كوع من الألومنيوم لأنابيب الضغط العالي في منصات النفط البحرية

في منصة النفط البحرية، يعد كوع الأنبوب أكثر من مجرد تغيير الاتجاه. وهي نقطة يلتقي فيها الضغط الداخلي، واضطراب التدفق، والاهتزاز، والهواء المحمل بالأملاح، وضغوط التثبيت. لهذا السبب، يجب اختيار كوع الألمنيوم لأنابيب الضغط العالي كجزء من نظام الأنابيب الهندسي الكامل بدلاً من تركيب بسيط يتم ترتيبه حسب القطر وحده.

يمكن أن توفر أكواع الألومنيوم البحرية توفيرًا كبيرًا في الوزن مقارنة بالتركيبات الفولاذية. يمكن أن يؤدي انخفاض وزن الجانب العلوي إلى تبسيط عملية رفع الوحدة، وتقليل أحمال الدعم، وتسهيل عملية التثبيت في المناطق المحصورة. ومع ذلك، فإن الألومنيوم ليس بديلاً عالميًا للصلب. يجب تقييم قدرة الضغط ونطاق درجة الحرارة وسلوك التآكل وتصميم المفاصل واقتران المواد لخدمة السوائل الفعلية.

غالبًا ما يكون المرفق هو الجزء الأكثر تطلبًا في الخط

الأنبوب المستقيم يقاوم بشكل أساسي إجهاد الطوق. يجب على المرفق أن يفعل ذلك أثناء إعادة توجيه الزخم. عند الدوران بمقدار 90 درجة، يؤدي تأثير السائل إلى إنشاء تدفق ثانوي، وفقدان موضعي للضغط، وميل نحو التآكل في الخدمة العدوانية أو الحاملة للجسيمات. يمكن أن تضيف حركة المنصة ونبض الضاغط أو المضخة أحمال ثني دورية بدقة حيث تتغير هندسة الأنابيب.

وهذا يجعل نصف قطر الكوع مهمًا. الأكواع ذات نصف القطر الطويل، والتي يتم إنتاجها عادة بنصف قطر مركزي يبلغ 1.5 مرة حجم الأنبوب الاسمي، توفر عمومًا تدفقًا أكثر سلاسة واضطرابًا أقل من التصميمات ذات نصف القطر القصير. غالبًا ما يتم تفضيلها لمياه البحر، ومياه المرافق، وخطوط دعم العمليات ذات درجات الحرارة المنخفضة، والخدمات الأخرى التي يجب التحكم فيها في انخفاض الضغط أو التعب أو التآكل. قد تناسب الأكواع ذات نصف القطر القصير المساحات المحدودة، ولكنها تتطلب اهتمامًا وثيقًا بالتصميم.

بالنسبة للأنظمة البحرية الهندسية، أ 6061-T6 كوع أنبوب ألومنيوم بحري 90 درجة يمكن أن تكون مناسبة حيث تكون القوة واستقرار الأبعاد وكفاءة الوزن مطلوبة. يجب أن يعتمد القبول النهائي على حسابات الضغط، وتأهيل إجراءات اللحام، وتوافق السوائل، ومواصفات المشروع الحاكمة.

معلمات المنتج النموذجية

عادةً ما يتم توفير أكواع الألومنيوم للأنابيب البحرية كمكونات غير ملحومة أو مُشكَّلة أو مُشكَّلة أو مُصنَّعة. غالبًا ما يُفضل البناء غير الملحوم للخدمة المضغوطة لأنه يزيل اللحام الطولي من الجسم المناسب. يمكن أيضًا أن تعمل الأكواع المصنعة جيدًا عند التحكم بشكل صحيح في متطلبات اللحام والفحص وما بعد التصنيع.

لا ينبغي أبدًا افتراض معدل الضغط من اسم السبائك أو سمك الجدار وحده. يقوم المصممون عادةً بحساب الضغط المسموح به باستخدام رمز الأنابيب المطبق، ودرجة حرارة التصميم، والقطر الخارجي، والحد الأدنى من الجدار، وكفاءة الوصلة، وعامل التصميم، وبدل التآكل، وظروف الخدمة الدورية. يحتاج الكوع أيضًا إلى مسافة دعم كافية لأن الألومنيوم لديه معامل مرونة أقل من الفولاذ الكربوني ويمكن أن ينحرف أكثر تحت وزنه.

اختيار السبائك والمزاج للخدمة البحرية

يقع الاختيار العملي عادةً بين السبائك القابلة للمعالجة بالحرارة من سلسلة 6xxx والسبائك البحرية من سلسلة 5xxx. يحلون مشاكل مختلفة.

يستخدم 6061-T6 على نطاق واسع للأنابيب المبثوقة، والتجهيزات الآلية، والأنابيب الهيكلية المجاورة، والتطبيقات التي تحتاج إلى قوة عالية نسبيًا. تتيح كيمياء المغنيسيوم والسيليكون الخاصة بها تصلب الهطول. ومع ذلك، فإن اللحام يغير الحالة المزاجية في المنطقة المتأثرة بالحرارة. لا تظل المادة الأم T6 T6 بجانب اللحام، لذلك يجب أن تستخدم حسابات الضغط للأكواع الملحومة والمفاصل الملحومة خصائص تصميم مخفضة مؤهلة.

