کتاب ترک خوردگی توام با تنش در خطوط لوله فولادی (دکتر محمدعلی مهتدی بناب، معصومه عزیزیان، محمد عزیزیان)

پیشگفتار

در این کتاب، دکتر چنگ یک بحث جالب توجه از ترک خوردگی توام با تنش ارائه می­دهد که مشاهدات خود را در مورد این شکست پیچیده با خوانندگان به اشتراک می­گذارد.

او این کتاب را برای همه کسانی که می­خواهند مفهوم ترک خوردگی توام با تنش را بدانند، به عنوان پایه­ ای برای زیرساخت ­های خط لوله که نیازهای انرژی جامعه را تأمین می­کند، نوشته است.

دکتر چنگ به طرز ماهرانه­ ای توضیح می­دهد و اساسی­ترین جنبه­ های این نوع خوردگی با واقعیت­های مهندسی را با تجربه خود در صنعت خط لوله از جمله تاریخچه مرتبط می­سازد.

او شرایطی را که طی سال­های طولانی در طول عمر عملیاتی خط لوله ایجاد می­شود و منجر به ایجاد و رشد ترک خوردگی­های تنشی می­شود را تشریح می­کند.

در نه فصل، او  خواننده را به سوی علم ترک خوردگی تنشی هدایت می­کند، به طوریکه آن در حال حاضر در سطح اتم فهمیده می­شود، به بحث در مورد خاک محیط و جنبه­ های مهندسی ساخت و نگهداری خطوط لوله فولادی جوش داده شده با پیچیدگی­هایی که مناطق جوش را تحت تأثیر قرار می­دهند، می­پردازد.

پس از بررسی جنبه ­های اساسی و مهندسی دکتر چنگ استراتژی­هایی برای مدیریت ترک خوردگی تنشی با جلوگیری، تشخیص، نظارت بر رسیدن به هدف صفر شکست­-­بدون شکست­- به طوریکه در واقع، صفر به معنای صفر است و هیچ معنی ندارد که اطمینان از قابلیت انتقال انرژی خط لوله، حفاظت از محیط زیست و ایمنی عمومی را تضمین کند.

در طول این کتاب، فن­آوری­های مدیریت ترک خوردگی تنشی به عنوان عناصر ضروری برای حفظ یکپارچگی خط لوله مورد بحث قرار می­گیرد.

به طور خلاصه، دکتر چنگ با نوشتن این کتاب، یک سرویس مهم و یک منبع ارزشمند از دانش و اطلاعات در مورد فن­آوری­هایی برای مدیریت ترک خوردگی تنشی و افزایش یکپارچگی خط لوله را ارائه داده است. من این کتاب را به همه کسانی که علاقه ­مند به این موضوع هیجان­ انگیز هستند، توصیه می­کنم.

این محدوده تکنولوژی به سرعت در حال گشترش است و برای همه کسانی که زندگی استاندارد آن­ها به انرژی بستگی دارد و برای جلب آرزوها و رویاهایشان برای آینده انرژی حیاتی است.

 اوتاوا،اونتاریو،کانادا

آر.وینیستون ویری

    جولای،2012

ویرایشگر سری

سری وایلی در خوردگی

مقدمه مولف

خط لوله در پیوند با اقتصاد ملی، نگرانی­ های رو به رشد محیط طبیعی و زیرساخت­ های انرژی جهانی قرار دارد. فاجعه ­های زیست­ محیطی مانند انفجار تراژیک دکل حفاری دپ واتر هورایزان باعث کاهش تحمل عمومی در       فعالیت­های انسانی می­شود که منجر به انتشار هیدروکربن­ ها در محیط طبیعی می­شود.

پس از گذشت چندین دهه خارج از افکار عمومی، صنعت خط لوله در حال حاضر در مرکز یک بحث جامع جهانی که شامل منافع چندگانه می­شود، ظاهر می­شود.

