-مقدمه

لوله های پلیمری تقویت شده توسط الیاف شیشه GRP به علت مقاومت در برابر خوردگی های شیمیایی، نسبت مقاومت مکانیکی به وزن بسیار بالا و … مورد توجه طراحان خطوط لوله در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی قرار گرفته اند. این نوع از لوله ها بر خلاف لوله های فلزی دچار خوردگی نمی شوند اما عامل تخریب این لوله ها پدیده ای به نام خزش1 میباشد. لازم به ذکر است که پدیده خزش در لوله های فلزی در دماهای بالاتر از یک سومنقطه ذوب ظاهر میشود اما در لوله های پلیمری اعم از لوله های GRP، پلیاتیلین، … PVC این پدیده در دمای محیط و با گذشت زمان می تواند باعث تخریب لوله گردد به عبارت دیگر هنگامی که لوله های پلیمری تحت فشار داخلی و بارگذاری خارجی قرار می گیرند پس از مدت زمان طولانی یک سری از مشخصه های مکانیکی آنها دچار تغییر شده و نشست از جداره لوله به علت پدیده خزش صورت میگیرد. از این رو عامل تعیین کننده عمر مفید2 لوله های پلیمری پدیده خزش می باشد. لازم به ذکر است که عمر مفید یک لوله GRP در حدود 50 سال در نظر گرفته میشود در نتیجه با آزمایشات و محاسبات تحلیل تنش بر روی این لوله ها پارامترهایی جهت ارزیابی عمر لوله استخراج شده و با اعمال این پارامترها در طراحی خطوط لوله GRP میتوان اطمینان حاصل کرد که در طی 50 ساله سرویس دهی خط لوله پدیده شکست ناشی از خزش برای آن اتفاق نیفتد. در استانداردهای بینالمللی مربوط به لوله های GRP همچون استانداردهای , [3,2] , [6] 6AWWA4 [4] , ISO5 [5] , BSI اعمال تست های درازمدت بر روی لولههای GRP هر تولید کننده به منظور احراز صلاحیت عمر مفید 50 ساله آنها و استخراج نتایج این آزمون ها جهت کلاسه بندی نوع لوله و استفاده در طراحی خطوط این نوع لولهها الزامی می باشد. در ادامه به بررسی آزمایشات انجام شده خواهیم پرداخت.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب:

1- مقدمه ……………………………………………………………………………..1
2-اهمیت نتایج آزمون های درازمدت………………………………………………..2
3- معرفی لوله های GRP و بررسی نحوه شکل گیری پدیده خزش در آنها……2
4- بررسی بارگذاری فشاری داخلی……………………………………………….3
5- بررسی بارگذاری خمشی جانبی لوله………..…………………………………..7
6- بررسی اثرات بارگذاری ترکیبی………………………………………………….8
7- تأثیرات محیطی بر استحکام لوله های GRP………………ا…………………10
8-نتایج برای تخمین عمر فشار ترکیدن…………………………………………….12
9- نتایج تخمین عمر مفید برای خمش حلقوی…………………………………….13
10-نتایج و هدایت برای تحقیقات آینده………………………………………….……17
11-نتیجه گیری..………………………………………………………………….……….20
فهرست منابع انگلیسی…………………………………………………………….. 21

 

