خستگی سازه در اثر بارگذاری متناوب

در علم مهندسی مواد ,,عمران ، مکانیک درسی به نام استاتیک وجود دارد ، وخلاصه درس این است که برای ایستادن و نیفتادن یک سازه باید مجموع نیروهای وارده بر آن سازه در سه جهت x و y و z برابر صفر باشد ،

این درس پیش‌نیاز درس مقاومت مصالح و آن هم‌ پیش نیاز درس تحلیل سازه است ،

چندین سال قبل پُلی در ایالت نیویورک آمریکا فرو ریخت ، بعد از ۳۲ سال کارشناسان گزارش دادن که دلیل ریختن پل fatigue فَتیگ بوده است ، 

سرتا سرعلم مقاومت مصالح هیچ مبحثی جذابیت ندارد الا همین مبحث فَتیگ، یعنی خستگی سازه در اثر بارگذاری متناوب ،

هیچ کدام از این بارگذاری‌ها به تنهائی از توان سازه خارج نیست ، اما همین متناوب بودن شان است که خسته‌اش می‌کند ، طاقت اش تمام می‌شود و می‌ریزد ، 

این دقیقاً همان دلیلی است که بیشتر ما آدم‌ها بابت اش می‌میریم ، بابت تکرار بارهای کوچکی که تمام نمی‌شوند اما تمام می‌کنند.

ما عمدتاً از خستگی می‌میریم ، فقط اِشکال اش این است که درگزارش مرگ هیچ کس نمی‌نویسند دلیل مرگ ، خستگی !

به نظرمی رسد ، نه تنها بالاخره یک روز باید علم مقاومت مصالح را به علم پزشکی قانونی پیوند بزنند ، بلکه باید به روانکاوی هم پیوند بخورد ، چون خیلی مهم نیست که در گزارش مرگ هر آدمی چه می‌نویسند! فقط ای کاش همانطور که فرمولی برای اندازه‌گیری میزان تحمل یک سازه در مقابل خستگی وجود دارد ، فرمولی هم برای اندازه‌گیری میزان تحمل هر انسانی بود ، آن‌وقت شاید می‌شد یک سیستم هشدار دِهی روی هر کسی نصب کرد تا در مواقع حساس ، بعد از تحمل فشارهای متناوب ، به اطرافیان پیامی مخابره کند مبنی بر اینکه:

هشدار ! انسان مورد نظر به فَتیگ نزدیک می‌شود، لطفاً اگر او را دوست دارید ، کمی راحت اش بگذارید تا خستگی بارهای متناوب را آزاد کند و سپس آماده‌ ادامه دادن و Reliability بشود ، در غیر این‌صورت شاهد فروپاشی و مرگ اش خواهید بود ،

لطفاً مراقب بار اضافی و متناوب بر روی جسم عزیزانمان‌ باشیم تا در اثر خستگی ، سازه‌ شان فرو نریزد ،

غصه خوردن نصف پیری است !

با رگذاری کوره ذوب

oبار گذاری کوره ذوب به صورت زیر است 

آهن اسفنجی ، آهک و دولومیت از طریق نوار نقاله وارد سایت فولاد سازی می شود و از طریق بین هایی که در بالای کوره قرار دارد در حین عملیات ذوب وارد کوره می شود.

میزان شارژ مواد به میزان جذب انرژی وابسته است. هر چه میزان توان ورودی به کوره بیشتر شود میزان شارژ مواد به کوره نیز افزایش می یابد.

  نرخ ورودی آهن اسفنجی مطابق با قرارداد در حالتی که شارژ به صورت 35% قراضه و 65% اسفنجی باشد به طور میانگین برابر  2.2 t/min  می باشد.  

o  نرخ ورودی آهن اسفنجی مطابق با قرارداد در حالتی که شارژ به صورت 100% اسفنجی باشد به طور میانگین برابر  2.7 t/min  می باشد.  

o  نرخ ورودی آهن اسفنجی مطابق با آنالیز اسفنجی تولیدی در فولاد هرمزگان در حالتی که شارژ به صورت 100% اسفنجی باشد به طور میانگین برابر 3 t/min می باشد.  oنرخ ورودی آهن اسفنجی مطابق با آنالیز اسفنجی تولیدی در فولاد هرمزگان در حالتی که شارژ به صورت 100% اسفنجی باشد به طور میانگین برابر 3 t/min می باشد.  