اولین بار در سال­ های 1960 در خطوط لوله در ایالات ­متحده مشاهده شد و بعداً در دهه 1980 در خطوط لوله کانادایی گزارش شد. ترک خوردگی تنشی به عنوان یک چالش برای صنعت که به طور فزاینده­ای با استفاده از عملیات ایمنی خطوط لوله و همچنین منبع انگیزه علمی برای محققان که در تلاش برای درک مکانیزم ­های دقیق این فرآیند پیچیده هستند می­باشد.

هدف اصلی در نوشتن این کتاب، ارائه خلاصه و مهم­تر، تاریخچه­ ای از وضعیت کنونی درک علمی و عملی مهندسی مربوط به ترک خوردگی تنشی خط لوله است. علاوه بر این، تهیه این کتاب در نظر گرفته شده تا از محققان و مهندسین متعدد که در زمینه ترک خوردگی تنشی خط لوله کمک کرده­ اند قدردانی شود.

این نه فصل برای پاسخگویی به نیازهای دانشمندان، مهندسین، مدیران، تکنسین­ ها، دانشجویان و همه کسانی که نیاز به دانش در این زمینه دارند طراحی شده است.

این کتاب، خطوط لوله، توسعه صنعت خط لوله جهانی و اثرات خطرناک ترک خوردگی تنشی را بر روی یکپارچگی این سیستم­ ها معرفی می کند.

فصل دوم به بررسی اصول ترک خوردگی تنشی در فلزات می­پردازد. به طور مشخص، توجه به ترکیبات فلزی و محیطی که باعث ترک خوردگی تنشی می­شوند،جنبه­ های متالورژیکی، مکانیکی و زیست­محیطی آن و مکانیزم­های مختلفی که نشان دهنده شروع و انتشار ترک خوردگی­های تنشی در فلزات هستند، توضیح داده می­شود.

علاوه بر این، وقوع و ویژگی­های خسارت ناشی از هیدروژن و خستگی خوردگی با ترک خوردگی تنشی مقایسه می­شود. نقش فعالیت میکروبیولوژیکی در فرآیندهای ترک خوردگی تنشی نیز مورد بحث قرار گرفته است.

فصل 3 تا 6 ترک خوردگی تنشی را به عنوان یک پدیده و مکانیزم منحصر به فرد معرفی می­کند که می­تواند به شکست در خط لوله منجر شود. همچنین مباحث طیف گسترده­ای از شرایط محیطی را که مربوط به عملیات خط لوله هستند، شامل pH تقریباً خنثی، الکترولیت اشباع­شده با pH بالا و محیط خاک اسیدی را پوشش می­دهد. علاوه بر این، ویژگی­ های اصلی و عوامل مرتبط با ترک خوردگی تنشی خط لوله خلاصه می­شود. این تصویر از ترک خوردگی تنشی شامل هر دو حالت نظری و عملی فعلی دانش در اطراف سینتیک انتشار، روش ­های پیش­بینی و مکانیزم راه اندازی ترک است.

فصل 7 بر خوردگی و ترک خوردگی تنشی متمرکز است که در جوش ­های خط لوله، با اتصالات نزدیک به متالورژی فولاد محلی و ویژگی­های الکتروشیمیایی رخ می­دهد.

فن­ آوری فولاد خطوط لوله با استحکام بالا و متالورژی فولادهای خط لوله با استحکام بالا در فصل 8 بحث شده است. به عنوان خط لوله پیشرفته، فولادهای با استحکام بالا از فولادهای معمولی با ویژگی­های متالورژیکی، مکانیکی و میکرو­الکتروشیمیایی منحصر به فرد هستند.

همه این­ها باعث وقوع آسیب هیدروژن، خوردگی و ترک خوردگی تنشی می­شود. به طور خاص، کرنش­ هاي پيچيده بر روي خطوط لوله فولادي با استحکام بالا و پيامدهاي مربوط به خوردگي فولادها و استفاده از نظريه مكالکتروشيميايي براي پيش­بيني انتشار نقص و ارزيابي مقاومت باقي­مانده فولاد معرفي مي­شوند.

