تقویت لوله های خورده شده گاز با مواد كامپوزی

[mim-shimi 25,686]

تامین انرژِی به عنوان نیرو محركه صنعت در تكنولوژِی رو به گسترش دنیای جدید حیاتی به نظر می رسد. استفاده از سوخت های فسیلی با وجود استفاده رو به گسترش منابع انرژی خورشیدی و هسته ای نقش اساسی در این میان ایفا می كند. در بین سوخت های فسیلی سهم گاز طبیعی غیر قابل انكار است. امروزه با وجود استفاده از گاز طبیعی به صورت گاز طبیعی مایع و گاز طبیعی فشرده، در بسیاری از موارد در صنعت و زندگی روزمره از گاز طبیعی در فاز گازی استفاده می شود.

 

 

 

در بیشتر كشورها برای انتقال مطمئن و مداوم و ارزان گاز طبیعی از لوله های سراسری انتقال با جنس آلیاژ فولادی استفاده می شود. ابعاد و فشار كاری و شرایط طراحی در استانداردها پیش بینی شده است. با توجه به وظیفه خطوط، لوله های فولادی در تماس با محیط قرار می گیرند. شرایط مختلف محطی روی جداره فلزی این لوله ها اثرات متفاوتی می گذارد كه با وجود اعمال پوشش و استفاده از حفاظت كاتودیك باز هم به مرور زمان این صدمات باعث كاهش ضخامت جداره لوله می شوند تا جایی كه این امر منجر به كاهش ضخامت جداره از مقدار مطمئن و استاندارد خود می شوند. علل ایجاد این صدمات و خرابی ها زیاد است. با توجه به یك آمار ارائه شده، خرابی در سیستم لوله های انتقال را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود.

• خرابی به دلیل نیروهای خارجی (43درصد) كه تقریباً یك سوم انواع خرابی ها را تشكیل می دهد كه به دلیل برخورد تجهیزات (30درصد) و اتفاقات طبیعی (10درصد) است.

• خرابی ناشی از خوردگی (23درصد)

• خرابی تجهیزات و اشتباهات كاری (15درصد)

• خرابی در جوش و مواد مورد استفاده (9درصد)

• مشكلات دیگر (10درصد)

با توجه به صدمات و زیان های جبران ناپذیر كه ممكن است از طریق نشت گاز طبیعی و یا ایجاد اشكال بر سر راه انتقال مطمئن گاز طبیعی و دیگر مایعات خطرناك وجود دارد، در استانداردهای مربوطه تمام شرایط پیش بینی شده و برای برطرف نمودن آن و جلوگیری از ایجاد هرگونه مشكل راه حلی ارائه شده است. براساس استاندارد 1984- 31.8 ASME / ANSI و استاندارد مورد استفاده در آمریكا (a) 19.713 CFR 49 تشخیص خرابی و نحوه تعویض به صورت زیر است:

الف: در صورت امكان خط لوله را از سرویس خارج نموده و قسمت خورده شده را با لوله ای كه از نظر استحكام برابر یا بیشتر از طراحی خط لوله باشد تعویض نمائید.

ب: در صورتی كه خط لوله را نتوان از سرویس خارج نمود به وسیله جوش دادن یك غلاف كامل محیطی آنرا تعمیر كنید، در غیر اینصورت وصله ای مطابق با استاندارد انتخاب نمائید و یا قسمت خورده شده را با فلز جوشی پر كنید. تمام راه های مطرح شده وقت گیر، پر هزینه و مستلزم استفاده از تجهیزات مخصوص كارگر ماهر و جوشكاری است، مسائل ذكر شده تعمیرات خطوط لوله را كاری سخت و پرهزینه و به دلیل وجود قسمت جوشكاری خطرناك كرده است. مرحله جوشكاری اولاً به دلیل نیاز به كارگران ماهر و تجهیزات مخصوص یك مرحله وقت گیر و پر هزینه است و ثانیاً در صورت وجود نشتی خطر انفجار را در پی دارد و ثالثاً با ایجاد منطقه داغ موضعی خطر شكستگی و ترك ترد لوله را افزایش می دهد.

همچنین ارائه چند راه محدود در تعمیرات و ملزم ساختن اپراتور به استفاده از آنها باعث گیج شدن اپراتور در موقعیت های متفاوت پیش آمده می شود و این مسئله ناشی از انعطاف ناپذیر بودن قوانین موجود است.

شاید مشكل به ان دلیل باشد كه تمام این استانداردها بر اساس دانش 30 سال پیش نوشته شده اند. این دست مشكلات در ویرایش 1968 از استاندارد ASME B31.8 for Gas Pipeline، ویرایش 1960 از استاندارد ASME B31.8 for Liquid Line ویرایش 1969 NACE RD 01-69 Standards for Corrosion از استاندارد آمده است.

بعضی از استانداردهای ایمنی OPS كه در مورد لوله های پوسیده و خراب قانون گذاری كرده اند، فاقد انعطاف پذیری كامل بودند. اگر یك لوله دارای یك خوردگی عمومی وسیع كه ضخامت دیواره را از ضخامت قانونی آن كمتر كرده باشد، بود. لوله پوسیده باید كاملاً تعویض می شد و یا اینكه فشار كاری آن كم می شد. علاوه بر مسئله خوردگی، گسترش وسعت شهرها مشكلات عمده ای را برای خطوط لوله كه در حومه شهر كار گذاشته شده اند، به دنبال دارد.

بنابر استانداردهای موجود (API) با توجه به تراكم جمیعت و موقعیت قرارگیری خطوط انتقال، طبقه بندی خاصی جهت تعیین ضخامت جداره لوله علاوه بر فشار كاری لوله به تراكم جمیعت اطراف آن نیز بستگی دارد. این طبقه بندی متضمن رعایت ضرایب طراحی مناسب در هر محیط كاری است.

در استاندارد API این شرایط با تغییر ضرایب دخیل در تعیین ضخامت دیواره و فشار كاری اعمال می شوند. از آنجا كه خطوط انتقال در ایران قدمت طولانی دارند (در بعضی از خطوط به 30 سال می رسد)،خطوط كار گذاشته شده با توجه به طراحی اولیه در طبقه خاصی قرار گرفته اند ولی امروزه به دلیل گسترش شهرها ممكن است لوله ای كه در تراكم پایین جمیعت واقع شده بود و از ضرایب طراحی پایین تری تبعیت می كرد، در تراكم بالاتری و متعاقب آن در ضریب طراحی بالاتری صدق كند. راه حلی كه با توجه به استانداردهای موجود ارائه می شود، جایگزینی لوله از طبقه مناسب در آن طولی از خط لوله است كه شرایط كاری آن تغییر كرده است. این كار شامل مراحل سختی شامل كارگذاری خط لوله موقت، بعد قطع گاز در لوله مورد نظر، تعویض و جایگزینی لوله مناسب و سپس برقراری حالت عادی در خطوط انتقال است. از آن جا كه خطوط انتقال تعویض شده ممكن است سالم باشند و هیچ گونه مشكل خوردگی و خرابی های دیگر نداشته باشند، این نوع تعویض، مشكلات بیشتر و هزینه های مضاعف را ایجاد خواهد كرد.

با توجه به مطالب و مشكلات مطرح شده در بالا لزوم استفاده از یك روش ایمن تر، راحت تر، ارزان تر و قابل انعطاف تر با توجه به گستردگی خطوط انتقال به اثبات می رسد. در جهت حل این مشكل، در سال 1987، موسسه تحقیقاتی گاز (GRI) در آمریكا، گروهی متشكل از محققان، دانشمندان، مهندسان و متخصصان خطوط انتقال را برای ابداع یك روش جایگزین تعمیر كه در آن نیاز به بریدن و جابجایی و غلاف فلزی و جوشكاری نباشد، تشكیل داده و شرایط ذیل را برای یك روش تعمیر جدید ضروری دانست.

شرایط تعین شده جهت این تعمیر جدید به صورت زیر بود:

• ایمن باشد.

• قابل نفوذ نباشد.

• قابل اجرا برای خطوط لوله در حال كار باشد.

• دائمی باشد.

• ارزان قیمت باشد.

• رفتار آن قابل پیش بینی باشد.

• قابل اجرا در تمام مناطق باشد.

• برای تمام ضخامتها و اندازه های لوله قابل اجرا باشد.

• ضرایب اطمینان لوله را ارضا كند.

• قابل تخمین توسط مهندسان سر خط باشد.

• مقاومت اولیه لوله را تامین كند.

در امتداد انجام این فعالیت های تحقیقاتی لازم بود كه در استانداردهای موجود نیز بازنگری به عمل آید و اقدامات جهت انعطاف پذیری قوانین در جهت استفاده از روش های جدید جایگزین صورت گرفته و علاوه بر آن متضمن تامین شرایط ایمنی لوله ها هم باشد. قبل از این تغییرات، استانداردها روش های تعمیر را به طور كامل توضیح داده بود. در نتیجه اپراتور مجبور بود كه از روش های مرسوم در تمام موقعیت ها استفاده كند و این باعث گیج شدن اپراتور در شرایط متفاوت می شد.

در استاندارد جدید قابلیت انعطاف پذیری در نظر گرفته شده است تا اپراتور با توجه به موقعیت های مختلف از روش های جایگزین مطمئن دیگری در تعمیرات استفاده كند. با توجه به این قانون، در تعمیر لوله ها می توان از روش هایی كه با توجه به آزمایشات و تحلیل های مهندسی توانسته اند اعتبار خود را به عنوان روشی كه می توان لوله را در حالت پایدار و شرایط اولیه خود درآورد اثبات كنند، استفاده كرد. شركت های متعددی با استفاده از این روش جدید لوله های خورده شده گاز را تعمیر می كنند كه از جمله آنها می توان به شركت (LP) Clock Spring اشاره كرد. این شركت با استفاده از كامپوزیت ها ی شیشه اپوكسی قسمت های خورده شده را مجدداً تعمیر می نماید. براساس تجارب این شركت صرفه جویی هزینه ها در صورت استفاده از روش تعمیر جدید به شرح جدول (1) می باشد.

 

 

 

 

 

جدول 1- مقایسه هزینه های ترمیم به دو روش سنتی و استفاده از لایه های كامپوزیتی

روش سنتی

استفاده از لایه های كامپوزیت

هزینه مواد اولیه

500$

700$

هزینه كارگر

12000$

5000$

هزینه گاز تلف شده

19000$

0$

هزینه های دیگر

20000$

7000$

كل هزینه ها

51500$

12700$

مقدار صرفه جویی شده در هزینه ها توسط روش جدید

در طول 16 كیلومتر

38800$

 

 

منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت