הפחתת השפעת הטמפרטורות על פי חומרים פיפיריים

מבוא

מערכות פיפיריות הן עמוד השדרה של אנרגיה מודרנית והובלת נוזל, שמן נעים, גז, מים וכימיקלים על פני יבשות ובאמצעות מורכבות תעשייתית. בעוד מתח מכני, קורוזיה, ועומסי לחץ הם איומים ידועים לספק שלמות צינורות, תנודות טמפרטורה מייצגים מקור בולט במיוחד של ירידה תעשייתית, ולכן מנגנונים מכניים המבוססים על מנגנונים מכניים, כל פעם צינורות חימום או קירור למטה, החומריים שלה מתרחבים או על פני השירות של צינורות גמישים, לעתים קרובות, עלולים, כדי להגדיל את ההשפעה של צינורות יעיל של צינורות יעיל של מחסומים מדויקים, כלומר, מחסומים סביבתיים, עלולים, מחסומים סביבתיים, ולכן, מקיפים, עלולים, לגרום לטמפרטורות מחסומים סביבתיים אלה, לגרום לטמפרטורות מחסומים בטוחים יותר ויותר, לגרום לטמפרטורות פשטות, ולכן, לגרום לטמפרטורות איטיות, ולכן, ולכן, ולכן, פשטות, מחסומים סביבתיים, לגרום לטמפרטורות איטיות, לגרום לטמפרטורות איטיות, ולכן, עלולות, מחסומים סביבתיים ירידה.

יסודות של עייפות חומרית

עייפות חומרית היא הנזק המבני הפרוגרסיבי, המקומי המתרחש כאשר חומר נתון ללחצים חוזרים או מתעתקים.בניגוד לאירוע חד-משמעי יחיד, עייפות מצטברת באופן מצטבר, לעתים קרובות מתחת לחוזק התשואות של החומר.התהליך בדרך כלל כרוך בשלושה שלבים: סדק, קידוד יציב, סדקים יציבים, ושבר מהיר.

מהנדסים לאפיין התנהגות עייפות באמצעות עומס החיים (S-N) עקומות, אשר מבססות את גודל הלחץ המחזורי נגד מספר המחזורים לכישלון.מגבלת הסיבולה - רמת הלחץ שמתחתיו חומר יכול לעמוד במספר אינסופי של מחזורים - הוא פרמטר קריטי.עבור פלדות צינורות רבות, אין גבול סיבולת אמיתי; במקום זאת, העייפות יורדת בהתמדה עם מחזורים גוברים, במיוחד בסביבות קורוזיות.

מכניזם של עייפות ממזגת

(הופנה מהדף [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]],

כאשר לחצים אלה חוזרים על עצמם על מחזורים רבים, החומר עובר מחזור נמוך או עייפות מחזור גבוהה, בהתאם לגודל התננד התרמית ואת תדירות האירועים.בנוסף עייפות תרמית טהורה, צינורות לעתים קרובות לחוות עייפות תרמומאנית משולבת (TMF) שבו הטמפרטורה ועומסים מכני משתנים בו זמנית, למשל בקו קיטור או קו העברה Cryogenic.

סוגים של טמפרטורה פלוגות

תנודות טמפרטורה בצנרת ניתן לסווג על ידי מקורם, משך הזמן, ו amplitude:

(FLT:0) מחזורי מחזורי: FLT:1 , טמפרטורות יום יום-לילה משפיעים על צינורות קרקעיים, במיוחד באזורים המדבריים או הארקטיים שבהם נדנדה יכולה לעלות על 30 מעלות צלזיוס.
שינויים עונתיים:0 שינויים עונתיים: 1FLT 1 ארוך טווח משמרות טמפרטורה עונתיות (למשל, קיץ לחורף) מעוררים תנועות גדולות בצנרת קבורה, עם ספירות מחזור של שנתיים בשנה, אך שינויים בטמפרטורות עונתיות גדולים יכולים לגרום גם התיישבות שונה באזורים permafrost.
(FLT:0) מקרי פעולה: FLT:1 Start-up ותהליכי השבתה, שינויים בקצב זרימת הדם, פעולות משיכת מצעים ולחץ, שינויים בטמפרטורות מהירות.אלה לעתים קרובות יש את שיעורי הלחץ התרמי הגבוה ביותר ויכולים להיות הנזקים ביותר.
אירועים הקשורים ל-FLT:0 אירועים של מזג אוויר: FLT:1 חזיתות, גשם, שלג וקרינת השמש יכולים לגרום לשינויים מהירים בטמפרטורות פני השטח על צינורות לא מבודדים מעל פני השטח.
(FLT:0) תוצאות מרתיעות: כישלונות ציוד 1FLT:1, תקלות שסתום, או שינויים אצווה בטמפרטורת המוצר יכול לשאת צינורות לזעזועים תרמיים חמורים.