این گفتمان­ ها به عنوان یک پایه قابل­ اعتماد برای طراحی خطوط لوله بر روی سیستم­ های ضدخوردگی و جلوگیری از ترک خوردگی تنشی خدمت می­کنند. فصل 9 بررسی شیوه ­های صنعتی فعلی در مدیریت ترک خوردگی تنشی خط لوله، از جمله پیشگیری، نظارت و  تکنیک­ های کاهش آن است.

علاوه بر این، نشان داده شده است که چگونه مدیریت ترک خوردگی تنشی با برنامه­ های مدیریت یکپارچگی گسترده در استفاده از سیستم­ های خط لوله مدرن به کار گرفته شده است.

ویژگی منحصر به فرد این کتاب در حقیقت این نیست که این کتاب اولین کتابی است که درباره­ ی ترک خوردگی تنشی خط لوله مشارکت می­کند، اما شامل آخرین نتایج تحقیق و اطلاعات مربوط به ترک خوردگی تنشی خط لوله است. برای کمک به خواننده در درک جنبه­ های علمی مرتبط با پدیده ترک خوردگی تنشی خط لوله، تعدادی از مدل­ های نظری و مفاهیم توسعه یافته ­اند.

علاوه بر این، نتایج مفهومی و مدل­سازی بر ­اساس اندازه­گیری­ های الکتروشیمیایی میکروسکوپی پیشرفته پشتیبانی می­شود. به نوبه خود، ادغام موثر الکتروشیمیایی، میکروالکتروشیمیایی، علم مواد و تکنیک­های تجزیه و تحلیل سطح کمک می­کند، تا به یک پیشرفت درک اساسی در مورد این پدیده برسیم.

علاوه بر این، مفاهیم و مدل­های علمی که در بحث­های بعدی مورد بررسی قرار می­گیرند، روش­های معتبر و دقیق را برای صنعت پیش­بینی، نظارت و مدیریت ترک خوردگی تنشی خط لوله ارائه می­دهند.

من بسیار خوشحال هستم که عمیق ­ترین قدردانی را به دکتر وینستون ویری ابراز می­کنم، که مقدمه را برای این کتاب نوشت. در هفت سال گذشته، من با خوشحالی از تعاملات مکرر با وینستون در مسائل متنوع در زمینه مهندسی خط لوله برخورد کردم. راهنمایی­های او، تشویق و سرپرستی او در شکل­گیری و تکامل حرفه­ای من ارزشمند بوده است.

از دکتر رون هوگو برای حمایت متمرکز از کار دانشگاهی من در دانشگاه کالگری تشکر می­کنم. نقش او در توسعه مرکز مهندسی خط لوله در دانشگاه و در جامعه محلی می­تواند بیش از حد مورد تاکید قرار گیرد.

این تلاش ها برای ایجاد یک محیط­کار ایده­آل برای تحقیقات من در خط لوله کمک کرده است.

من چندین بار به خاطر بحث و گفتگوهای پرباری که با دکتر بیل شاو، جینگلی لو، فریزر کینگ و بسیاری از همکاران و دوستان دیگر داشته­ام قدردانی می­کنم. همچنین به کمک­های اختصاص داده شده و بی­پایان دانشجویان و شاگردان فوق ­دکترایی که در گروه تحقیقاتی من حضور داشتند، مدیون هستم.

من از آقای مایکل لونتال جان والی و پسران برای صبر و درک درستی که از مدت زمان لازم برای تهیه این کتاب داشتند، سپاسگزاری می­کنم. در واقع، رویدادهای مکرر غیر­منتظره­ای در فرآیند کلی وجود داشته، که پشتیبانی مایکل در تکمیل این پروژه بسیار مهم بود.

کمک­های تحقیقاتی از کانال تحقیقات صندوق­های ملی کانادا، شورای پژوهشی علوم ­طبیعی و مهندسی کانادا (NSERC)، بنیاد نوآوری کانادا (CFI) مرکز مهندسی خط لوله دانشکده فنی شولیک، دانشگاه کالگری و تعدادی از  سازمان­های صنعتی که شرایط مطلوبی برای حمایت از یک محیط تحقیقاتی فعال ایجاد کرد نوشتن این کتاب را میسر کرد.

