عوامل موثر بر طول عمر لوله

عوامل ایجاد خسارت در لوله ها هنگام زلزله

مقاومت لوله های فولادی تأثیر مهمی بر کیفیت آن ها داشته و بر قیمت انواع لوله از جمله قیمت لوله گالوانیزه تأثیر زیادی دارد. در بررسی خرابی خطوط لوله می توان دو گونه مکانیزم در نظر داشت اول آن نوع که بیشتر به گذر بارگذاری خاصی از یک معیار مقاومتی اشاره دارد و نوع دوم خرابی تدریجی سازه را شامل می شود.

البته این گونه تقسیم بندی تقریبا برای هر نوع سازه ای قابل بسط است. اما با توجه به سهم قابل توجه هر کدام از دو نوع گونه یاد شده در فرآیند کلی خرابی خطوط لوله لازم است تا حد نیاز به هر یک پرداخته شود. اثر زلزله در دو دسته کلی تقسیم بندی شده است.

• اول اثرات ناشی از حرکت گذاری زمین که به علت انتشار امواج است
• دوم اثرات ناشی از جابه جایی ماندگار در زمین.

اتفاق نظر تحقیقات در این گونه تقسیم بندی به علت مرز نسبتا مشخص در چگونگی عملکرد این دو مکانیزم در تحمیل خرابی به خطوط لوله است. در این مقاله پس از معرفی خوردگی و اهمیت آن در تخریب لوله ها به دو دسته کلی اثر لرزه ای بر لوله ها و تأثیر مقاومت لوله ها بر قیمت لوله استیل و سایر لوله ها پرداخته خواهد شد.

خوردگی

خوردگی در فلزات به سه دسته قابل تقسیم است. اول خوردگی کلی که به علت ارتباط یکنواخت فلز با یک الکترولیت رخ می دهد و نتیجه آن فرسوده شدن یکنواخت فلز در محدوده ای از آن است. گونه دیگر خوردگی از تماس دو فلز با قابلیت های مختلف در از دست دادن الکترون ایجاد می شود و در واقع ابزاری برای محافظت سازه با روش محافظت کاتدی به دست می دهد.

نهایتا نوع سوم خوردگی هنگامی ایجاد می گردد که در سطوح محدودی از فلز سرعت خوردگی بیشتر باشد. نتیجا این نوع خوردگی به صورت سوراخ هایی در فلز نمایان می شود. مشاهده می شود با اینکه نوع عملکرد خوردگی از نظر سازه ای اهمیتی ندارد اما نتایج عملکردهای میکروسکوپیک مختلف در سازه نهایتا سازه هایی با خواص مختلف را در اختیار قرار می دهد.

در برخی از لوله ها همچون لوله گالوانیزه تمهیداتی در جهت کاهش خوردگی اندیشیده شده است که بر قیمت این محصول تأثیرگذار می باشد ولی برخی از لوله ها مقاومتی در برابر خوردگی نداشته و به همین دلیل قیمت آن ها نیز کمتر می باشد. برای مثال در واقع دلیل اختلاف قیمت لوله داربست و قیمت لوله مبلی با لوله گالوانیزه مقاومت در برابر خوردگی بوده که کاربرد این لوله ها را نیز از یکدیگر متمایز می سازد.

کلا عوامل موثر بر طول عمر لوله در مقابل خوردگی را می توان در خصوصیات مواد منتقل شونده توسط لوله، خصوصیات محیط خارجی (مانند Ph خاک و میزان رطوبت) شرایط کارکرد ( مانند دما و سرعت عبور مواد) و کیفیت نگه داری خلاصه کرد. عوامل خوردگی می تواند فهرست بلندی از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی لوله و محیط را تشکیل دهد.

سایر عوامل موثر بر کاهش عمر و قیمت لوله فولادی

حتی رشد میکروارگانیزم ها در جداره داخلی لوله که همراه موادی مانند گاز طبیعی حمل می شود می تواند با تولید اسیدهای آلی یا سولفور لوله های فولادی را تخریب کند که تمامی این عوامل بر قیمت لوله گاز و نفت تأثیرگذار می باشد. بنابراین در بررسی مقاومتی لوله ها علاوه بر تحقیقات کلی در مورد عوامل خوردگی لازم است قضاوت به صورت محلی صورت گیرد.