FLARE

به سیستمی که عمل سوختن در سطح زمین انجام بگیرد، فلر زمینی می‌گویند. معمول‌ترین نوع فلرهای زمینی شامل آرایش چندین «جت فلر» (Multi-Jet Flare) با سیستم بسته است. در فلرهای زمینی، بخش سوزان در داخل یک محفظه عایق قرار گرفته است که نویز،‌ نور شعله و انتقال حرارات تشعشعی را کاهش می‌دهد و حفاظی در برابر باد ایجاد می‌کند. یک نازل افت فشار هم به منظور اختلاط مناسب مواد و احتراق کامل در نظر گرفته می‌شود تا نیازی به تزریق بخار نباشد. در مقایسه با فلرهای مرتفع، فلرهای زمینی به طور کلی دوده، نویز و نور کمتری دارند به شرط آنکه دبی جریانی گاز، از مقدار طراحی شده فراتر نرود. علاوه بر این، بر خلاف سیستم فلر مرتفع،‌ این نوع از فلرها، مواد سوختنی را کمتر پخش می‌کنند چراکه در زمین قرار گرفته‌اند.

زباله سوزها (Incinerators)هم نمونه ای دیگر از این فلرهای زمینی هستند که برای از بین بردن 100 درصد گازهای خطرناک مورد استفاده قرار می گیرند و در ظرفیتهای نسبتا کم نسبت به سایر انواع فلر بهره برداری میشوند.

                                                              فلر زمینی بسته

                                                            سیستم فلر نصب شده در پالایشگاه آریان اطلس

                                                            سیستم فلر نصب شده در پالایشگاه آریان اطلس

                                                            سیستم فلر نصب شده در پالایشگاه آریان اطلس

 

                                                            سیستم فلر نصب شده در پالایشگاه آریان اطلس

 

همکاری در سیستم بی بو کردن و حذف ذرات معلق موجود در Flue Gas یک واحد پیرولیز در کشور چین:

فلر

یکی از مهمترین مسائل مربوط به محیط زیست، دفع مناسب گازهای هیدروکربنی زائد موجود در واحدها و مجتمع های صنعتی است. از متداول ترین روش های دفع، سوزاندن این گازها ست. یکی از متداول ترین تجهیزات سوزاندن این گازها فلرها هستند، فلرها تجهیزات مناسبی جهت سوزاندن گازهای زائد و رهاسازی آنها در محیط می باشند، احتراق در انتهای بالایی دودکش فلر (Flare Stach) و در ارتفاع، جایی که آتش خان فلر (Flare Tip) وجرقه زن ها (Pilot Burnurs) قرارگرفته اند، انجام می گیرد.

ارزیابی FFS

ارزیابی FFS یک سری ارزیابی های کمی مهندسی می باشد که به منظور تعیین و تایید یکپارچگی ساختاری و انسجام مکانیکی تجهیزات در حال سرویس و دارای ترک، و یا هر نقص دیگر ایجاد شده در حین ساخت و یا سرویس، انجام می پذیرند. ظروف تحت فشار، مخازن ذخیره و سیستم های لوله کشی با گذشت زمان در معرض انواع گوناگونی از تخریب قرار می گیرند که این امر در نهایت یکپارچگی سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. کُدها و استانداردهای فعلی تنها ارائه دهنده قوانین و دستورالعمل های مربوط به طراحی، ساخت، بازرسی و تست تجهیزات تحت فشار نوساز می باشند. در حال حاضر این کُدها در مورد پذیرش ضخامت از دست رفته و خورده شده تجهیزات از قوانین تجربی استفاده می کنند. در نتیجه، واحدهای عملیاتی اغلب به اشتباه و بدون اینکه واقعاً نیازی باشد به منظور تعمیر یا تعویض تجهیزات متوقف می شوند. در چنین شرایطی، اجرای ارزیابی های مهندسی نظیر ارزیابی مناسب بودن برای سرویس دهی (FFS) جهت بررسی یکپارچگی ساختاری و امکان افزایش ایمن عمر تجهیزات دارای نقص امری مفید و در عین حال ضروری به نظر می رسد.
استاندارد API 579-1/ASME FFS-1

