دراسة عددية لآلية انتشار الشقوق في جدران الأنابيب الفولاذية لنقل الغاز تحت تأثير الحمولات الدورية
الملخص
يتم تصنيع الأنابيب المستخدمة في مجال النفط والغاز وفق مواصفات عالمية منها الكود العالمي American Petroleum Institute API-5L. سيتم التركيز في هذا البحث على الفولاذ Grade X65 وذلك بسبب متانته الجيدة وسعره المنخفض وقابليته الممتازة للحام مما يجعله يتفوق على أصناف أخرى من الفولاذ، إضافة إلى استخدامه بكثرة في منشآت القطر. ويعتبر وجود الشقوق على السطوح الداخلية أو الخارجية للأنابيب من أهم العيوب التي تساهم في تخفيـــض عمـر وصلاحية هذه الأنابيب، كما يمكن أن تؤدي هذه الشقوق إلى حوادث كارثية.
تم في هذا البحث التحقق تجريبياً من مواصفات معدن الأنابيب المركبة ومطابقتها مع المواصفة القياسية لهذا الفولاذ من خلال التركيب الكيميائي والبنية المجهرية واختبار الشد واختبار الصدم واختبار القساوة.
بعد ذلك تمت دراسة توزع الإجهادات في جدران أنابيب ذات أقطــار وسماكات مختلفة وخاضعة لقيم مختلفة للضغط الداخلي، وقد تمت الدراسة تحليلياً باستخدام المعادلات وعددياً بطريقة العناصر المنتهية باستخدام البرنامج Ansys .
كما تمت دراسة احتمالية حدوث الإنهيار في حالة وجود الشقوق بسبب التأثير المشترك لكلٍ من الشقوق والضغط المطبق، ومن ثم تم حساب معدل نمو الشقوق تحت تأثير الضغط الداخلي المتكرر وبالتالي معرفة العمر الآمن للأنبوب من خلال حساب قيم عامل شدة الإجهاد KI والذي يؤدي إلى فتح قمة الشق. ومن ثم مقارنة هذه القيم مع قيمة عامل متانة الانكسار (عامل شدة الإجهاد الحدي) من أجل التحقق من ضمان عمل وسلامة الأنابيب ( في حال وجود الشقوق فعلاً ضمن جدار الأنابيب) وعدم حدوث ظاهرة الانكسار المفاجئ للأنابيب الذي قد يؤدي إلى حدوث كارثة بشرية أو بيئية.
