بخشی از مقاله
چکیده:
لوله هاي فولادي ساخته شده مطابق استاندارد API-5L ، در صنایع نفت و گاز کاربرد وسیعی دارند. طبق بررسی هاي انجام شده، یکی از دلایل اصلی شکست لوله هاي با استحکام بالا - رده Gr.X60 و بالاتر - به هنگام کاربرد، ترك ناشی از خوردگی تنشی - Stress Corrosion Cracking - است که از مهمترین، شایع ترین و غیر قابل پیش بینی ترین عیوب درخطوط لوله است و در بیشتر موارد بدون کاهش در ضخامت لوله منجر به شکست آن می گردد. SCC می تواند متأثر از محیط بیرون و محیط درون خط لوله باشد. خوردگی - داخلی، خارجی - ، آلیاژمستعد، شرایط محیطی - محیط بیرونی، محیط درونی - و برآیند تنشهاي وارده روي لوله که خود مشتمل بر فشار داخلی سیال - Hope Stress - ، تنشهاي پسماند - - Residual Stress و تنشهاي ثانویه - - Secondary Stress ناشی از نشست، لغزش و وزن خاك روي لوله می باشد. از مهمترین دلایل در ایجاد این نوع عیب می باشند. در این مقاله سعی بر آن شده علل اصلی شکست خطوط لوله فولادي رو زمینی و زیر زمینی حاوي سیال نفت و گاز ساخته شده مطابق استاندارد API 5L بررسی گردد، سپس حوادث مشابهی که به این دلایل رخ داده مورد ارزیابی قرار گیرند و در نهایت اقدامات و راه کارهاي مورد نیاز جهت جلوگیري از رخ دادن چنین حوادثی توضیح داده شود.
- 1 مقدمه :
نفت و گاز اگر چه مهمانان تازه وارد تاریخ بشرند. اما در همین مدت کوتاه چنان فربه و فراگیرشده اند که بسیاري از مهمانان دیگر علوم و فناوري را متأثر کرده اند. امروزه مفهوم انرژي تقریباً به این واژه تحویل می شود و نزاعهاي جهانی برسرآن در می گیرد. آماج بمباران تأسیسات و خطوط لوله در جنگها این واقعیت را نشان می دهد. قریب به %75 این منابع در مناطق دور از بازار مصرف واقع می باشند. در این میان خطوط لوله بعنوان مهمترین ابزار جابجایی این دو ماده حیاتی، شریان اقتصاد و تجارت بسیاري از کشورها محسوب می شوند. این لوله ها بعضاً در فشار طراحی بالا معادل 75 تا 80 درصد تنش اسمی خود بارگذاري می شوند.
در چنین شرایط کاري سازه ها در واقع نوعی مخزن فشارقوي هستند و ایمنی و بی نقص بودن آنها حائز اهمیت فراوان براي مهندسین و طراحان خطوط لوله است.با توجه به هزینه اي که ساخت، نصب، راه اندازي، بهره برداري، نگهداري و تعمیر خطوط لوله در بردارد، طبیعی است که خطوط لوله در کانون توجه فناوري قرار گیرند و هزینه هاي پژوهشی هنگفتی براي کاهش خسارات خطوط لوله در هر مرحله از ساخت تا تعمیر صرف می شود. به این خسارات مادي باید خسارات زیست محیطی را نیزافزود که در جهانی اینچنین رنجور، اهمیتی مضاعف یافته اند.
جمهوري اسلامی ایران با برخورداري از 14 هزارکیلومتر خطوط لوله انتقال نفت و بیش از 22 هزار کیلومتر خطوط لوله انتقال گاز داراي طولانی ترین شبکه خطوط لوله نفت وگاز در خاورمیانه می باشد، که با طرحهاي در دست طراحی و اجرا این کشور را می توان مهد صنعت لوله سازي و اجراي طرحهاي خط لوله در منطقه خاورمیانه و یکی از مهمترین کشورهاي دنیا دانست، از سوي دیگر شرایط منحصر به فرد ایران از نظر حجم منابع هیدروکربوري و همچنین جایگاه کشور در میان کشورهاي همسایه و منطقه خاورمیانه، ایران را به شاه راه انتقال انرژي و نقطه اتصال منابع انرژي خاورمیانه و کشورهاي منطقه به بازارهاي اروپا و آسیاي جنوب شرقی مبدل نموده است.
