سازه کنترل می گردد.فاز دوم توسط مقدار نفوذ اکسیژن با توجه به واقعیت افزایش ضخامت لایه حاصل از خوردگی و به تبع آن کاهش نفوذ اکسیژن سبب می گردد که خوردگی کاهش یابد و فرآیند بر حسب زمان به شکل غیر خطی درآید.
این فازهای کنترل شده توسط اکسیژن نهایتاً در نقطه AP خاتمه می یابند.این نقطه از نگاه تئوریک ، نقطه ای است که در آنفرآیند هوازی خوردگی به فازهای عمدتاً غیر هوازی 3 و 4 تغییر می کند.فاکتورهای متفاوتی در این فازهای جدید - فازهای غیر هوازی3 و - 4 مشارکت دارند که از جمله آنان می توان فعالیت های باکتریایی در آب دریا را ذکر کرد.شواهد قابل توجهی وجود دارد که نشان می دهند که فرآیند خوردگی نهایتاً نرخ یکنواختی را به خصوص در دراز مدت به خود خواهد گرفت . این رویداد در شکل 3 در فاز 4 به شکل یک خط نمایش داده شده است .این فاز بخشی از مدل می باشد که متناسب ترین حالت را در خوردگی های دراز مدت نشان می دهد.
پارامترهایی که چهار فاز یاد شده را توصیف می نمایند توسط ملچرز و همکارانش [8],[6] با داده های موجود خوردگی کالیبره شده اند.فاز 4تماماً توسط مقدار اولیه C0 و شیب rc تعریف میگردد.برای کالیبره کردن پارامترهای مدل و لحاظ کردن متغیرهای با اهمیت بالاتر در دراز مدت می توان تصور کرد که اتلاف خوردگی به صورت خیالی در زمان صفر شروع شده و بعداً در نقطه ای دیگر در زمان ، شکل واقعی خود را می گیرد.این نقطه مقدار در نظر
گرفته خواهد شد.بنابراین فاز 4، به شکل ریاضیاتی با عبارت rct C - t - C0 نمایش داده می شودکه در آن C0 مقدار - خیالی - اولیه و rc نرخ خوردگی دراز مدت می باشند.
تلاش های گذشته در کالیبره کردن پارامترهای مدل نشان داده اند که دمای میانگین آب دریا ، متغیر با اهمیتی بوده است.[8],[6]همانگونه که در ادامه شرح داده خواهد شد ،این متغیر برای سازگار کردن داده های اخذ شده از منابع مختلف مورد استفاده قرار خواهد گرفت.متغیرهای دیگری نیز می توانند روی خوردگی موثر باشند و لذا بر روی تغییرپذیری آن نیز موثر باشند.با این وجود این متغیرها می توانند به داده هایی که از نمونه های مختلف خوردگی استخراج گشته اند به طور مستقیم مرتبط دانسته شوند.تغییرپذیری ها می توانند به گروه های زیر تقسیم بندی گردند:
الف - تفاوت های میان کوپن ها - ورق های کوچک که به عنوان نمونه برای اندازه گیری اتلاف خوردگی استفاده می شوند - که در شرایط یکسان در محل های مختلف آزمایش می باشند.
ب - تفاوت هایی که در فولادهای مشابه - یا تقریباً مشابه - از نظر ترکیب - آلیاژی - که در یک محل آزمایش واحد مشاهده می شوند .
شکل -2 مدل پیشنهادی آقای سورش
شکل-3 مدل پیشنهادی ملچرز
همانطور که بعداً از داده های موجود برداشت شده ملاحظه خواهد شد ، خوردگی در طول زمان به طور پیوسته افزایش می یابد و متوقف نمی گردد بنابراین می توان استنباط نمود که مدل ملچرز تطابق بیشتری با داده های موجود گزارش شده در این مطالعه دارد.از این رو در این تحقیق ضمن بیان ویژگی های این مدل، از آن به عنوان پایه مدلسازی احتمالاتی استفاده خواهد شد.