לכל סוג של תנודה יש אמפקט אופייני, קצב ותדירות, אשר כולם משפיעים על הצטברות הנזק העייפות.ערכת עייפות מקיפה חייבת לשקול את ההיסטוריה התרמית המלאה של הצינור, לא רק את הטמפרטורה המקסימלית או המינימלית.

גורמי מפתח המשפיעים על עייפות

חומרת עייפות הנגרמת מטמפרטורה תלויה בממשק מורכב של חומרים, גיאומטריים, וגורמים תפעוליים:

נכסים חומריים

כוח יתר, כוח רבילי, דוקטריות, קשיחות שבורה, ו coefficients של התרחבות תרמית ו מוליכות כל להשפיע על עמידות עייפות. Steels עם ctility גבוהה בדרך כלל יש חיים יותר נמוך מחזור כי הם יכולים להכיל יותר זנים פלסטיק מחזור. עם זאת, פלדה גבוהה סטרנגית עשוי להיות רגיש יותר לאנים ופגמים.

פייפר גיאומטריה וקונסטריטים

ריכוזי מתח במרפקים, טטות, flanges, שסתום, תומך ומפרקים ננוולד מגבירים את הלחץ התרמית.טווח ארוך ישר בין שינויים כיווןיים ואבני עוגן יוצרים את האיפוק הגבוה ביותר ובכך את הלחץ המחזורי הגדול ביותר.פי קיר עוביים גם משפיע על ה ⁇ התרמית תרמית דרך הקיר: קירות עבים מתפתחים באמצעות הבדלים בין טמפרטורה משנית שמגנת מתחים.

תנאי תפעול

תדירות המחזורים התרמיים (למשל, מספר אירועי ההתחלה / הבקתה בשנה) קובע ישירות את מספר מחזורי הלחץ.סביבות קורוזיות (דו"ח כללי, H2S, או כימיה חיצונית) יכול להאיץ את צמיחת העייפות באמצעות מנגנוני קרירוזון-פריג.נוכחות פגמים טרום-מדומים, כגון דנטות, גובלות, או פגום, או מספר פגום, כדי להפחית באופן דרסטי של מנגנונים.

קצב אופניים

שינויים מהירים בטמפרטורה (הלם הרמיטי) מייצרים תנודות תרמיות תלולות ויכולים ליצור לחצים מקומיים הרבה יותר גבוה מאלה שצפו על ידי חישובים אחידים של התרחבות.לדוגמה, הזרקת LNG קר לתוך צינור חם יכול לייצר באמצעות לחצים קיר שמובילים לשבר אם החומר חסר מספיק קשיחות.

שיטות הערכה

הערכה מדויקת של עייפות הנגרמת מטמפרטורה דורשת שילוב של טכניקות ניטור ניסיוניות, המספריות והשדהיות.הבחירה של השיטה תלויה בשלב העיצוב של הצינור (עיצוב חדש לעומת הערכה של החיים הנותרים), הנתונים הזמינים והדיוק הנדרש.

בדיקות עייפות ניסיוניות

בדיקות מעבדה סטנדרטיות, כגון ASTM E466 (constant-amplitude, axialעייפות) ו ASTM E2714 (עייפות משנית), משמשים כדי לקבוע את התכונות של חומרים צינורות תחת טמפרטורה מבוקרת ותנאי העומס. Tests יכול להתבצע על בסיס מתכת, ריתוך, או בדיקות צינורות בקנה מידה מלא.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis

ניתוח אלמנט סטטי (FEA) הוא הכלי העיקרי לחיזוי חלוקת מתח תרמיים ונזקי עייפות במודול מורכבים גיאוגרפיה צינורות.זוגות תרמיים-stress FEA מדמה העברת חום ותגובה מבנית בו זמנית, חשבונאות עבור תכונות חומרים תלויות טמפרטורה, תנאי גבול, ואלמנטים מגע עבור תמיכה.מהנדסים להשתמש ב- FEA כדי להעריך לולאות לחץ במקומות קריטיים, לבצע חיים (N) ולהעריך את החיזוי מוקדם יותר של שיטות לחץ נמוך יותר: 2.

פיקוח בשירות

מערכות ניטור קבועות מספקות נתונים בזמן אמת על טמפרטורה, מתח, ולחץ שניתן להשתמש בהם כדי לעקוב אחר הצטברות של עייפות.סוגי חיישן משותף כוללים:

(ב) ו-Rol (RRTDs) ותרמוסקופים 1 למשטח וטמפרטורה פנימית.
(FLT:0) מדדי אימון (Fial Resistance) 1 (התנגדות חשמלית או סיבים אופטיים) כדי למדוד את המתח המקומי באזורים בעלי מתח גבוה.
(ב) חיישנים (AE) חיישנים של חיישנים (AE) חיישנים של חיישנים (AE) 1 (AE) כדי לזהות סדקים וצמיחה.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הנתונים שנאספו לדגמי החיים של עייפות אשר חישוב הנזק המצטבר באמצעות הכלל של Miner או אלגוריתמים מתקדמים יותר של מחזור (למשל, ספירת זרימת גשם) (FLT:0API 579-1/ASME FFS-1OVAFLT:1 מספק הדרכה עבור הערכות שירות-כושר המשלבות נתונים.

אסטרטגיות מייגציה

עייפות מושרה טמפרטורה כוללת גישה רב שכבתית אשר מתייחסת לבחירת חומרים, עיצוב, תפעול ובדיקה.

בחירה חומרית

בחירת חומרים עם עמידות עייפות גבוהה, קשיחות טובה בטמפרטורת השירות, ואפקטים נמוכים של התפשטות תרמי יכול להפחית באופן משמעותי את הנזק עייפות. עבור שירותים Cryogenic, פלדה אל-חלד או סגסוגת אלומיניום עם דוקטריות מעולה ומיקרו-מבני יציב משמשים לעתים קרובות.עבור יישומים עתירי טמפרטורה גבוהה, פלדות סטריפסטיות (למשל, 9C-Mo1) או המבוססים על ניקל הם prescribed כדי למנוע מפולנסקים קשים.

שיפור עיצוב

מעצבים יכולים לשלב תכונות להפחית מתח תרמי:

(ב) ויקרא י"א): "[ה]" (בְּבְּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבָה, ו[הִלְּבָר]" (בְּבְתָּעָשָׂרָה, אִם יְּׁבְתּׁבְתּׁבָר).
(הופנה מהדף 0) ,Flexible SupportFLT:1 (התלות ממושכות, תמיכה בעומס משתנה) להפחית את כוחות ההקצאה.
(ב) ,0) , תומכות ב''' (ב') אשר יאפשרו תנועה אקסקלית תוך הגבלת משיכת יתר.
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד, ו"ה' (ב"ב) ,
(ב) [15] טיפול בחום של חץ: 1 (בתרגום חופשי: 0) לאחר שגילינו את הלחץ הטמון.

בקרה מבצעית

מפעילי יכולים להפחית עייפות תרמית על ידי:

בקרת חימום וקירור במהלך ההתחלה וההשבתה (למשל, שיעור מקסימלי של 30 מעלות צלזיוס לשעה עבור כמה מערכות).
הימנעות שינויים פתאומיים בטמפרטורה על ידי שינויים טרום חימום או זרימה הדרגתית.
שמירה על טמפרטורות מוצר עקביות באמצעות בידוד וסתמי בקרת טמפרטורה.
באמצעות מערכות ניטור אוטומטיות המספקות אזהרות מוקדמות של שינויי טמפרטורה מהירים.

הערכה ותחזוקה

בדיקה רגילה היא חיונית לזיהוי נזקי עייפות לפני שהיא מגיעה לגודל קריטי.שיטות לא הרסניות (NDT) כוללות:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ויקרא י"א:2 ויקרא י"ד) ו[[1924]]]]
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: "בְּהָעָשִׂיתִיתִיתִיתִיתִי" (בראשית כ"ד).
(FLT:0) טכניקות מתקדמות של ההרחבה 1:1 (כגון UT array, זמן-of- Flight diffraction (TOFD), ו-Dy הנוכחי מערך להסתברות גבוהה יותר של זיהוי.