من از کمک­های ارائه شده توسط این برنامه ­ها و سازمان­ ها سپاسگزار هستم.

بالاخره من از همسر و پسرم تشکر می ­کنم که از بسیاری جهات مرا تشویق کرده و در نوشتن این کتاب مرا حمایت کرده ­اند.

فرانک چنگ

کلگری،آلبرتا،کانادا

فهرست

پیشگفتار

مقدمه مولف

فهرست اختصارات و نمادها

فصل اول: مقدمه

1-1 لوله ها به عنوان “بزرگراه ­های انرژی”

1-2 مدیریت ایمنی لوله کشی و یکپارچه سازی

1-3 ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله

مراجع

 فصل دوم: اصول ترک خوردگی توام با تنش

2-1 تعریف ترک خوردگی توام با تنش

2-2 ترکیبات محیطی فلز خاص

2-3 ملاحظات متالورژی ترک خوردگی توام با تنش

      2-3-1 تأثیر مقاومت مواد در ترک خوردگی توام با تنش

      2-3-2 اثر ترکیب آلیاژ بر روی ترک خوردگی توام با تنش

      2-3-3 تأثیر عملیات حرارتی بر روی ترک خوردگی توام با تنش

      2-3-4 رسوب مرز دانه

      2-3-5 جداسازی مرز دانه

2-4 الکتروشیمی ترک خوردگی توام با تنش

      2-4-1 ترمودینامیک ترک خوردگی توام با تنش

      2-4-2 سینتیک ترک خوردگی توام با تنش

2-5 مکانیزم ترک خوردگی توام با تنش

      2-5-1 مکانیزم­های آغازین ترک خوردگی توام با تنش

 2-5-2 گسترش انتشار ترک خوردگی توام با تنش

 2-5-3 ترویج مکانیکی شکستگی مکانیکی

2-6 اثر هیدروژن بر تخریب ترک خوردگی توام با تنش و هیدروژن

       2-6-1 منابع هیدروژن

       2-6-2 خصوصیات هیدروژن در فلزات

       2-6-3 اثر هیدروژن

       2-6-4 مکانیزم آسیب هیدروژن

2-7 نقش میکروارگانیسم­ها در ترک خوردگی توام با تنش

       2-7-1 خوردگی میکروبی

       2-7-2 میکروارگانیسم­های درگیر در خوردگی میکروبی

       2-7-3 نقش خوردگی میکروبی در فرآیندهای ترک خوردگی توام با تنش

 2-8  خستگی خوردگی

       2-8-1 ویژگی­های شکست خستگی

       2-8-2 ویژگی های خستگی خوردگی

       2-8-3 عوامل موثر بر خستگی خوردگی و مدیریت خستگی خوردگی

2-9 مقایسه ترک خوردگی توام با تنش، ترک القایی هیدروژن، خستگی خوردگی

مراجع

فصل سوم: درک ترک خوردگی توام با تنش در خطوط لوله

1-3 مقدمه

2-3  تاریخچه کار عملی ترک خوردگی توام با تنش در لوله ها

       1-2-3 مورد 1: ترک خوردگی توام با تنش درخطوط لوله انبریج گلاناوان (در خط لوله نفت)

       2-2-3 مورد 2: ترک خوردگی توام با تنش لوله ­های ویلیامز لیک (ترک خوردگی توام با تنش در یک خط لوله گاز)

3-3 ویژگی­های عمومی ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله

       3-3-1 ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله با pH بالا

       3-3-2 ترک خوردگی توام با تنش  pH تقریباً خنثی

       3-3-3 خصوصیات ترک خوردن

4-3 شرایط برای ترک خوردگی توام با تنش لوله

       3-4-1 محیط­های خوردگی

       3-4-2 حساسیت فولادهای خطوط لوله

       3-4-3 تنش

 5-3 اهمیت نوسان فشار در لوله­ها: ترک خوردگی توام با تنش یا خستگی خوردگی

مراجع

فصل چهارم: ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله pH تقریباً خنثی

