تعمل الهندسة البحرية في بيئة معقدة من رذاذ الملح الثقيل والتآكل الشديد والأحمال العالية على المدى الطويل. باعتبارها مكونًا أساسيًا لخطوط الأنابيب تحت سطح البحر وأساسات المنصات والهياكل الهندسية، فإن احتياطي القوة والمتانة للأنابيب الفولاذية يحدد بشكل مباشر كلاً من تصنيف السلامة وعمر الخدمة للمشروع.
I. الاختبار الثلاثي للبيئة البحرية
هجوم تآكل. تحتوي مياه البحر على نسبة عالية من الملح ويستمر التآكل الكهروكيميائي بسرعة. يؤدي نظف الرواسب والنمو البحري إلى إتلاف الطبقة الواقية، في حين أن الظروف الرطبة والجافة المتناوبة لمنطقة المد والجزر تجعل التآكل أكثر خطورة.
التحميل المعقد. تخلق الأمواج والتيارات أحمالًا متناوبة، والتعب هو وضع الفشل الأساسي. تتحمل خطوط الأنابيب في أعماق البحار - الضغط الهيدروستاتيكي العالي، بينما تتطلب الأحمال الثقيلة من الهياكل الفوقية مقاومة عالية للغاية للانبعاج والكسر.
بيئة قاسية. تتطلب المناطق الباردة صلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة-، ويجب استيفاء قيم تأثير CTOD وSharpy لمنع الكسر الهش. يؤدي تسوية قاع البحر إلى إجهاد إضافي، ويجب أن تتحكم البيئات الحامضية في الصلابة والبنية الدقيقة وفقًا لـ NACE MR0175 لمنع التشقق الناتج عن إجهاد الكبريتيد.
ثانيا. نظام القوة
تصنيف المواد. الاختيار السائد هو خط الأنابيب الفولاذي API 5L، الذي يغطي X42 إلى X70 للخدمة البحرية التقليدية، في حين يتم استخدام X80 على نطاق واسع للنقل لمسافات طويلة -عالية الضغط-في المياه العميقة. تستخدم الأنابيب الهيكلية عادةً درجة ASTM A252 البحرية، مع مقاومة رائعة للصدمات ومقاومة الترسيب.
عملية التشكيل. تستخدم الهياكل وخطوط الأنابيب ذات القطر الكبير- في الغالب أنابيب LSAW، التي تكون لحاماتها موحدة مع تحمل ضغط قوي-ومقاومة للتشوه. تستخدم خطوط أنابيب الضغط الصغيرة- ذات القطر العالي- أنابيب فولاذية غير ملحومة، والتي لا تحتوي على نقاط ضعف في اللحام.
السيطرة على التعب والتواء. تكون الخوازيق عرضة للانبعاج الموضعي والتآكل بالقرب من الخط الطيني، لذلك يجب زيادة سماكة الجدار والطبقات الخرسانية. يستخدم اللحام الميداني في الغالب اللحام الأوتوماتيكي مع الاختبار التلقائي بالموجات فوق الصوتية.
ثالثا. حماية المتانة
طلاء خارجي. عادةً ما تستخدم الأقسام البرية والقريبة من الشاطئ والمدفونة 3PE من ثلاث-طبقات من البولي إيثيلين. يهيمن على الأقسام تحت سطح البحر مادة الإيبوكسي -المترابطة من نوع FBE مع طبقة من الوزن الخرساني، تجمع بين الحماية من التآكل والطفو السلبي ومقاومة الانبعاج.
الحماية الكاثودية. تعمل الأنودات المضحية أو أنظمة التيار المؤثر على تعويض تلف الطلاء والثقوب، وهي قياسية في خطوط الأنابيب تحت سطح البحر.
بدل التآكل. يتم الاحتفاظ بسماكة الجدار الكافية خلال عمر التصميم للتأكد من أن الهيكل لا يزال يلبي متطلبات القوة بعد التآكل طويل الأمد-.
ترقيات لظروف خاصة. يمكن ترقية المناطق شديدة التآكل ومناطق المياه العميقة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج أو السبائك القائمة على النيكل- أو الأنابيب المركبة المبطنة لمقاومة التشقق والنقر الناتج عن التآكل الناتج عن الإجهاد.
رابعا. سيناريوهات التطبيق الأساسية
النفط والغاز البحري. خطوط أنابيب نقل النفط الخام والغاز الطبيعي تحت سطح البحر، وموصلات الغلاف، والرافعات وشبكات التجميع. هذا هو أكبر تطبيق من حيث الحجم، مع أعلى متطلبات القوة والتعب والتحكم في التآكل.
طاقة الرياح البحرية. الأساسات الأحادية والغلافية وهياكل المحطات الفرعية البحرية، التي تتحمل الأحمال الدورية الأفقية من الأمواج والتيارات واهتزازات التوربينات.
البنية التحتية عبر-البحر. الخوازيق المخصصة لعبور الجسور البحرية-، ودعامات الأنفاق تحت سطح البحر وأنفاق المرافق، حيث يجب أن يأخذ تصميم الخوازيق في الاعتبار احتكاك العمود وقدرة التحمل النهائية.
السفن والمعدات البحرية. الأنابيب الهيكلية للهيكل، وأنابيب مياه الصابورة، وأنابيب المعالجة، تعمل على موازنة القوة الهيكلية مع مقاومة التآكل بمياه البحر.
V. مبادئ ومعايير الاختيار
بالنسبة لهياكل الأحمال الضحلة-المياه الثقيلة-، اختر الأنابيب الملحومة LSAW ذات القطر الكبير-؛ لنقل الضغط العالي-، اختر الأنابيب غير الملحومة. في المياه المسببة للتآكل عادةً، استخدم مزيجًا من طلاء FBE أو 3PE والحماية الكاثودية وبدل التآكل؛ في ظروف شديدة التآكل، الترقية إلى مواد السبائك. يجب أن يتبع التصميم والتصنيع معايير API 5L وASTM A252 وDNV وغيرها من المعايير، مع تلبية البيئات الحمضية أيضًا لمتطلبات NACE MR0175.
الأنابيب الفولاذية البحرية هي العمود الفقري للهندسة البحرية: القوة تحدد الحد الأعلى للسلامة، والمتانة تحدد عمر الخدمة. تعد الحلول-الشديدة القوة والمتانة العالية-المناسبة للظروف القاسية بمثابة دعم أساسي لاستمرار تشغيل الهندسة البحرية.
