پایان نامه تحلیل لرزه ای لوله های انتقال دارای خوردگی و روش های مقاوم سازی آنها

فهرست و منابع پایان نامه تحلیل لرزه ای لوله های انتقال دارای خوردگی و روش های مقاوم سازی آنها

فهرست:

عنوان                                                                                                                               صفحه

تقدیم  ................................................................................................    ت

 سپاسگذاری  ............................................................................................. ث

فهرست مندرجات ........................................................................................................................ج

 فهرست اشکال .......................................................................................... . ر

فهرست جداول ..........................................................................................................................ض

 چکیده ....................................................................................................١

مقدمه ..................................................................................................................................... ۲

فصل اول - کلیات ........................................................................................................................ ۴

۱-۱- هدف .............................................................................................................................. ٥

۱-۲- پیشینه تحقیق ................................................................................................................... ۶

۱-۳- روش کار و تحقیق .............................................................................................................. ٩

فصل دوم -  انواع لوله ها و علل خرابی آنها  ..................................................................................... ۱۱

۲-۱- مقدمه ........................................................................................................................... ١٢

۲- ۲- دسته بندی خطوط لوله ..................................................................................................... ١٢

۲-۲-۱- خطوط لوله مدفون و نیز روی زمینی ............................................................................... ١٢

۲-۲-۲- خطوط لوله با اتصالهای صلب و یا انعطاف پذیر.................................................................... ١٣

۲-۲-۳- لوله های صلب و لوله های انعطاف پذیر ............................................................................ ١٣

۲-۲-۴- خطوط لوله تحت فشار و تحت جریان ثقلی ........................................................................ ١٤

۲-۳- بارهای وارده بر لوله های مدفون ............................................................................................ ١٤

۲-۴- علل عمده خرابی لوله ها ..................................................................................................... ١٥

۲-۴-۱- زمین لرزه و اثر آن بر لوله های انتقال .............................................................................. ١٦

۲-۴-۱-۱- آثارغیر مستقیم زلزله (گسیختگی زمین ) ................................................................... ١٦

۲-۴-۱-۱-۱- گسلش .................................................................................................... ١٧

۲-۴-۱-۱-۲- زمین لغزشها ............................................................................................. ١٩

۲-۴-۱-۱-۳- تغییر مکانهای ناشی از روانگرایی ...................................................................... ٢٢

۲-۴-۱-۱-۴- چگالش ................................................................................................... ٢٦

۲-۴-۱-۱-۵- ترکهای زمین ............................................................................................ ٢٦

۲-۴-۱-۲-آثار مستقیم زلزله (رفتار لوله ها در برابر ارتعاش های ناشی از امواج زلزله )............................ ٢٦

۲-۴-۱-۲-۱-  انواع موج و ویژگی آنها ................................................................................ ٢٩

۲-۴-۱-۲-۲- اندرکنش خاک خط لوله ............................................................................. ٣١

۲-۴-۱-۲-۳-  بررسی تغییرات شکل موج ............................................................................ ٥١

۲-۴- ۲- خوردگی در لوله ها ................................................................................................... ٥٣

 ج

 

-۴-۳- عیوب و درزهای حین اجرا در اثر عدم اجرای مناسب مانند برخورد تجهیزات ................................ ٥٤

۲-۵- روش های بهسازی و تعمیر لوله های انتقال ............................................................................... ٥٤

۲-۵-۱- استفاده از لوله های ساخته شده از مواد کامپوزیت به جای لوله های فولادی ................................. ٥٥

۲-۵-۲- استفاده از دورپیچ های FRP برای تعمیر و بهسازی لوله ها .................................................... ٥٦

۲-۵-۲-۱- مواد تشکیل دهنده دورپیچ های FRP و ویژگی های آنها ............................................... ٥٧

۲-۵-۲-۱-۱- الیاف (Fiber).......................................................................................... ٥٨

۲-۵-۲-۱-۲- رزین ها (Resins)..................................................................................... ٦٠

۲-۵-۲-۱-۳- پرکننده (Filler)....................................................................................... ٦٠

۲-۵-۲-۲- مزایای استفاده از FRP در بهسازی و تعمیر لوله ها ...................................................... ٦٣

