در این تحلیل تنش‌ها و تغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در حلقه‌های حرارتی بررسی می‌شود و نتایج تحلیلی مورد نیازبرای بررسی عیوب فوق در خطوط لوله نفت بدست می‌آید و در نتیجه راهکارهای اصلاحی جهت کاهش خسارات ناشی ارائه می‌شود.همچنین ازنتایج این تحقیق می‌توان پی برد که در چه مواردی آنالیز تنش از اهمیت بیشتری برخوردار است (باتوجه به نوع سیال، دما، فشار، هندسه و جنس لوله)، علاوه بر آن در مواردی که نیاز به استفاده از انبساط خم می‌باشد محاسبات لازم جهت تعیین تنش‌ها و تغییرشکل ها و نیز تعیین نوع تکیه‌گاه ها در قسمت مستقیم و قبل و بعد انبساط خم از نتایج تحقیق بدست می‌آید در مواردی که محدودیت استفاده از انبساط خم وجود دارد روش جایگزین بررسی خواهد شد در نهایت الگوریتم مناسبی به منظور تعیین و یا عدم لزوم آنالیز تنش در سیستم لوله‌کشی و نیز انتخاب انبساط خم و تکیه‌گاه ها ارائه می‌گردد. به منظور یافتن راهکار اصلاحی تغییر شکل های ناخواسته شرایط فرضی متعددی تحلیل می‌شود با تغییر این شرایط به نتیجه دلخواه می‌توان رسید مثلا تغییر در تعداد تکیه‌گاه‌ها، تغییر نوع تکیه‌گاه‌ها، تغییر طول لگ‌ها و…بارهای اعمال شده را بارهای ناشی از وزن، فشار و بارهای نوسانی ناشی از باد، شیرتخلیه، زلزله در پروفیل های مختلف دمایی و تغییر در هندسه شکل حلقه‌ها تحلیل می‌شود.
واژه‌های کلیدی
ساپورت‌های لوله‌کشی ، لوپ حرارتی ، تنش‌های ناخواسته ، حرارت و فشار بالا ، اتصال قابل انبساط
1-1بیان مسأله
هدف از این تحلیل بررسی تنش‌ها وتغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در حلقه‌های حرارتی و بدست آوردن نتایج تحلیلی مورد نیاز برای تغییر شکل های ناخواسته در خطوط لوله نفت است.
1-1-1 ضرورت انجام تحقیق
در این تحقیق سعی می‌شود با ارائه راهکارهای اصلاحی در جهت کاهش خسارات ناشی از تنش‌ها و تغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در حلقه‌های حرارتی بپردازیم. چرا که این خسارات جبران ناپذیرند.
به منظور یافتن راهکار اصلاحی تغییر شکل های ناخواسته شرایط فرضی متعددی تحلیل می‌شود با تغییر این شرایط به نتیجه دلخواه می‌رسیم مثلا تغییر در تعداد تکیه‌گاه‌ها، تغییر نوع تکیه‌گاه‌ها ،تغییرطول لگ‌هاو…بارهای اعمال شده را بارهای ناشی ازوزن، فشار و بارهای نوسانی ناشی ازباد، شیرتخلیه، زلزله در پروفیل های مختلف دمایی و تغییر در هندسه شکل حلقه‌ها تحلیل می‌شود.
همچنین از نتایج این تحقیق می‌توان پی برد که در چه مواردی آنالیز تنش از اهمیت بیشتری برخوردار است(با توجه به نوع سیال، دما، فشار، هندسه و جنس لوله).
علاوه بر آن در مواردی که نیاز به استفاده از انبساط خم می‌باشد محاسبات لازم جهت تعیین تنش‌ها و تغییر شکل ها و نیز تعیین نوع تکیه‌گاه‌ها در قسمت مستقیم و قبل و بعد انبساط خم از نتایج تحقیق بدست می‌آید.
در مواردی که محدودیت استفاده از انبساط خم وجود دارد روش جایگزین بررسی خواهدشد در نهایت الگوریتم مناسبی به منظور تعیین و یا عدم لزوم آنالیز تنش در سیستم لوله‌کشی و نیز انتخاب انبساط خم و تکیه‌گاه‌ها ارائه می‌گردد.
