ما هي قوة وضغط خطوط أنابيب النفط والغاز الفولاذية

1. القوة

التشوه: تشوه المادة (أنابيب الصلب) ينقسم إلى نوعين: التشوه المرن (يمكن استعادة الشكل الأصلي عند إزالة القوة الخارجية) والتشوه البلاستيكي (لا يمكن استعادة الشكل الأصلي عند إزالة القوة الخارجية، ويتغير الشكل).

القوة: تسمى قدرة المادة على مقاومة التشوه والكسر تحت قوة خارجية بالقوة (MPa).

قوة الخضوع وقوة الشد: تحت تأثير القوة الخارجية، تخضع المادة لتشوه مرن، وعندما تستمر القوة الخارجية في الزيادة إلى قيمة معينة، فإنها ستدخل في تشوه البلاستيك. قوة النقطة الحرجة بين التشوه المرن والبلاستيك هي قوة الخضوع. تسمى قيمة الإجهاد قبل أن تنكسر المادة تحت التوتر قوة الشد (حد القوة). قوة الخضوع هي مقاومة التشوه الأولي وقوة الشد هي مقاومة التشوه. تعتمد جميع دول العالم على نطاق واسع الحد الأدنى لقيمة قوة الخضوع للأنبوب المحدد في المعيار لحساب قوة الأنبوب.

إن استخدام الفولاذ عالي القوة لخطوط الأنابيب ذات القطر الكبير والضغط العالي يمكن أن يقلل من سمك جدار خط الأنابيب والوزن الساكن، ويجعل عملية التصنيع واللحام أسهل، ويقلل من تكلفة مد خط الأنابيب.

نسبة الخضوع: نسبة مقاومة الخضوع إلى قوة الشد هي نسبة الخضوع. كلما كانت نسبة الخضوع أصغر، زادت قدرة التشوه للأنبوب الفولاذي بعد الخضوع وقبل الكسر النهائي. مع الأخذ في الاعتبار سلامة خط الأنابيب، يجب أن تكون نسبة العائد للأنابيب الفولاذية صغيرة قدر الإمكان.

درجة الفولاذ: يتم التعبير عن درجة الفولاذ بالحد الأدنى لقيمة قوة خضوع الشد.

درجات الفولاذ المحددة في المعيار الأمريكي API SPEC 5L-2018 'مواصفات أنابيب الصلب لخطوط الأنابيب' هي A25، A، B، X42، X46، X52، X56، X60، X65، X70 وX80. GB/T 9711-2017 'الأنابيب الفولاذية لأنظمة نقل خطوط الأنابيب في صناعة النفط والغاز' تعتمد علامة درجة فولاذ مشابهة لـ API SPEC 5L، مع استبدال 'X' بـ 'L'، وتحويل العائد القوة إلى وحدة القياس القانونية MPa (MPa). على سبيل المثال، يستخدم الخط الأول من خط أنابيب الغاز الغربي الشرقي أنابيب من الفولاذ X70 (L485)، والحد الأدنى لمقاومة الخضوع للأنابيب هو 485 ميجا باسكال.

2. الإجهاد

الإجهاد: عندما يتشوه جسم ما (الأنابيب الفولاذية) بسبب عوامل خارجية (تغيرات الضغط والرطوبة ودرجة الحرارة وغيرها)، تتولد قوة داخلية تتفاعل مع كل جزء من الجسم لمقاومة تأثير هذا العامل الخارجي ومحاولة لجعل الكائن من التشوه. تعود الحالة إلى الحالة التي كانت عليها قبل التشوه.

الإجهاد المحيطي: للمساعدة على الفهم، نفترض أن 10 أطفال يمسكون أيديهم ويشكلون دائرة (محاكاة لخط الأنابيب)، وهناك قوة في هذه الدائرة تدفع الأطفال من الداخل إلى الخارج لمحاولة الاندفاع خارج الدائرة (محاكاة داخلية الضغط) للحفاظ على سلامة الدائرة، يقاوم الطفل هذه القوة عن طريق الإمساك بأيدي الأطفال اليسرى واليمنى بقوة، وهو ضغط الطوق (انظر الشكل أدناه). إن إجهاد الطوق يساوي قطر الأنبوب مضروبًا في الضغط مقسومًا على ضعف سمك الجدار. وفقًا للكود الحالي، فإن صيغة حساب قوة خط الأنابيب تأخذ في الاعتبار فقط ضغط طوق خط الأنابيب.

الإجهاد المسموح به: يتم استخدام قيمة الإجهاد المسموح بها للحكم على سلامة خط الأنابيب. ويرتبط عادةً بالحد الأدنى لقوة الخضوع للمادة ومعامل اللحام ومعامل التصميم لخط الأنابيب. لا يجوز لضغط العمل لخط الأنابيب أن يتجاوز الضغط المسموح به.