4-1 مقدمه

4-2 خصوصیات اولیه

4-3 عوامل موثر

       4-3-1 پوش­ها

       4-3-2 حفاظت کاتدیک

4-3-3 مشخصات خاك

4-3-4 میکروارگانیسم­ها

4-3-5 دما

4-3-6 تنش

4-3-7 متالورژی فولاد

4-4 شروع ترک خوردگی توام با تنش با حفر ه­های خوردگی

5-4 مكانيزم انتشار ترک خوردگی توام با تنش

        5-4-1 نقش هيدروژن در افزايش خوردگي فولادها

        5-4-2 پتانسيل وابسته به ترک خوردگی توام با تنش pH تقريباً خنثي در خطوط لوله

       5-4-3 فولادهای خط لوله در محلول­هایpH  تقریباً خنثی: همیشه از محلول فعال است؟

6-4 مدل­هایی برای پیش­بینی انتشار ترک خوردگی توام با تنش در pH نزدیک به خنثی

مراجع

فصل پنجم: ترک خوردگی توام با pH بالا تنش در خطوط لوله

1-5 مقدمه

2-5 ویژگی­ های اولیه

3-5 عوامل مؤثر

        3-5-1 پوشش­ ها

        3-5-2 حفاظت کاتدیک

        3-5-3 خصوصیات خاک

        3-5-4 میکروارگانیسم­ها

        3-5-5  دما

        3-5-6 تنش

        3-5-7 متالورژی

4-5 مكانيزم­های شروع تنش ترک خوردگی اولیه

        4-5-1 مكانيزم خوردگي الکتروشيميايی فولادهای خطوط لوله در لايه نازك الکتروليت كربنات-بی­كربنات تحت كنترل­شده تحت پوشش پراكنده

        4-5-2 مدل مفهومی برای ایجاد ترک خوردگی­های تنشی در یک الکترولیت کربنات-بی­کربنات با pH بالا در یک پوشش تخریب­شده

5-5 مكانيزم­ها براي آغاز ترک خوردگی توام با تنش

        5-5-1 پیشرفت انحلال آنودیک در نوک ترک

        5-5-2 افزایش خوردگی حفره­ای در نوک ترک

        5-5-3 ارتباط ساختار مرز دانه

6-5 مدل­هایی برای پیش­بینی سرعت رشد ترک خوردگی توام با تنش pH بالا

مراجع

فصل ششم: ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله در محیط­های اسیدی