۲-۵-۲-۳- انواع ورقه های کامپوزیتی رایج ............................................................................... ٦٤

۲-۵-۲- ۳-۱- کلاک اسپرینگ Clock Spring .................................................................. ٦٤

۲-۵-۲-۳-۲- سیستم استرانگ بک  Strong Back.............................................................. ٦٥

۲-۵-۲-۳-۳- آرمور پلیت Armor Plate .......................................................................... ٦٧

۲-۵-۳- نصب یک پوشش صفحه فولادی بر روی قطعه آسیب دیده ...................................................... ۶۷

۲-۵-۴- روش های داخلی تعمیر و بهسازی لوله ها ......................................................................... ٦٨

فصل سوم - معرفی مدل مورد مطالعه و نحوه تحلیل و ارزیابی مدل ...................................................... ۶۹

 ۳-۱- مقدمه .......................................................................................................................... ۷۰

۳-۲- مشخصات کلی مدل و فرضیات مدلسازی ................................................................................. ٧٠

۳-۲-۱-مشخصات خط لوله و شرایط تکیه گاهی دو سر آن ................................................................ ٧٠

۳-۲-۲- مشخصات خاک و مدلسازی آن ...................................................................................... ٧١

۳-۲-۲-۱- محاسبه مولفه قید محوری (طولی ) ........................................................................... ٧٢

۳-۲-۲-۲- محاسبه مولفه قید افقی جانبی ............................................................................... ٧٣

۳-۲-۲-۳- محاسبه مولفه قید قائم ........................................................................................ ٧٦

۳-۲-۳- معرفی شتاب نگاشت های مورد استفاده ............................................................................ ٧٨

۳-۲-۴- فرضیات مدل جهت اعمال تاخیر فاز در برابر ارتعاشات ناشی از امواج زلزله ................................... ٨٢

۳-۳- نحوه مدلسازی خوردگی و مقاوم سازی قطعه لوله ....................................................................... ٨٤

۳-۳-۱- خوردگی یکنواخت ..................................................................................................... ٨٥

۳-۳-۲- خوردگی موضعی ....................................................................................................... ٨٦

۳-۳-۳- مقاوم سازی لوله خورده شده با پوشش FRP..................................................................... ٨٧

۳-۴- معرفی المان های مورد استفاده در نرم افزار Ans s و قابلیت های هریک از آن ها................................ ٨٨

۳-۴-۱- المان تیر سه بعدی Beam24...................................................................................... ٨٨

۳-۴-۱-۱- خلاصه ورودی های Beam24 ............................................................................... ٨٩

۳-۴-۱-۲- خلاصه خروجی های المان Beam24....................................................................... ۸۹

۳-۴-۲- المان فنر غیر خطی ٣٩ Combin................................................................................. ٨٩

۳-۴-۲-۱- خلاصه ورودی های المان Combin39.................................................................... ٩٠

۳-۴-۲-۲- خلاصه خروجی های المان ٣٩ Combin................................................................. ٩١

 ح

 

-۴-۳- المان پوسته ای Shell43 ........................................................................................... ٩١

۳-۴-۳-۱- خلاصه ورودی های المان ، Input Summar............................................................ ٩٢

۳-۴-۳-۲- خلاصه خروجی های المان ،  Output Summar....................................................... ٩٢

۳-۴-۴- المان سازه ای لایه ای غیر خطی Shell91....................................................................... ٩٣

۳-۴-۴-۱- خلاصه ورودی های المان ، Input Summar............................................................ ٩٤

۳-۴-۴-۲- خلاصه خروجی های المان ،  Output Summar....................................................... ٩٤

فصل چهارم -  نتایج آنالیز لرزه ای خط لوله در حالت سالم ، دارای خوردگی و مقاوم سازی شده ..............۹۶

 ۴-۱-مقدمه ............................................................................................................................٩٧

۴-۲- نتایج حاصل از تحلیل لرزه ای سه بعدی تیر بر بستر الاستوپلاستیک ................................................. ٩٧

۴-۲-۱- بررسی تاثیر شرایط تکیه گاهی دو سر خط لوله ................................................................... ٩٧

۴-۲-۲- بررسی اثر تاخیر فاز موج زلزله در خط لوله ...................................................................... ١١٠