در اوایل دهه 90 میلادی، با افزایش تعداد حوادث منجر به فوت و جراحت در صنایع نفت آمریکا، نیاز به تدوین استانداردی جهت ارزیابی مناسب بودن تجهیزات مستهلک به منظور بررسی امکان ادامه سرویس دهی آنها احساس گردید. با دستور انجمن ایمنی و بهداشت حرفه¬ای (OSHA) ایالات متحده آمریکا، اکثر شرکت های نفتی بزرگ آمریکائی نمایندگانی را جهت تشکیل کمیته FFS به انستیتو نفت آمریکا (API) اعزام نمودند. از کشورهای اروپائی و همچنین از چین و ژاپن نیز نمایندگانی در این کمیته حضور داشتند. بدین ترتیب، اولین نسخه استاندارد به صورت Recommended Practice با نام API RP 579 در اوایل سال 2000 میلادی منتشر شد. بعد از انتشار این نسخه، دو انجمن API و ASME به صورت موازی جهت چاپ نسخه جدید استاندارد فعالیت می¬کردند. با توجه به نزدیک بودن فعالیت های آنها، سرانجام کنسرسیومی از دو انجمن تشکیل شد که نتیجه آن انتشار نسخه جدید API 579 با نام API 579-1/ASME FFS-1 در سال 2007 میلادی می باشد.
استاندارد API 579-1/ASME FFS-1 دستورالعمل هایی را برای انجام ارزیابی های FFS بر روی تجهیزات صنعت پالایش و پتروشیمی ارائه می دهد. از این دستورالعمل¬ها می¬توان برای تصمیم گیری در مورد امکان ادامه فعالیت، و یا لزوم تعمیر/جایگزینی تجهیزات استفاده نمود تا از ادامه فعالیت ایمن تجهیزات تحت فشار اطمینان حاصل گردد. استاندارد API 579-1/ASME FFS-1 تکمیل کننده الزامات مربوط به استانداردهای API 510 (بازرسی تجهیزات تحت فشار)، API 570 (بازرسی سیستم های لوله کشی) و API 653 (بازرسی مخازن ذخیره روی سطح زمین) می باشد. از دستورالعمل های ارزیابی ارائه شده در این استاندارد می توان برای ارزیابی های FFS و/یا برآورد و تعیین شرایط عملیاتی جدید تجهیزات طراحی شده و ساخته شده مطابق کدهای زیر استفاده نمود:
ASME B and PV code, Section VIII, Division 1
ASME B and PV code, Section VIII, Division 2
ASME B and PV code, Section I
ASME B31.3 Process Piping code
ASME B31.1 Power Piping code
API 650 Welded Steel Tanks for Oil Storage
API 620 Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks
عمر باقیمانده و تعیین شرایط جدید کاری

روش های ارزیابی FFS در استاندارد API 579-1/ASME FFS-1 هم تعیین وضعیت (یکپارچگی) فعلی تجهیز با توجه به شرایط کنونی سرویس، و هم تعیین عمر باقیمانده تجهیز را پوشش می دهند. اگر نتایج ارزیابی FFS نشان دهد که تجهیز و یا قطعه مورد نظر برای شرایط عملیاتی فعلی مناسب است، تجهیز مربوطه می تواند در صورت تهیه و اجرای یک برنامه بازرسی مناسب، به عملیات خود در سرویس ادامه دهد. اگر نتایج ارزیابی FFS نشان دهد که تجهیز و یا قطعه مورد نظر برای شرایط عملیاتی فعلی مناسب نمی باشد، باید از روش های محاسباتی موجود در API 579-1/ASME FFS-1 برای تعیین شرایط و محدوده های عملیاتی و کاری جدید تجهیزات استفاده گردد. برای تجهیزات تحت فشار (مانند ظروف تحت فشار و لوله کشی ها) از این محاسبات می¬توان برای یافتن مقدار کاهش یافته حداکثر فشار کاری مجاز و/یا دمای منطبق با آن استفاده نمود. برای قطعات مربوط به مخازن ذخیره (مانند Shell Courseها)، از این روش های محاسباتی می¬توان برای تعیین مقدار کاهش یافته حداکثر ارتفاع پرکردن استفاده نمود. محاسبات عمر باقیمانده در استاندارد API 579-1/ASME FFS-1 با هدف تعیین زمان دقیق وقوع از کارافتادگی ارائه نشده اند، بلکه از این محاسبات در کنار کدهای بازرسی مربوطه و/یا برنامه های پایش تجهیزات، برای تعیین بازه های بازرسی استفاده می شود.
جایگاه FFS در اجرای فن آوری بازرسی بر مبنای ریسک (RBI)

