تعمیر کامپوزیت Composite Repair

Description

چکیده:
با گسترش صنعت نفت، تجهیزات و خطوط انتقال نفت و گاز در خشکی و دریا به شدت در معرض آسیب های مکانیکی ناشی از نیرو های خارجی و خوردگی محیطی قرار گرفته اند. بیش از بیست سال است که سیستم های روکش کامپوزیتی به عنوان یک روش تائید شده جهت تعمیر پایدار دیواره لوله های فولادی انتقال گاز و مایع فشار بالا، مخازن ذخیره سازی و مخازن تحت فشار آسیب دیده از خوردگی و عوامل محیطی مورد استفاده قرار می گیرند. این روش در مقایسه با روش های معمول مانند کلمپ کردن سطح خارجی لوله، جوشکاری، برش و تعویض لوله ها، از مزایایی مانند ایمنی، عدم نیاز به جوشکاری، وزن پایین، سهولت در نصب، طول عمر کاربری بالاتر و هزینه تمام شده پایین تر برخوردار می باشد و این به علت استحکام مکانیکی بالایی کامپوزیتها در برابر شرایط محیطی سخت می باشد.
هدف از این مقاله نشان دادن ظرفیتهای فوق العاده کامپوزیتها در تعمیر لوله های فولادی، مخازن ذخیره سازی و مخازن تحت فشار آسیب دیده از عوامل خوردگی و تنش های مکانیکی می باشد.

مقدمه:
در یک تعریف ساده می توان کامپوزیت ها را یک آمیزه شامل دو و یا تعداد بیشتری از مواد ماکروسکوپی در نظر گرفت که با یکدیگر برهم افزایی بالایی دارند. این برهم افزایی باعث می شود تا کامپوزیت خواصی را به دست آورد که هیچ یک از اجزاء تشکیل دهنده کامپوزیت به تنهایی دارای آن نباشند. کامپوزیت ها از دو فاز زمینه و تقویت کننده تشکیل شده اند. کامپوزیت های مورد استفاده در تعمیر لوله های فولادی عمدتاً دارای زمینه ای از جنس رزین های گرماسخت (اپوکسی، پلی یورتان و…) و فاز تقویت کننده ای از جنس الیاف(الیاف آرامید، الیاف کربن، الیاف شیشه، الیاف پلی استر و…) و ذرات تقویت کننده معدنی(سیلیکون کاربید، آلومینا، خاک رس و …) می باشند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف از مقاومت خوردگی عالی و استحکام مکانیکی فوق العاده ای جهت تعمیر لوله های فولادی انتقال گاز و مایع فشار بالا برخوردار می-باشند.

موارد تعمیر

1- خوردگی های خارجی
خوردگی لوله ها تنها شامل لوله های مدفون در زمین نبوده بلکه لوله های هم که در سطح زمین قرار دارند به شدت در معرض آسیب های خوردگی ناشی از شرایط آب و هوایی قرار دارند. شکل (1) خوردگی خارجی ایجاد شده در لوله های(قطر 12″) برج خنک کننده یک واحد پالایشگاهی را نشان می دهد.

. خوردگی خارجی در لوله های برج خنک کننده یک واحد پالایشگاهی

استفاده از روش های معمول (کلمپ کردن، جوشکاری، برش، تعویض لوله و…) جهت تعمیر این لوله-ها باعث ایجاد شرایطی خاصی مانند صدور اجازه کار با شعله وتعیین جدول زمان بندی دقیق و دیگر مسائل محیطی و ایمنی می شود که همه اینها به علت نزدیکی تجهزات فرایندی به یکدیگر و حضور مواد قابل اشتعال در لوله های انتقال می باشد (شکل (2)). بکارگیری کامپوزیت های تقویت شده در تعمیر لوله ها باعث می شود تا نیاز به کار با شعله، خارج کردن خط لوله از سرویس دهی و زیان های زیست محیطی محدود شود و بتوان تعمییرات را حتی در محیطی محدود انجام داد.

. روش معمول(جوشکاری) تعمیر لوله های آسیب دیده

علاوه بر لوله، انواع اتصالات شامل سه راهی، زانوهای°45 و °90 نیز با استفاده از کامپوزیت های تقویت شده قابل تعمیر می باشند (شکل (3))

. تعمیر سه راهی و زانوها
روکش های کامپوزیتی تقویت شده علاوه بر تعمیر نقاط آسیب دیده، به عنوان پوششی محافظ در برابر عوامل خوردنده عمل می کنند که این باعث افزایش طول عمر کاربری لوله ها می شود.
2- تعمیر نقاط دما بالا وخمیده
نشستی که سکوهای استخراج نفت وگاز دریایی در طول دوره بهره برداری از خود نشان می دهند باعث می شود تا تعدادی از رایزرها نیز نشست کنند و به شدت در برابر عوامل خورنده محیطی قرار گیرند. تعویض رایزرها دارای چندین مشکل عمده می باشد؛
1) توقف تولید سکوی دریایی و به هدر رفتن بخش قابل توجهی از محصولات تولیدی.
2) حضور روغن کارکرده در درون رایزرها با دمایی بالغ بر 70°C.
3) ایجاد شرایط کاملاً ایمن برای پرسنل عمل کننده.
4) کپسوله کردن بخش خمیده.
استفاده از روکش کامپوزیتی باعث فائق آمدن بر تمام این مشکلات می شود. رزین گرماسخت، تقویت کننده و چسب، دمای بالغ بر 84°C را به راحتی تحمل می کنند. روکش کامپوزیتی مورد استفاده در تعمیر رایزرها سبک بوده و به راحتی توسط دو اپراتور بر روی سطح قابل اجرا می باشد و نیازی به جابه-جایی قطعات سنگین نمی باشد (شکل (4)). با این روش تعمیر رایزرها حداکثر سه روز طول می کشد. یکی از امتیازات مهم این روش، کاهش نگرانی زیست محیطی از وارد شده سیالات هیدروکربنی به محیط اطراف در هنگام خارج کردن رایزرها از سرویس می باشد.

. تعمیر رایزرها با استفاده از کامپوزیت

3- آسیب های مکانیکی
ضربه دیدن لوله های حاوی آب وگاز طبیعی در هنگام حفاری، امری است که همواره در مناطق عملیاتی رخ می دهد؛ این امر باعث کاهش کارایی بلند مدت خطوط لوله های انتقال تحت بارهای ثابت و سیکلی می شود. به علت حساسیت این نوع از آسیب دیدگی های خطوط لوله، شرکتها همواره به دنبال رفع این آسیب دیدگی بوده اند. نتایج مطالعات نشان می دهد که استفاده از روکش های کامپوزیتی به علت اینکه باعث از بین رفتن تمرکز تنش در نقاط آسیب دیده و حذف ترک های مویینه ایجاد شده در اثر ضربه می شود روشی تائید شده جهت تعمیر این لوله ها می باشد. معمولاً نواحی تورفته را با استفاده از فیلرهای سخت شونده پوشش می دهند تا انتقال تنش به راحتی بین لوله و روکش کامپوزیتی انجام شود و سپس با روکش کامپوزیتی پوشش می دهند(شکل (5)).

. لوله های آسیب دیده از ضربه
4- نشتی
لوله های انتقال و مخازن نگهداری نفت خام عمدتاً در چندین نقطه دچار نشتی می شوند. لوله های انتقال معمولاً دارای فشاری برابر با bar22 (psi300) می باشند که در این فشار کار با شعله و استفاده از سمباده مکانیکی(جهت تمیز کاری سطح لوله) امکان پذیر نمی باشد. روکش های کامپوزیتی دارای نتایج آزمایشگاهی و عملی بسیاری جهت نشان دادن مطلوبیت این روکش ها برای نشت بندی لوله ها و مخازن نگهداری نفت خام می باشند. پس از کاهش فشار خط لوله انتقال، روکش کامپوزیتی بر روی آن اعمال می شود

. به کارگیری این روش باعث
• عدم نیاز به سیل کردن کل سطح لوله
• سهولت در همسطح سازی روکش با سطح خارجی لوله
• برداشته شدن تنش های شعاعی از روی محل های نشتی
• افزایش مقاومت لوله در برابرخوردگی
• کاهش وزن روکش تعمیری و سهولت در نصب آن می شود.

. لوله های دارای نشتی
آسیب دیدن محل جوش
بازرسی های به عمل آمده از محل جوش، آسیب های مانند نشتی از دیواره جوش، تخلخل و غیر یکسان بودن محور دیوارها را نشان می دهد. شکل (7) روند تعمیر لوله های آسیب دیده از محل جوش را نشان می دهد. تعمیر نواحی جوشکاری با روکش کامپوزیتی باعث می شود تا لوله تحت آزمون فشار از خود نتیجه قابل قبولی را نشان دهد. استفاده از روکش کامپوزیتی باعث افزایش ایمنی،کاهش هزینه و زمان انجام تعمیرات می شود.

. لوله های آسیب دیده از محل جوش