۴-۲-۳- نتایج تحلیل لرزه ای خط لوله ...................................................................................... ١٢٢

۴-۲- نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی قطعه بحرانی لوله در حالت سالم ،خورده شده .....................................١٤١

۴-۲-۱- نتایج بررسی خوردگی یکنواخت در لوله .......................................................................... ١٤٧

۴-۲-۱-۱- با استفاده از کاهش مدول الاستیسیته ..................................................................... ١٤١

۴-۲-۱-۲- اعمال خوردگی با استفاده از کاهش ضخامت لوله ........................................................ ١٤٧

۴-۲-۲- نتایج بررسی خوردگی موضعی در لوله ............................................................................ ١٥٣

۴-۳- نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی قطعه خورده شده لوله در حالت مقاوم سازی شده ...............................١٥٥

۴-۳-۱- نتایج مقاوم سازی لوله دارای خوردگی یکنواخت با %20=w توسط پوشش FRP ...................... ١٥٥

۴-۳-۲- نتایج مقاوم سازی لوله دارای خوردگی یکنواخت با %30=w توسط پوشش FRP ...................... ١٥٧

۴-۳-۲- نتایج مقاوم سازی لوله دارای خوردگی یکنواخت با %40=w توسط پوشش FRP ...................... ١٥٩

فصل پنجم - نتیجه گیری و پیشنهادات   ......................................................................................۱۶۲

۵-۱-مقدمه ...........................................................................................................................١٦٣

۵-۲- جمع بندی نتایج حاصل از تحلیل .........................................................................................١٦٣

۵-۳- پیشنهادات ....................................................................................................................١٦٥

منابع و مراجع ........................................................................................................................١٦٦ 

 

منبع:

 

[1] Newmark, N. M; Rosenblueth, E. ” Fundamental of Earthquake Engineering” ,  Prentice

- Hall Englewood, N. J. , Cliffs, 1971.

 [2] Takada, S. ” Earthquake Resistant Design of underground Pipelines” , 6the world Conf.

on Earthquake Eng. , New Delhi, 1977, PP. 3376-3381

 [3] O’Rourke, T. D; Trautmann, C. H.  “ Anal tical Modeling of buried Pipeline Response

to Permanent Earthquake Displacements ”  ,Geotechnical Eng.Report  80-4  ,Cornell

Universit , Ithaca, New York, 1980.

 [4] Shah, H. H ;Chu, S. L. ”Seismic  Anal sis of Underground Structural Elements”, Proc.

ASCE, J. Power Div.Vol. 100, 974, PP. 53-62

 [5] Parmelee, R ; Ludke, C. ”Seismic Soil-Structure Interaction of Buried Pipelines”,

Proc.V. S. Nat.Conf.Earthquake Eng. , 1975, PP. 406-415

 [6] TCLEE.”Guidelines for the Seismic Design of Oil and Pipeline S stem”,ASCE,1984.

[۷] شرکت مقاوم سازی پیشرفته پرمایون . " گزارش فنی آزمایش لوله با پوشش کامپوزیتی تحت فشار داخلی به درخواست شرکت خطوط لوله و مخابرات نفت ایران منطقه خوزستان "، تهران ، اردیبهشت ۸۵.

[۸] حسینی ، محمود؛ تیو، مهران ." رهنمودهایی برای طراحی لرزه ای خطوط لوله نفت و گاز "، تهران ، موسسه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله ، ۱۳۷۶.

[9]  Guidelines of the Design of Buried Steel Pipe - ASCE-Jul  2001

[۱۰]  شکیب ، حمزه ؛ بیات ، حسین . "تحلیل و طرح لرزه ای لوله های مدفون "، تهران ، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ،

 .۱۳۸۳

[11]  Strengthening  of  damaged  steel pipe b   composite bandage-The model  and

calculations-Bogdan Kope ,Oil-gas equipment department of Ivano-Frankivsk National

Technical Universit  of Oil and Gas,15 Karpatska vul.,Ivano-Frankivsk,76006,UKRAINE,

Vas l Rozgonjuk , Laks muk , Natal a Scherbina, Andr  Na da. UKRAINE.