در متن حاضر رفتار طولانی مدت لوله های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (7GRP) مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که لوله های GRP بر خلاف لوله های فلزی دچار خوردگی نمی شوند اما در اثر بارگذاری فشاری و خمشی در درازمدت ممکن است که در اثر پدیده خزش دچار شکست شوند. از این رو ارزیابی عمر خزشی این لوله ها در طراحی خطوط سیال اهمیت ویژه ای دارا میباشد. در مقاله حاضر نتایج تست های درازمدت فشاری و خمشی بر روی لولههای GRP که با وسایل و ابزار اندازه گیری دقیق صورت گرفته ارائه شده است. روند انجام آزمایشات براساس روش های پیشنهادی در استانداردهای معتبر بین المللی همچون 8ASTM می باشد. در مقاله حاضر در ابتدا توضیحاتی در مورد نحوه تولید لوله های GRP و نحوه عملکرد پدیده خزش بر آنها توضیحاتی ارائه شده است. سپس به معرفی پروسه تست و دستگاههای آزمایشی پرداخته شده و در نهایت نتایج این آزمونها ارائه شده است. در ادامه روش استفاده از نتایج آزمون در طراحی خطوط لوله های GRP بیان شده است. بر اساس نتایج آزمایش های انجام شده چنین نتیجهگیری شد که انجام تست های درازمدت و استفاده از نتایج آنها برای طراحی خطوط لوله های GRP در کلیه مصارف انتقال سیال الزامی می باشد.
3-معرفی لوله های GRP و بررسی نحوه شکل گیری پدیده خزش در آنها
روش های متفاوتی جهت تولید لولههای GRP موجود است که عمدهترین روش ها عبارتند از روش الیاف پیچی، روش گریز از مرکز و روش قالب گیری. در مقاله حاضر نوع لوله های GRP مورد نظر لوله های تولید شده با روش الیاف پیچی و تولید پیوسته9 می باشد. در تولید لوله های GRP به روش الیاف پیچی یک یک 7 – Glass Reinforced Plastic 98 — Continuous Filament Winding American Spciety for Materials and Testing ساختار چند لایه متشکل از الیاف های تقویت کننده حلقوی10 و الیاف های خرد شده11 و رزین و ماسه سیلیسی تشکیل میشود. عملاً مشخصات مکانیکی در جهت حلقوی لوله توسط الیاف های پیوشته که بصورت حلقوی و تحت زاویه 90 حول قالب پیچیده می شوند تعیین می گردد و مشخصات مکانیکی در جهت طولی توسط الیاف های خرد شده تأمین می شود. با توجه به قطر کلاس فشاری و سفتی لوله ضخامت و ترکیب مواد کل جداره لوله مشخص میشود. عملاً پدیده خزش در لوله های GRP تحت پدیده بارگذاری حاصل از فشار داخلی و همچنین نیروهای خارجی اعمالی بر روی لوله می باشد. به عبارت دیگر دو نوع بارگذاری که یکی فشار داخلی و باعث انبساط جداره لوله می شود و همچنین بارگذاری خمشی خارجی که باعث تغیر شکل مقطع لوله میگردد در شکلگیری پدیده خزش نقش عمده ای دارند. برای مثال در لوله های دفنی تحت فشار، فشار داخلی سیال و فشار خارجی ناشی از نیروهای عکسالعمل خاک و وزن خاک سرباره و باره های ترافیکی میتوانند باعث پدیده خزش در لوله های GRP گردند. پارامتری که در مراجع معتبر
9[ ,8 ,7] جهت ارزیابی این پدیده پیشنهاد شده است کرنش ایجاد شده در جدار لوله می باشد. لذا روش پیشنهادی در مراجع فوق الذکر جهت ارزیابی پدیده خزش در لوله های GRP تعیین کرنش خزش حاصل از فشار داخلی و همچنین کرنش خزشی ناشی از خمش لوله و بیضوی شدن مقطع آن می باشد که با محاسبه کرنش های خزشی فوق رابطه ای در مرجع [7] ارائه شده است که جهت طراحی خطوط لوله میتوان اثرات بارگذاری ترکیبی12 فشار داخلی و بیضوی شدن مقطع لوله را همزمان در آنالیز لحاظ کرد. در ادامه به بررسی آزمایشات انجام گرفته جهت تعیین هر یک از کرنش های خزشی فوقالذکر میپردازیم.
4-بررسی بارگذاری فشاری داخلی
در این آزمون تأثیر فشار داخلی سیار بر رفتار خزشی لوله مورد بررسی قرار می گیرید. مرجع اصلی این آزمایش دستورالعمل ارائه شده در استاندارد ASTMD 2992 مرجع [8] می باشد. در این آزمایش حداقل باید 18 نمونه لوله مورد آزمایش فشار داخلی قرارگیرند. تمامی نمونه ها باید دارای قطر، کلاس فشاری و سفتی مشابه باشند. دو سر لوله مسدود میگردد و درون لوله توسط آب پر شده و سپس تحت فشار قرار می گیرد. لازم به ذکر است که هر لوله تحت یک فشار داخلی خاص قرار میگیرد و سپس بر روی سطح خارجی لوله یک سری کرنش سنج13 نصب میشود. کرنش سنج ها به دستگاه کامپیوتری ثبت اطلاعات14 متصل می باشند که به صورت متناوب و با گذشت زمان تغییرات کرنش در جدار لوله را ثبت می کند. بر روی سطح خارجی لوله یک فویل آلومینیومی کشیده شده است که در صورت نشست آب از جدار خارجی لوله در اثر پدیده خزش و ایجاد اتصال الکتریکی دستگاه کامپیوتر مرکزی را مطلع سازد و این لحظه نقطه شکست در اثر کرنش خزشی محسوب میشود. با توجه به فشار اولیه که در لوله قرار میگیرد پس ازگذشت مدت زمان معینی لوله دچار خزش میشود و هر چه فشار اولیه بالاتر باشد زمان شکست زودتر اتفاق میافتد. در استاندارد مذکور ذکر شده که حداقل 4 سری از نمونه ها باید کمتر از 1000 ساعت دچار شکست شوند و حداقل یک نمونه نیز باید بیشتر از 10000 ساعت تحت فشار و تست قرار گیرد. با ثبت کرنش در زمان شکست و زمان شکست و رسم این نقاط بر یک منحنی لگاریتمی و انجام یک رگرسیون لگاریتمی خطی کرنشی که باعث شکست یک لوله مشابه پس از 50 سال میشود محاسبه میگردد و این کرنش را به نام 15HDB نامگذاری می کنند. در آزمایش انجام شده در آزمایشگاه این شرکت 45 نمونه لوله مشابه تحت تست قرار گرفته اند. کلیه لوله های GRP دارای قطر 600 میلی متر با کلاس فشاری 6 بار و سفتی 5000 پاسکال انتخاب شده اند. لازم به ذکر است که فشار اولیه ای که باعث شکست نمونه در کمتر از یک ساعت شده است برابر 150 اتمسفر اعمال شده است.