יש לקבוע מרווחי Inspection על סמך תחזיות של עייפות לחיים והתאמה בהתאם לנתונים שדה. תקנים רבים (למשל, API 510, API 570) מספקים הדרכה על תדירות בדיקה עבור כלי לחץ וצנרת.

תקני תעשייה והנחיות

מספר קודים וסטנדרטים מספקים מסגרות להערכת עייפות הנגרמת מטמפרטורה בצנרת:

(FLT:0)ASME B30303FLT:1 - לעבד Piping: דרישות להתרחבות תרמית, ניתוח גמישות והערכה עייפות עבור שירות מחזורי.
(FLT:0)ASME B30303FLT:1 - מערכות תחבורה נוזליות עבור מימן: מטפלות בהתרחבות תרמית התכווצות צינורות שמן.
(FLT:0)ASME B31.8FLT:1 - גז Transmission and Distribution Piping: כולל קריטריונים לטעינה מחזורית ואפקטים תרמיים.
(FLT:0)API 579-1/ASME FFS-1FLT:1 - Fitness-for-Service: מספק נהלים להערכת עייפות של ציוד קיים, כולל עייפות תרמית.
(ב) ניהול השלמות של פילין: 0 (ISO 1566303FLT:1) – ניהול השלמות פילין: כיסויים עייפות כחלק מתהליך ניהול השלמות.
(ב) ,0)134803,001) – צנרת תעשייתית מתכתית: בדומה לסטנדרטים ASME עבור יישומים אירופיים.

מהנדסים ומפעילים צריכים להתייעץ עם הסטנדרט הרלוונטי עבור תחום השיפוט והשירות שלהם.עבור קווים קריטיים, ניתוח עייפות מפורט המבוצע על ידי חברת הנדסה מוסמכת נדרש לעתים קרובות על ידי רשויות רגולטוריות.

מקרה מחקר: עייפות תרמית בקופסת גז צוללות

בהתחשב בצנרת גז תת-קרקעית 12 אינץ 'הובלת נוזל מאגר עתיר (עד 80 מעלות צלזיוס) על פני קרקעית הים עם טמפרטורה מגובה של 4 ° C. במהלך ניתוח רגיל, הקיר הצינור חווה ⁇ תרמית מתמשכת. במהלך הפסקות מומשכות, הטמפרטורה יורדת במהירות לקצב לחץ איטי, תוך גרימת מתחים מנוסים בקיר החיצוני.

מגמות עתידיות

ההתקדמות בטכנולוגיית חיישן, ניתוח נתונים, ומדע החומרים מעצבים את הדור הבא של ניהול עייפות.רשתות חיישן אלחוטי וטמפרטורה מבוזרת סיבים אופטיים ורגישות (DTS/DSS) עכשיו לאפשר ניטור רציף, גבוה ברזולוציה גבוהה מעל עשרות קילומטרים.מכונות למידה יכולות לחזות את הנזקים של פעילות מחזורית על ידי coratingtime עם שיעורי סדקים, המאפשר תחזוקה בתנאי חירום, תוך כדי שיפור חומרים עם סימולציה סטנדרטית של תאים דיגיטליים (כגון סגסוגת) באופן מדויק יותר.

מסקנה

תנודות טמפרטורה הן מקור מתמשך ולעתים קרובות מזלזל של עייפות חומרית צינורות.הלחץ המחזורי המושרה על ידי התרחבות תרמית התכווצות יכול ליזום ולפרוד סדקים, המוביל לדלפות או כישלונות עם השלכות סביבתיות וכלכליות חמורות.כפי שאפקט זה דורש הבנה מעמיקה של המנגנונים המעורבים, כולל את התכונות של הנדסה החומרית, את אופי המחזורים התרמית, ואת ההשפעה של גיאומטריה ו- AST של ניתוח אינטנסיבי, כגון בדיקות מעבדה, שילוב של ניתוח יעיל של ניתוח יעיל של תפקוד יעיל של תאים מתקדמים, כמו אופטימיזציה סטנדרטיים, כמו פונקציות מעבדה, כמו ניתוח יעיל של ניתוח סטנדרטיים ניתוח סטנדרטיים ניתוח יעיל של ניתוח יעיל של ציוד בקרה.