يوفر 6082-T6 قوة أعلى في العديد من نطاقات السُمك وغالبًا ما يتم أخذه في الاعتبار عند الحاجة إلى أداء هيكلي قوي. كما يتطلب أيضًا تقييمًا دقيقًا لمنطقة اللحام.

غالبًا ما يتم اختيار 5083-H116 أو 5083-H321 لمقاومته الممتازة للتآكل بمياه البحر. على عكس 6061، فهو غير قابل للعلاج بالحرارة ويكتسب القوة من خلال تصلب الضغط وتثبيته. وهو مناسب بشكل خاص للأنظمة المرتبطة بمياه البحر، والتعرض لمنطقة الرش، والمكونات المصنعة. استخدامه في درجة حرارة مرتفعة مستدامة يتطلب الحذر لأن التحسس يمكن أن يقلل من مقاومة التآكل في بعض الظروف.

أنابيب ألومنيوم من الدرجة البحرية يجب أن تكون مطابقة لسبائك الكوع، وسمك الجدار، وطريقة الربط كلما أمكن ذلك. من الممكن خلط السبائك، لكنه يضيف متغيرات التآكل واللحام التي تحتاج إلى تحكم موثق.

تختلف القيم الميكانيكية باختلاف شكل المنتج وسمك الجدار والمعايير الحاكمة وشهادة المورد. يجب أن تستخدم حسابات المشروع بيانات المواد المعتمدة، وليس القيم المرجعية العامة.

متطلبات التركيب الكيميائي

يؤكد التركيب الكيميائي ما إذا كان الألومنيوم سيستجيب للمعالجة الحرارية، ويقاوم التعرض البحري، ويلحم كما هو متوقع. الأرقام الموضحة هي حدود المواصفات النموذجية بالنسبة المئوية للوزن.

المعايير وضوابط المشروع

قد يكون معيار المواد لأنابيب الألومنيوم المبثوق هو ASTM B241/B241M، بينما غالبًا ما يتم تحديد أنبوب الألومنيوم غير الملحوم بـ ASTM B210. يمكن للإمدادات الأوروبية الرجوع إلى EN 755 للمنتجات المبثوقة و EN 754 للمنتجات المسحوبة. قد تتبع هندسة التركيب رسومات المشروع أو الأبعاد المعترف بها، ولكن تم تطوير ASME B16.9 بشكل أساسي لتركيبات الفولاذ المطاوع ولا ينبغي معاملتها كمعيار تلقائي لتصنيف ضغط الألومنيوم.

بالنسبة لأنابيب العمليات، يتم استخدام ASME B31.3 بشكل متكرر كإطار للتصميم. قد تطبق المشاريع الخارجية أيضًا API RP 14E لأنظمة الإنتاج البحرية، أو قواعد DNV، أو متطلبات NORSOK، أو متطلبات ABS، أو المواصفات الخاصة بالمشغل. يجب أن تحدد الوثائق الحاكمة ضغط التصميم، وضغط الاختبار، ودرجة الحرارة المسموح بها، وبدل التآكل، ونطاق تجربة الاقتراب من الموت، ووسط اختبار الضغط، وإمكانية التتبع، ومتطلبات الاعتماد.

التآكل والوصلات وواقع التثبيت

المياه المالحة في حد ذاتها ليست مصدر القلق الوحيد. يمكن أن يحدث التآكل الجلفاني عندما يتصل الألومنيوم بالفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الكربوني أو سبائك النحاس أو غيرها من المعادن النبيلة في وجود المنحل بالكهرباء. تساعد غسالات العزل الكهربائي، والحشيات غير الموصلة، والطلاءات المتوافقة، والصرف المتحكم فيه، والمثبتات المختارة بشكل صحيح على منع هذه المشكلة.

تجنب الشقوق الراكدة حول المشابك، ووجوه الحافة، وإنهاء العزل. استخدم المشابك ذات البطانات غير الكاشطة، وحافظ على نقاط الاتصال المعدنية المختلفة جافة حيثما كان ذلك ممكنًا. بالنسبة للأنابيب المعزولة، يجب أن يمنع نظام العزل دخول الماء؛ يمكن أن يخلق العزل الرطب بيئة تآكل مخفية.

وبالتالي فإن كوع الألومنيوم البحري الموثوق به هو عبارة عن مزيج منضبط من السبائك الصحيحة، والحالة المزاجية التي تم التحقق منها، وتصميم الضغط المحافظ، واللحامات المؤهلة، وهندسة التدفق السلس، والتركيب المراعي للتآكل. عندما يتم التعامل مع هذه العوامل كنظام واحد، يمكن لأنابيب الألومنيوم البحرية أن توفر حلاً أخف وزنًا ومتينًا لخدمة الضغط العالي المحددة بعناية.