اما باید در نظر داشت اگر خط لوله اي دچار حادثه شود می تواند گاهی اوقات فجایعی انسانی و زیست محیطی جبران ناپذیري مانند حادثه خط لوله گاز در ونزوئلا که منجر به مرگ 51 نفردر سال 1993 گردید اشاره نمود.لذا با بحث و بررسی در مورد عوامل تخریب خطوط لوله که از مهم ترین آنها خوردگی، آلیاژ مستعد، شرایط محیطی، تنش و نوع سیال می باشد و همچنین با ارائه روشهاي نوین بازرسی و پایش می توان از وضعیت خطوط، احتمال وقوع حوادث و پیامدهاي آن آگاهی یافت و با بکارگیري تمهیدات لازم امکان دستیابی به اهدافی از قبیل ایمنی خطوط، تداوم انتقال انرژي، حفاظت از محیط زیست، جلوگیري از خسارات جانی و مالی و اتلاف منابع انرژي را فراهم نمود.
بر اساس آمار انجمن خطوط لوله انرژي کانادا 73 درصد ترکهاي ناشی از خوردگی تنشی، طولی بوده که با توجه به عمود بودن جهت ترك به جهت تنش می توان نتیجه گرفت عامل اصلی ترکهاي طولی، خوردگی تنشی می باشد.تجربه ثابت کرده است خوردگی تنشی متأثراز محیط خاك و خوردگی متأثراز سیال دو علت اصلی شکست خطوط لوله فولادي در تأسیسات نفتی میباشند.در این مقاله ضمن بررسی علل اصلی شکست طولی در خطوط لوله فولادي رو زمینی و زیر زمینی حاوي سیال نفت و گاز ساخته شده مطابق استاندارد API 5L، حوادث مشابهی که به این دلایل در خط لوله 16" زیر زمینی گاز و خط لوله"6روزمینی جریانی نفت خام رخ داده مورد ارزیابی قرار گرفته و در نهایت اقدامات راهکارهاي جلوگیري از رخ دادن چنین حوادثی توضیح داده شده است.
- 2 خوردگی تنشی متأثر از محیط خاك - Environmental Assisted Cracking -
هرکدام از عوامل اصلی شکست ذکر شده در بالا خود شامل زیر متغیرهاي دیگري نیز میگردند. به عنوان مثال تنها در محدوده شرایط محیطی خاك عواملی مانند دما، PH، میزان کربنات و بیکربنات، میزان رطوبت در حد فاصل پوشش و جداره-خارجی لوله، محدوده ولتاژ حفاظت کاتدي، نوع و وضعیت چسبندگی پوشش، هدایت الکتریکی خاك، میزان یونهاي سدیم، پتاسیم، کلسیم، کلر، اکسیژن محتوي، جریانهاي سرگردان، فعالیت باکتریها، عمر خط لوله، فاصله محل شکست تا ایستگاههاي تقویت فشار و... ، جهت خطوط لوله زیرزمینی بر وقوع یا تشدید خوردگی خارجی موثر میباشند.خاك تودهاي متشکل از مواد معدنی، مواد آلی، آب و گازها میباشد، که خورندگی آن از دو دیدگاه قابل بررسی است. نخست آنکه تا چه میزان میتواند نقش الکترولیت را خوب ایفاد کند، دوم آنکه آیا داراي باکتریها یا سایر مواد خورنده است یا خیر.
مقاومت الکتریکی خاك، که خود تابع عواملی همچون جنس، دما، رطوبت و ناخالصیهاي موجود در خاك است، میزانالکترولیت بودن خاك را تعیین میکند. فعالیت میکروارگانیسمها نیز از دیگر دلایل خورندگی خاك است، خانواده اي از باکتریهاي بیهوازي، Sulfate Reducing Bacteria نام دارد که موجب تهی شدن لایه هیدروژن در مجاورت دیواره لولهمیگردد. این لایه هیدروژن در صورت وجود تا حدي لوله را در برابر خوردگی حفاظت میکند که با حضور این باکتري این حفاظت از بین میرود. خاك داراي نمک یا سولفات، محیط مورد علاقه این باکتري است و لایه سیاه سولفید آهن چسبیده به لوله گواه این فعالیت است. اثر دیگر خاك به مقدار PH آن بستگی دارد. که با توجه به میزان PH، خوردگی تنشی محیطخاك به سه دسته تقسیم می شود.
-1 خوردگی تنشی محیط خاك با PH بالا PH - High PH S.C.C - بیشتر از 8 و محیط بازي -2 خوردگی تنشی محیط خاك با PH پایین PH - Low PH S.C.C - کمتر از 4 و محیط اسیدي -3 خوردگی تنشی محیط خاك با PH نزدیک نرمال PH - Near Neutral S.C.C - بین 5 تا7در High PH S.C.C ترك برداري بین دانه اي است و معمولأ آثار کمی از خوردگی عمومی همراه با ترك برداري وجوددارد. محلول کربنات بی کربنات غلیظ شده با PH حدود 7 تا 10/5 به عنوان محتمل ترین محیط براي این نوع ترك برداري شناخته شده است. این محیط در سطح لوله به علت اعمال حفاظت کاتدي ایجاد می شود. در Near Neutral S.C.C ترك برداري درون دانه اي است و همراه با خوردگی سطوح ترك و در برخی موارد همراه با خوردگی سطوح خارجی لوله می باشد.
به لحاظ آلیاژي معمولا لولههاي تولیدي بر اساس استاندارد API 5L به خصوص رده هاي X52 تا X80 مستعد خوردگی تنشی محیط خاك میباشند و با افزوده شدن استحکام تسلیم وسختی ریسک وقوع خوردگی تنشی افزایش می یابد، بدیهی است لولههاي API 5L با در نظر گرفتن ناخالصیهاي ساختاري و حضور حفرات و شیارهاي ناشی از خوردگی، شرایط مستعدي را براي وقوع این نوع آسیب دارا هستند. از این رو خوردگی تنشی محیط خاك به نوعی ترك خوردگیهاي متاثر از محیط اطلاق میگردد که اغلب در خطوط لوله زیر زمینی مشاهده میشود و تاثیر توأمان دو پدیده خوردگی و تنش بالاتر از حد آستانه را همراه دارد. این نوع آسیب با نفوذ خاك و رطوبت به فضاي بین پوشش و جداره خارجی آن آغاز شده و با شروعخوردگیهاي موضعی بسیار ریز و به تبع آن تمرکز تنش موضعی و ایجاد ترك و گسترش متناوب آن ادامه می یابد.منشأ تنش در این نوع خوردگی معمولأ فشار داخلی سیال - - Hope Stress، تنشهاي مانده - Residual Stress - و تنشهاي ثانویه - Secondary Stress - می باشد.
- 1-2 خوردگی تنشی محیط خاك به لحاظ شکل ظاهري
- خوردگی تنشی مجزا - Isolated S.C.C -
- خوردگی تنشی مجتمع - Colony S.C.C -
در نوع اول اغلب یک ترك واحد دیده میشود که به صورت شاخهاي گسترش مییابد، اما در نوع دوم مجموعهاي از ترکها با طولهاي متفاوت و معمولأ موازي یکدیگر در سطح قطعه ظاهر می شوند که در مقطع به صورت شاخهاي گسترش یافتهاند.شکل 1 تا حدودي گسترش این دو نوع ترك را در سطح و مقطع نشان میدهد.از دیگر نکات مشاهده شده و در خور توجه در این نوع شکست، خطوط زیرزمینی انتقال میباشند که تا فاصله حداکثر20 کیلومتري پس از ایستگاه هاي تقویت فشار هستند و متأثر از نوسانات احتمالی سیال - ضربت قوچی - Liquid Hammer دراثر کارکرد این تأسیسات می باشند. .دماي کاري بیشتر از 38 درجه سانتیگراد و سن بیش از 10 سال خط لوله و استفاده از پوششهاي به غیر از FBE نیز در وقوع این نوع عیب اثر گذارند.