ارزیابی «FFS» مهره تکمیل کننده حلقه اجرایی پروژه¬های بازرسی بر مبنای ریسک می باشد. ارتباط فن آوری RBI و فرآیند آنالیز FFS با دیگر استانداردهای بازرسی فراتر از یک ارتباط مستقیم می باشد، بلکه به صورت سیکلی از استانداردها و دستورالعمل های بازرسی موجود، سیستم مدیریتی RBI و انجام ارزیابی های FFS می باشد. از دستورالعمل های FFS برای تصمیم گیری در مورد امکان ادامه فعالیت، و یا لزوم تعمیر/جایگزینی تجهیزات در معرض مکانیزم های تخریب شناسایی شده در روند اجرای RBI، و همچنین در صورت امکان، تعیین عمر باقیمانده تجهیز دارای نقص استفاده می گردد. نرخ واقعی تخریب تابعی پیچیده از بر هم کنش خواص مواد، محیط فرآیند، شرایط عملیاتی و حالت تنش می باشد. در دستورالعمل FFS در ابتدا تخمینی محافظه کارانه از نرخ تخریب محاسبه خواهد گردید. سپس میزانی از پیشرفت تخریب که هر قطعه می تواند تحمل کند، تعیین گردیده و برنامه بازرسی بعدی به گونه ای که پیش از زمان پیش بینی شده از کارافتادگی تجهیز باشد، مشخص می گردد. با انجام هر یک از بازرسی ها در آینده، نرخ واقعی تخریب با دقت بهتری تعریف می گردد و فرکانس های بازرسی با توجه به آنها تعیین خواهند گردید.
انجام ارزیابی های FFS تخصص ما می باشد

متخصصین ما از پیشگامان اجرای این فن آوری در ایران هستند و تا کنون ضمن انجام ارزیابی های متعدد FFS و تولید نرم افزارهای مرتبط، موفق به چاپ کتاب و ارائه چندین مقاله در کنفرانس های معتبر داخلی و خارجی شده اند. ارزیابی های ما می تواند ضمن بالا بردن قابلیت اطمینان تاسیسات شما، با ارائه راهکارهای زیر صرفه جویی های چشمگیری را به دلیل کاهش تعداد تعمیرات غیر ضروری به همراه داشته باشد:
ارائه راه حل های عملی و مقرون به صرفه در خصوص مسائل FFS
استفاده از تکنیک های FFS پیشرفته به منظور افزایش عمر تجهیزات
ارزیابی تغییرات در سرویس به منظور بهبود عملکرد تجهیزات
ارائه راهکارهای تعمیراتی موثر موقت و دائمی
کاهش زمان توقف جهت انجام تعمیرات
ارائه راهکارهای عملی جهت انجام سریع تعمیرات اساسی در شرایط اضطراری
دانش وسیع ارزیابی های FFS

ما می توانیم انواع آسیب های ممکن در صنایع پالایش و پتروشیمی که در انواع مختلف ظروف تحت فشار، سیستم لوله کشی، خطوط انتقال، مخازن ذخیره، مبدل های حرارتی، کوره ها (بدنه، تیوب ها و دودکش) و دیگر قطعات مکانیکی رخ می دهد را آنالیز نماییم. دانش ما شامل ارزیابی مکانیزم های تخریب زیر می گردد:
شکست ترد
دولایگی و تاول ها نظیر آسیب های HIC و SOHIC
شکم دادگی و عدم دوار بودن
آسیب های شبیه ترک شامل رشد ترک های خستگی و خوردگی تنشی
فرورفتگی، کندِگی و ترکیب هر دو
ارزیابی نقاط حساس شده
عمر باقیمانده تیوب کوره ها
ارزیابی تجهیزات در معرض دمای بالا و آسیب های خزش و خزش-خستگی
آسیب های ناشی از آتش سوزی
آسیب های هیدروژنی دمای بالا (HTHA)
خستگی مکانیکی و حرارتی
ترک رینگ اتصالات فلنجی
جداره مخازن و نشست لبه ها
تنش زدایی موضعی جوش های تعمیری
مدل سازی تنش های پسماند جوش و به کارگیری ارزیابی های نقص های شبیه ترک
لرزش بُرج ها، دودکش ها و خطوط لوله در اثر وزش باد
لرزش های مکانیکی
آنالیز حرارتی Hot Tap