مسئله انبساط حرارتی ناخواسته در اکثر خطوط لوله، شرکت‌های مختلف نفتی، پالایشگاه‌ها، صنایع پتروشیمی و هر جا که لوله انتقال سیال تحت فشار و حرارت است رخ می‌دهد و همیشه یکی از معضلات جهانی در خطوط لوله انتقال سیال است.
از دلایل احتمالی بروز این مسئله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی نامناسب خطوط لوله
بکارگیری ساپورت‌ها به روش تجربی
قراردهی ساپورت‌ها در فواصل نامناسب و خارج از محدوده استاندارد
بی تجربگی نفرات عملیاتی و بالابردن و پایین آوردن سریع دمای سیال .
در گذشته اینطور برداشت می‌شد که برای جلوگیری از بروز این حرکات ناخواسته باید لوله را بشدت با ساپورت‌های مختلف مهار کرد به طوری که اصلا اجازه حرکت نداشته باشد.
اما به مرور متوجه شدند که اگرخطوط لوله بشدت و بدون هیچ درجات آزادی طراحی و ساخته شوند تنش پسماند ضربات مهلکی به این خطوط وارد می‌کند و خطرات این نوع ساپورتینگ کمتر از طراحی غلط نیست.
در ایران هنوز هم با این مسائل به روش تجربی برخورد می‌شود به طور نمونه اگر اتصال منبسط شونده‌ای در اثر تغییر ناگهانی دمای یا هر علت دیگری بشدت منبسط شود که ساختار آکاردئونی خود را از دست بدهد یک اتصال یا تجهیز دیگر خریداری می‌شود و بجای آن بسته می‌شود به جای آن که این مسئله ریشه‌ای واساسی حل شود.
اما نسبت به گذشته کشورمان ایران با وجود تحریم های ظالمانه پیشرفت خوبی داشته است و در ادامه با پیشرفت محاسبات ریاضی وت سلط طراحان مقداری از این مسائل حل شده است.
اما در کشورهای پیشرفته این معضلات با نرم افزارهای پیشرفته تحلیل تنش بارها طراحی و کارکرد آن ها در شرایط تقریبا طبیعی سیموله می‌شود اگر ایراداتی در طراحی باشد قبل از ساخت، بسیاری از آن ها حل می‌شود واز تحمیل هزینه‌های زیاد و خطرات جبران‌ناپذیر جلوگیری می‌شود.
1-1-2فرضیه‌ها
تغییر درجه حرارت، موجب تغییر طول خطوط لوله می‌شود که نیروهای محوری قابل ملاحظه‌ای ایجاد خواهد کرد، اگرمقاومت در برابر تغییر طول باشد ، تنش محوری بالایی در طول خطوط لوله ایجاد می‌کند معمولاَ مقاومت در برابر تغییر طول ناشی از نیروهای اصطکاکی بین خطوط لوله با زیرسازی ها و تثبیت‌کننده‌ها صورت می‌گیرد.وجود مقدار بالای تنش پسماند فشاری در طول خطوط لوله باعث انحراف و کمانش در لوله می‌شود.
1-1-3متغیرها
در ادامه بررسی وتحقیقات انجام شده روی این معضل به این نتیجه رسیدیم شاید اگر جای ساپورت‌ها عوض شود و یا اگر فواصلشان تغییر کند یا اگر اندازه لگ‌ها را تغییر دهیم اثرات مخرب انبساط حرارتی ناخواسته، کم یا حذف خواهد شد.
1-2روش تحلیل
درستی این پیش فرض (تغییرجای ساپورت‌ها و فواصل و اندازه لگ‌ها) را با نرم افزار آباکوس تحلیل و تجربه کردیم که در ادامه نتایج آن به تحلیل آورده خواهد شد.
واضح است اندازه‌گیری سطح تنش در طول لوله،ابزار موثری از نظرنگهداری برای ارزیابی سیستم ایمنی خط لوله است.
درحقیقت ما تحلیل تنش می‌کنیم تا بررسی شود هیچگونه تغییرشکل غیرمجازی رخ ندهد و شکست چقرمه غیرممکن گردد.
دراینجا لازم است با تعاریف و مفاهیمی که در این پژوهش با آن ها سر و کار داریم وپیش فرض هایی که نموده‌ایم بطور اجمالی، آشنا شویم:
1-3 آنالیز تنش خطوط لوله
برای طراحی خطوط لوله باید بتوان تمام بارهای وارد بر سیستم لوله‌کشی را به درستی در نظر گرفت و سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که تحت کمترین تنش قرار گیرد تا طول عمر سیستم و کارایی آن افزایش یابد. نرم افزار آباکوس و سزار[1] در زمان طراحی سیستم های لوله‌کشی با دماهای بالا کمک بسیار زیادی به مهندسان طراح می‌کند. این نرم افزارها با ترکیب و مد نظر قرار دادن بسیاری از محدودیت‌های مندرج در کدهای استاندارد، محدودیت‌های خود سیستم و محدودیت‌های تجهیزات اضافه و نصب شده در سیستم، آنالیز سیستم را آسانتر و مطمئن‌تر انجام خواهد داد. این نرم افزارها علاوه بر مدل سازی بارهای استاتیکی، همچنین توان مدل سازی بارهای دینامیکی و انبساطی را نیز خواهد داشت.
1-3-1هدف از تحلیل تنش خطوط لوله
- طراحی مقدار تنش در لوله‌ها و اتصالات موجود در سیستم، پایین‌تر از مقادیر مجاز ارائه شده در کدهای استاندارد.
- طراحی بار وارد بر نازل تجهیزات(که به سیستم لوله‌کشی متصل است) پایین‌تر از مقادیر مجاز ارائه شده از سوی سازندگان و کدهای استاندارد.
- طراحی تنش ایجاد شده در نازل مخازن در محل اتصال به سیستم لوله‌کشی بر اساس مقادیر مجاز ارائه شده از سوی سازندگان و کدهای استاندارد.
- محاسبه و طراحی بار وارد بر تکیه‌گاه به منظور انتخاب نوع و سایز کردن‌ها.
- تعیین جابجاییهای سیستم لوله‌کشی برای بررسی این مقادیر در نقاط اتصال به تجهیزات و سایر نقاط.
- بررسی مسائل دینامیکی موجود در سیستم لوله‌کشی.
- کمک به بهبود طراحی سیستم.
کد BS 7159 ، ضرایب انعطاف پذیری و تشدید تنش(k,i) خم ها و سه‌راهیها[2] را محاسبه می‌کند تا آنها را در آنالیز انعطاف پذیری به کار برد.با بهره گرفتن از کد BS 7159 که در جدول پیوستی آمده است می‌توان اطلاعات انعطاف پذیری برای خم ها وسه‌راهی ها را بدست آورد.
1-4تقسیم بندی خطوط لوله
از آنجایی که تمام خطوط یک پروژه، نیازمند آنالیز کامپیوتری نیستند، باید معیاری برای انتخاب خطوط لوله جهت تحلیل تنش ارائه داد. با توجه به طبقه‌بندی خطوط در مدرک piping stress Analysis specification ، وضعیت آن ها برای آنالیز، همین‌طور روش آنالیز در مورد آن ها مشخص خواهد شد. خطوط لوله بر اساس سه فاكتور مهم (دما، اتصال به تجهیزات و سایز لوله) به سه سطح غیر بحرانی، نیمه بحرانی و بحرانی تقسیم می شوند.
- خطوط غیربحرانی: (Grade A)
عمدتا خطوط لوله با دما و سایز پایین، در این دسته قرار می‌گیرند و آنالیز آن ها با نرم افزار و حتی دستی هم انجام نمی‌گیرد. مهمترین نیروی موجود در آن ها نیروی وزن است. در این خطوط از طریق آنالیز چشمی[3] می توان محل و نوع ساپورت‌ها را مشخص نمود.
- خطوط نیمه بحرانی: (Grade B)
خطوطی هستند كه نیاز به محاسبه نرم افزاری دارند ولی اهمیت آن ها از دسته سوم كمتر است. در این خطوط نوع و موقعیت ساپورت‌ها تعیین شده و به گروه اجرای ساپورت ارائه می گردد و فقط نوع ساپورت در نقاط مربوطه روی نقشه ایزومتریک مارك می شود و در نهایت به بخش طراحی جهت ورود اطلاعات بازگردانده می شود. در این خطوط نیازی به دادن گزارش آنالیز تنش به كارفرما نمی باشد.
فرم در حال بارگذاری ...