در این آزمون تأثیر بارگذاری خمشی جانبی یا در حقیقت میزان بیضوی شدن مقطع لوله مورد بررسی قرار گرفته است این آزمون بر اساس دستورالعمل ارائه شده در استاندارد ASTMD 5365 مطابق مرجع [9] انجام می گیرد.
در این آزمون یک سری رینگ های مشابه که از لوله های همسان تهیه شده اند تحت تست قرار می گیرند.
نمونه رینگ های مورد نظر توسط دو صفحه موازی بارگذاری فشاری می شوند. با توجه به میزان بار اولیهای که به هر نمونه وارد می شود رینگ های مورد نظر دچار تغییر شکل مقطعی یا بیضوی میشوند که میزان بیضوی شدن با کاهش قطر داخلی در جهت قائم اندازهگیری می شود بر اساس استاندارد اشاره شده کلیه نمونهها باید مغروق در آب باشند. در داخل نمونه ها یک سری کرنش سنج نصب شده است که تغییرات کرنش با زمان را توسط دستگاه ثبت اطلاعات دیجیتالی ذخیره می کنند. همچنین کاهش قطر عمودی داخلی نیز توسط یک سنسور به صورت جداگانه ثبت می گردد. شکست قطعه زمانی فرض میشود که جداره لوله دچار شکست شود یا شیب منحنی رشد تغییرات کاهش قطر عمودی با گذت زمان بر روی منحنی لگاریتمی بزرگتر یا مساوی 0.25 شود.
در نهایت کرنش ثبت شده در زمان شکست و زمان شکست به صورت جداگانه ثبت میشوند و با رسم این نقاط بر روی یک منحنی لگاریتمی و انجام رگریسون خطی لگاریتمی کرنش باعث شکست قطعه در اثر بارگذاری خمشی حلقوی پس از پنجاه سال مشخص می گردد. در این تست نیز باید حداقل یک نمونه بیش از 10000 ساعت تحت تست و آزمایش باقی بماند.

9



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان