गहरे में {{0}समुद्री तेल में -गैस विभाजक 200 बार बाहरी दबाव पर काम करते हैं, पतन को रोकने के लिए टाइटेनियम ग्रेड 5 हीटर ट्यूब की दीवार की मोटाई कितनी आवश्यक है?

1,500 और 2,000 मीटर की गहराई पर समुद्र तल पर रखे गए तेल और गैस विभाजक 150 से 200 बार (15 से 20 एमपीए) के बाहरी हाइड्रोस्टेटिक दबाव को झेलते हैं। इन विभाजकों में इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब होते हैं जिन्हें हाइड्रेट गठन और मोम जमाव से बचने के लिए प्रक्रिया तापमान पर चलाना पड़ता है। वे बाहरी दबाव पतन की एक विशेष विफलता मोड के प्रति अतिसंवेदनशील होते हैं। आंतरिक दबाव विफलता से तन्य विस्फोट होता है। बाहरी दबाव पतन एक लोचदार अस्थिरता घटना है जो सामग्री की उपज शक्ति की तुलना में बहुत कम महत्वपूर्ण दबाव पर अचानक घटित होती है। इसकी उत्कृष्ट ताकत - से {{14} वजन अनुपात और खारे पानी में संक्षारण प्रतिरोध के कारण, टाइटेनियम ग्रेड 5 (टीआई - 6 एएल-4 वी) का उपयोग गहरे समुद्र में हीटर ट्यूबों के लिए किया जाता है। लेख अंडाकारता, दीवार की मोटाई सहनशीलता और दबाव पोत मानकों के लिए आवश्यक सुरक्षा कारकों को ध्यान में रखते हुए, बकलिंग के बिना 200 बार बाहरी दबाव का विरोध करने के लिए ग्रेड 5 टाइटेनियम ट्यूबों की न्यूनतम दीवार मोटाई को परिभाषित करता है।

बेलनाकार ट्यूबों का संकुचन दबाव सिद्धांत
एक समान बाहरी दबाव के अधीन एक लंबी बेलनाकार ट्यूब के लिए, महत्वपूर्ण बाहरी दबाव, $P_{c}$, लोचदार पतन के शास्त्रीय सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

पीसी=2ई 1-वी2 टी/डीएवीजी( )3

जहां E यंग मापांक है (ग्रेड 5 टाइटेनियम के लिए 20 डिग्री पर लगभग 110 GPa), ν पॉइसन अनुपात (लगभग 0.34) है, t ट्यूब की दीवार की मोटाई है और D_avg औसत व्यास (आउट व्यास माइनस t) है। सूत्र पूर्ण वृत्तों और स्थिर दीवार मोटाई की धारणा पर आधारित है। प्रारंभिक अंडाकारता (गोलाई से बाहर) और दीवार की मोटाई में परिवर्तन के कारण वास्तविक ट्यूबों का पतन दबाव सैद्धांतिक से कम होता है।

मानक विनिर्माण सहनशीलता (व्यास के 0.5% के भीतर अंडाकारता, दीवार मोटाई सहनशीलता ±10%) के साथ एक ट्यूब के लिए व्यावहारिक पतन दबाव सैद्धांतिक लोचदार पतन दबाव का लगभग 60-70% है। यदि व्यास और मोटाई का अनुपात (डी/टी) एक विशेष मूल्य से कम है, तो पतन मोड लोचदार से प्लास्टिक में बदल जाता है और गणना अलग होती है और स्पर्शरेखा मापांक सिद्धांत पर आधारित होती है।

ग्रेड 5 टाइटेनियम - विशिष्ट पैरामीटर
कमरे के तापमान पर ग्रेड 5 टाइटेनियम की उपज शक्ति 830 - 900 एमपीए (एनील्ड स्थिति के लिए न्यूनतम 825 एमपीए) है, जो ग्रेड 2 के 275 - 345 एमपीए से काफी अधिक है। यह उच्च शक्ति आंतरिक दबाव अनुप्रयोगों के लिए पतली दीवारों की अनुमति देती है, लेकिन आनुपातिक रूप से बढ़ी हुई बाहरी पतन प्रतिरोध प्रदान नहीं करती है। पतन मूलतः एक लोचदार मापांक संचालित प्रक्रिया है। ग्रेड 5 (110 जीपीए) के लिए यंग का मापांक वास्तव में ग्रेड 2 (105-110 जीपीए-समान) की तुलना में कुछ हद तक कम है, ताकि किसी दिए गए ज्यामिति के लिए पतन दबाव ग्रेड की परवाह किए बिना लगभग समान हो। ग्रेड 5 में पतन के बाद के व्यवहार के लिए उच्च उपज शक्ति और संयुक्त बाहरी दबाव और थर्मल तनाव के तहत बेहतर प्रदर्शन का लाभ है।

200 बार सेवा के लिए दीवार की मोटाई
25 मिमी (डी=25 मिमी) के बाहरी व्यास और 4-10 डिग्री के समुद्री तापमान पर 200 बार (20 एमपीए) के बाहरी दबाव वाले एक सामान्य हीटर ट्यूब के लिए, आवश्यक दीवार की मोटाई की गणना पुनरावृत्त रूप से की जाती है:

P_design=200 बार x सुरक्षा कारक (वांछित डिज़ाइन पतन दबाव)। दबाव पोत कोड (एएसएमई बीपीवीसी सेक्शन VIII, डिवीजन 2) को बाहरी दबाव के तहत ढहने के लिए 3 के सुरक्षा कारक की आवश्यकता होती है। पी_डिज़ाइन=600 बार (60 एमपीए)।

धारणाएं डी{{0}मिमी, टी{{1}मिमी, डीएवीजी{{2}मिमी, डी/टी=10.0. सैद्धांतिक लोचदार पतन: P_c=[2 * 110 * 10^9 / (1 - 0.34^2)] * (2.5/22.5)^3=[2.2 * 10^11 / 0.884] * 0.00137 फिर P_c=2.49×10¹¹ × 0.00137=3.41×10⁸ Pa=341 बार (34.1 MPa)। अंडाकारता में 65% की गिरावट के बाद, P_c_actual=341 × 0.65=222 बार (22.2 एमपीए) <आवश्यक 600 बार। यह डी/टी पर्याप्त नहीं है.

t को 4.0 मिमी तक बढ़ाएँ। Davg=25 - 4.0=21.0 मिमी डी/टी= 6.25. (टी/डी औसत)=4.0/21.0=0.1905. (0.1905)^3=0.00691. P_c {{9}x10^11 x 0.00691=1.72x10^9 पा=1720 बार (172 एमपीए)। 65% तक नीचे गिराने पर 1,720 x 0.65=1,118 बार (112 एमपीए) मिलता है जो 600 बार डिजाइन आवश्यकता से ऊपर है।

टी को 3.0 मिमी तक बढ़ाएँ। डी औसत=22.0 मिमी, डी/टी=8.33. टी / डी_एवीजी=0.1364, घन=0.00254. पी_सी {{8}×10¹¹ × {{10}×10⁸ पा=632 बार (63.2 एमपीए)। 600 बार आवश्यकता से कम 65% 632 x .65=411 बार (41.1 एमपीए)- तक नॉकडाउन। न्यूनतम टी 3.0 और 4.0 मिमी के बीच है।

t=3.5 मिमी के लिए हल करें। D_avg=25 - 3.5=21.5 मिमी, D/t=7.14. t/D_avg=0.1628, घन=0.00431. P_c=2.49E11 * 0.00431=1.07E9 Pa=1,070 बार (107 MPa)। नॉक डाउन: 1.070 x 0.65=695 बार (69.5 एमपीए) - 600 से अधिक बार की आवश्यकता।

इस प्रकार 25 मिमी ओडी ग्रेड 5 टाइटेनियम ट्यूब को ASME सुरक्षा कारकों के साथ 200 बार बाहरी दबाव में ढहने का सामना करने के लिए 3.5 मिमी की न्यूनतम दीवार मोटाई की आवश्यकता होती है। स्थापना के दौरान अंडाकारता, विनिर्माण विविधताओं और संभावित डेंटिंग के लिए अतिरिक्त मार्जिन देने के लिए मिमी को प्राथमिकता दी जाती है।

डीप सी हीटर ट्यूब मोटाई अनुप्रयोग मैट्रिक्स
परिचालन गहराई (एम) बाहरी दबाव (बार) डी/टी अनुपात (25 मिमी ओडी ट्यूब) अनुशंसित दीवार की मोटाई (सुरक्षा कारक के साथ) न्यूनतम दीवार की मोटाई (25 मिमी ओडी) गहराई (एम) दबाव (बार) 500 मीटर 50 बार 10.5 2.2 मिमी 2.5 मिमी 1,000 मीटर 100 बार 8.5 2.8 मिमी 3.0 मिमी 1,500 मीटर 150 बार 7.5 3.2 मिमी 3.5 मिमी 2,000 मीटर 200 बार 7.0 3.5 मिमी 4.0 मिमी 2,500 मीटर 250 बार 6.3 4.0 मिमी 4.5 मिमी 3,000 मीटर 300 बार 5.8 4.5 मिमी 5.0 मिमी
डीप-सर्विस हीटर के लिए अन्य बातें
बाहरी दबाव ढहने के लिए दीवार की मोटाई तापमान कम करने को ध्यान में रखकर चुनी जानी चाहिए। 4 डिग्री के समुद्री तापमान पर, ग्रेड 5 का यंग मापांक परिवेश के तापमान की तुलना में लगभग 5% अधिक है, जो पतन प्रतिरोध के लिए सहायक है। लेकिन हीटर के संचालन के दौरान ट्यूब अंदर से 100-150 डिग्री तक गर्म होती है जबकि बाहरी खारा पानी 4 डिग्री पर होता है। तापमान प्रवणता संपीड़ित तनाव उत्पन्न करती है जो बाहरी दबाव में जुड़ जाती है। इस संयुक्त लोडिंग को प्रत्येक डिज़ाइन के लिए परिमित तत्व विश्लेषण में शामिल करने की आवश्यकता है।

टाइटेनियम ग्रेड 5 कैथोडिक सुरक्षा क्षमता के तहत समुद्री जल में हाइड्रोजन उत्सर्जन के अधीन हो सकता है, जो कि 0.7 V बनाम Ag/AgCl से कम है। गहरे समुद्र की संरचनाओं को अक्सर एल्यूमीनियम एनोड के साथ कैथोडिक रूप से संरक्षित किया जाता है। हाइड्रोजन अवशोषण (कैथोडिक रूप से संरक्षित संरचनाओं या कोटिंग के साथ लेपित संरचनाओं की विलंबित दरार) को कैथोडिक रूप से संरक्षित संरचनाओं या कोटिंग सुरक्षा से हीटर ट्यूब के विद्युत अलगाव के माध्यम से रोका जाना चाहिए। ग्रेड 5, ग्रेड 2 की तुलना में हाइड्रोजन के प्रति कम सहनशील है

200 बार बाहरी दबाव पर गहरे {{0}समुद्री तेल - गैस विभाजक के लिए, 25 मिमी बाहरी व्यास टाइटेनियम ग्रेड 5 हीटिंग ट्यूब की न्यूनतम दीवार मोटाई 3.5 मिमी है, स्थापना के दौरान विनिर्माण त्रुटियों और क्षति के लिए 4.0 मिमी को प्राथमिकता दी जाती है। इंजीनियरों को एएसटीएम बी 861 ग्रेड 5 टयूबिंग को सख्त अंडाकार सीमाओं (व्यास का अधिकतम . 0.3%) के साथ, दीवार की मोटाई एकरूपता के लिए संपूर्ण रेडियोग्राफिक निरीक्षण और कम से कम 300 बार बाहरी दबाव के लिए दबाव परीक्षण निर्दिष्ट करना चाहिए। समुद्री जल में तनाव संक्षारण दरार से बचने के लिए वेल्डेड ट्यूब से - तक ट्यूबशीट जंक्शनों को पूर्ण प्रवेश और तनाव राहत के साथ डिजाइन किया जाएगा। 2,500 मीटर से अधिक की गहराई के लिए वैकल्पिक ट्यूब ज्यामिति (निचले व्यास, आंतरिक सख्त छल्ले) के उपयोग को ध्यान में रखना होगा।