[۱۲] لوله های کامپوزیتی – سایت انجمن کامپوزیت ایران -WW.Ircomas.org.Persian.PTargets.aspx، مرداد

 .۸۵

[۱۳] پیرزاده بناب ،حسام الدین . " بررسی رفتار لرزه ای خطوط لوله انتقال نفت وگاز"، پایان نامه دوره کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات ، ۱۳۸۴

 166

[14] Investigation of Fiberglass-Reinforced Plastic (FRP) Condensate Return Carrier

Piping–US Arm  Crops of Engineers-b  Orange S.Marshall, Jr. and Charles P.Marsh-

Januar  1998 .

[15]  Young, O.C; Trott, J.J."Buired Rigid Pipes( Structurael Design of Pipelines)",Elsevier

Applied Science Publishers LTD,1984.

[۱۶] برگی خسرو."اصول مهندسی زلزله "، تهران ، موسسه انتشارات جهاد دانشگاهی، تابستان ۱۳۷۳.

[۱۷] رضوی، سارا. " بررسی خوردگی تنشی بر روی لوله های فولادی انتقال گاز طبیعی مدفون در خاک تحت تاثیر محیط کربنات -بیکربنات سدیم " ،پایان نامه دوره کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس ، ۱۳۷۵

[18] Presentation of the Pol gon Pipe at the AWWA Spring Conference in April 2004 (Las

Vegas, NV)-b  Dr kaempen- http:..www.pacificjunction.com.kp.pol gon.html

[19]  Use of FRP Composite in Civil structural application.Elli Van Den Einde.Lei hao,

Friender Seible.Department of structural Engineering. Universit  of California

[20]  Joel Show, Tom Walsh, Chris Lundberg, and Harris Re nold, " Field Experience in

the Application of Spoolable Carbon Fiber Pipe, "Composite Materials for offshore

Operations- 3, S. S. Wang. J. G.Williams and K. H. lo, Eds. Universit  of Houston- CEAC,

2001, pp. 369. 384.

[21]  Fiberglass Reinforced Plastic (FRP)Piping s stems column pipe applications on

offshore structures-b  Kevin Schmit,Edo specialt  plastics. March 1994.

[22]  www.Futurepipe.Com, [Accessed in Jul  2006]

[23]  www.Strongback.Com, [Accessed in Jul  2006]

[24]  www.ClockSpring.Com , [Accessed in Jul  2006]

[25]  United States Environmental Protection Agenc (EPA), Natural Gas EPA Pollution

Preventer"Composite wrap for non-leaking pipeline defects".Jul  2003.

[26] Mashal , E. A.”Seismic Anal sis of Buried Pipelines”,Ph.D Thesis, New

Delhi,IIT,Department of civil Engineering, November 1986.

[27]-“New Earthquake- Proof Design Law(Draft)”,,Ministr  of Construction,March 1977.

[۲۸] مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن .: آیین نامه طرح ساختمان ها در برابر زلزله ، استاندارد ۲۸۰۰"، تهران ، مرکز تحقیقات و مسکن ،۸۴

[29] Wang,L.R.L,"Performance of water pipe line s stems from 1987 whittier Narrows,

California Earthquake", 4th U.S. National Conference on Earthquake Engineering 1990.

 

[30]  Powell, G. H; Modkar, D.P; "Siesmic Response Anal sis Procedure for the Trans

Alaska Pipe line ", Proceeding . Technical , Council on Lifeline Earthquake Eng. Specialt

conf.Los Angeles , California, ASCE, 1977.

[31]  Werner, S. D, " Response of structures  to traveling seismic waves", Preprint

No.3389,ASCE National Convention, Chicago, Illionois,1978.

[32] Chris Ball, Vector Corrosion Technologies,Inc,Medina, OH, Presented at ACI Fall

Convention"Corrosion Mitigation Strategies for FRP Composite Strengthening S stems",

Toronto 2000.

[33] Timoth  K.Christman;”RelationShip Between Pitting,Stress,and Stress Corrosion

Cracking of LinePipe Steels”;Materials Performance,October 1991.

[34]  Indrani  Venkata  Volet ,  B.  E.,  Chaitan a  Bharathi  Institue  of  Technolog ,

India,”Modeling of fiber Reinforced pol mer Confined Concrete C linders”, A Thesis For

The Degree Of Master of Science in Mechanical Engineering, Ma ,2006.