مثلا میزان رطوبت یا همراهی گاز H2S یا اکسیژن با مواد منتقل شونده از معیارهای ایجاد خوردگی داخلی لوله است اما چگالی این مواد در طول عمر سازه ثابت نیست و یافتن الگوهای مختلف تولید این مواد در منبع اصلی طول عمرهای مختلفی را برای لوله ایجاد می کند.

اگرچه بررسی عوامل ایجاد خوردگی علم گسترده ای است اما بررسی های آماری مرز مناسبی برای نتیجه گیری های سازه ای فارغ از نگاه میکروسکوپیک به پدیده خوردگی به دست می دهد.در مطالعات و تحقیقات صورت گرفته فرمول های زیادی برای بیان مقاومت لوله به صورت تعینی بسط داده شده است. در این روابط ضخامت، عمق خوردگی و سرعت خوردگی نهایتا معیارهایی را برای ایجاد مقاومت لوله شکل داده است.

نقش سرعت خوردگی در برآورد وضعیت سازه

سرعت خوردگی نقش مهمی در برآورد وضعیت سازه پس از گذشت زمان مشخص ایفا می کند. رشد خوردگی معمولا به صورت خطی در نظر گرفته می شود. البته بررسی داده های خوردگی رشد خطی ابعاد خوردگی را در قسمت اعظمی از طول عمر لوله نشان می دهد. در بررسی پدیده خوردگی عموما دو نوع رشد در نظر گرفته می شود: رشد شعاعی و رشد عمقیاگرچه این دو پدیده مستقل نیستند اما معمولا با فرض استقلال این دو پدیده از یکدیگر محاسبات احتمالی برای مساله پی گرفته می شود.

منابع عمده عدم قطعیت در خوردگی را می توان ابعاد خرابی اولیه، خصوصیات ماده (فولاد) و سرعت خوردگی دانست و مقاومت در برابر این عوامل بر طول عمر و قیمت لوله فولادی تأثیرگذار می باشد. مطالعات در زمینه خرابی لوله ها به علت خوردگی بیشتر متمرکز بر بررسی عدم تجاوز فشار داخلی از میزان مقاومت لوله است و بر همین اصل مدل هایی وابسته به زمان پیشنهاد شده است.

جابه جایی گذرای زمین در هنگام زلزله

در این بخش دو نگاه کلی به خرابی لوله های تحت اثر جابه جایی های گذرای زمین مورد توجه قرار می گیرد.کرنش ایجاد شده در لوله تابعی از کرنش خاک اطراف در هنگام عبور موج لرزه ای است. کرنش خاک به علت عبور موج لرزه ای نیز تابع سرعت انتشار موج در محیط خاک و سرعت جابه جایی ذرات خاک اطراف لوله است. سرعت انتشار موج در خاک از خواص خاک است. بنابراین کرنش ایجاد شده در لوله به علت انتشار موج لرزه ای در یک محل با خاک مشخص را می توان صرفا تابع سرعت حرکت زمین دانست.

به همین دلیل بیشینه سرعت حرکت زمین معمولا معیاری برای یافتن کرنش حداکثر در لوله معرفی می گردد. جابه جایی گذرا نسبت به جابه جایی های ماندگار کمتر باعث شکستگی و نشت در لوله می شود. کرنش های حاصل از این نوع بارگذاری در لوله حداکثر می تواند در حد کرنش خاک اطراف لوله باشد. این در حالی است که فولاد برای رسیدن به آستانه شکست کرنش های بسیار بیشتری را پذیرا است.

اگر خرابی لوله به علت انتشار موج صرفا با کرنش شکست فولاد سنجش شود برای لوله با هر قطر و ضخامتی حادث نمی گردد. با اینکه یافتن کرنش در لوله به کمک برآورد کرنش خاک اطراف منطقی به نظر می رسد اما نتیجه حاصل چندان با آمارهای موجود همخوانی ندارد.رویکرد دیگر برای تخمین میزان خرابی لوله های مدفون استفاده از آمار زلزله های گذشته است. اشاره می شود که در مسیر طی شده تا تحقیقات اخیر به تدریج توابع خرابی به جای بسط براساس شدت و حداکثر شتاب زمین بیشتر بر حسب حداکثر سرعت زمین بسط یافته اند.