1-6 مقدمه

2-6  ويژگي­هاي اوليه

3-6 مکانیزم خوردگی الکتروشیمیایی فولادهای لول ه­ای در محلول­ های خاکی اسیدی

4-6 مكانيزم ­ها براي شروع و انتشار ترک خوردگی توام با تنش

5-6 اثر نرخ کرنش بر روی ترک خوردگی توام با تنش لوله­ ها در خاک ­های اسیدی

مراجع

فصل هفتم: ترک خوردگی توام با تنش در جوش­های خط لوله

1-7 مقدمه

2-7 مبانی فلزکاری جوش

2-7-1 فرآیندهای جوشکاری

2-7-2 استحکام و میکروساختار جوش

2-7-3 پارامترهای تاثیر­گذار بر فرآیند جوش

2-7-4  نقص در ضایعات جوش

3-7 جوش لوله: مسائل متالورژی

3-7-1 جوش فولاد  X70

3-7-2 جوش فولاد X80

3-7-3 جوش فولاد X100

4-7 جوش لوله: مسائل مکانیکی

4-7-1 تنش باقی­مانده

4-7-2 سختی سنجی جوش

5-7 جوشكاري لوله: عناصر محيطي

5-7-1 معرفی هیدروژن به جوش­ها

5-7-2 خوردگی در جوش

5-7-3 الکتروشیمیایی خوردگی موضعی در جوش­های خطی

6-7 ترک خوردگی توام با تنش در جوش­های خطوط لوله

6-7-1 اثرات خواص مواد و میکروساختار

6-7-2 اثرات فرآیند جوشکاری

6-7-3 ترک خوردگی توام با تنش هیدروژن سولفید در جوش­های خط لوله

مراجع

فصل هشتم: تنش ترک خوردگی  فولادهای با استحکام بالا

1-8  مقدمه

2-8 توسعه تکنولوژی لوله ­های فولادی با استحکام بالا

2-8-1  تکامل فولادهای خط لوله

2-8-2 فولادهای با استحکام بالا در خط لوله جهانی

3-8 متالوژی فولادهای با استحکام بالا

3-8-1  پردازش ترمومکانیکی کنترل­ شده

3-8-2 رفتار آلیاژ

3-8-3 میکروارگانیسم فولادهای با استحکام بالا

3-8-8 نقص­ های متالورژیکی

4-8 حساسیت فولاد­های با استحکام بالا به تخریب هیدروژن

4-8-1 هیدروژن تاول زده و ­HIC در فولادهای خطوط لوله با استحکام بالا

4-8-2 رفتار نفوذ هیدروژن فولادهای با استحکام بالا

5-8  متالوژی میکروالکترو شیمیایی فولادهای با استحکام بالا

5-8-1 فعالیت میکروالکترو شیمیایی در نقص­های متالوژیکی

5-8-2 انحلال ترجیحی و خوردگی حفره در اطراف آخال­ها

6-8 فرسودگی زودرس فولاد­های با استحکام بالا و تاثیر آن بر تنش ترک خوردگی خطوط لوله

6-8-1 اصول پیری (فرسودگی) تنش

6-8-2 پیری کششی فولادهای خطوط لوله با استحکام بالا

6-8-3 تاثیر پیری کششی بر روی تنش ترک خوردگی خطوط لوله با استحکام بالا

7-8 کرنش بر اساس طراحی خطوط لوله فولادی با استحکام بالا

7-8-1 تنش با توجه به حرکت لوله-زمین

7-8-2 اثرات پارامتری بر ترک خوردن لوله­ های تحت SBD

8-8 تاثیر مکانی الکتروشیمیایی خوردگی لوله های تحت فشار

مراجع

فصل نهم: مدیریت ترک خوردگی توام با تنش درخط لوله

1-9 ترک خوردگی توام با تنش در مدیریت یکپارچه خطوط لوله

1-9-1 عناصر مدیریت خط لوله

1-9-2 ارزیابی اولیه و تحقیق در مورد حساسیت به ترک خوردگی توام با تنش

1-9-3 طبقه­بندي شدت ترک خوردگی توام با تنش و ارزیابی بعد از آن

1-9-4 انتخاب محل ترک خوردگی توام با تنش

1-9-5  ارزیابی ریسک تنش ترک خوردگی

2-9 پیشگیری از ترک خوردگی توام با تنش لوله

2-9-1 انتخاب و کنترل مواد

2-9-2 کنترل تنش

2-9-3 کنترل محیط ­ها

3-9 نظارت و شناسایی ترک خوردگی توام با تنش خطوط لوله

3-9-1 بازرسی­های درون خطی

3-9-2 پیگ­ های هوشمند

3-9-3 بازرسی هیدرواستاتیک

3-9-4 گشت­زنی (پاسبانی) خط لوله

4-9 کاهش ترک خوردگی توام با تنش خط لوله

نوبت چاپ: اول

جهت پاسخگویی به سؤالات و تهیه کتاب مربوطه می توانید از طریق گزینه خرید محصول و پل ارتباطی انتشارات عطران اقدام نمایید:

دفتر مرکزی نشر عطران:                ۶۶۱۹۱۰۰۰ -۰۲۱

شماره تلگرام پشتیبانی (۲۴ ساعته): 09108172896