200 bar tashqi bosimda ishlaydigan chuqur-dengiz nefti-gaz ajratgichlarida, yiqilishga qarshi turish uchun 5-darajali titaniumli isitgich trubkasi qanday devor qalinligi kerak?

Okean tubida 1500 dan 2000 metrgacha chuqurlikda joylashgan neft va gaz separatorlari 150 dan 200 bargacha (15 dan 20 MPa) tashqi gidrostatik bosimga duchor bo'ladi. Ushbu separatorlarda gidrat hosil bo'lishi va mum cho'kishining oldini olish uchun texnologik haroratda ishlashi kerak bo'lgan elektr isitish quvurlari mavjud. Ular tashqi bosim qulashining ma'lum bir nosozlik rejimiga sezgir. Ichki bosimning buzilishi egiluvchan portlashga olib keladi.Tashqi bosimning qulashi elastik beqarorlik hodisasi bo'lib, materialning oquvchanligidan ancha past bo'lgan kritik bosimda to'satdan paydo bo'ladi. Ajoyib kuch-vaznga nisbati va sho'r suvdagi korroziyaga chidamliligi tufayli 5-darajali titan (Ti-6Al-4V) chuqur dengiz isitgich quvurlari uchun ishlatiladi. Maqolada 5-darajali titaniumli quvurlarning devor qalinligi 200 bar bo'lgan tashqi bosimga burilishsiz qarshilik ko'rsatish uchun ovallik, devor qalinligi tolerantliklari va bosimli idishlar standartlari uchun zarur bo'lgan xavfsizlik omillarini hisobga olgan holda belgilanadi.

Silindrsimon quvurlarning yiqilish bosimi nazariyasi
Bir xil tashqi bosimga duchor bo'lgan uzun silindrsimon trubka uchun kritik tashqi bosim $P_{c}$ elastik qulashning klassik formulasi bilan aniqlanadi:

Kompyuter=2E 1-v2 t/Davg( )3

Bu erda E - yosh modul (5-darajali titan uchun 20 darajada taxminan 110 GPa), n - Puasson nisbati (taxminan 0,34), t - quvur devorining qalinligi va D_avg - o'rtacha diametri (tashqi diametri minus t). Formula mukammal doiralar va doimiy devor qalinligi faraziga asoslangan. Haqiqiy quvurlarning yiqilish bosimi nazariy bosimdan past bo'ladi, chunki dastlabki ovallik (-dumaloqlikdan-tashqarida) va devor qalinligi o'zgaradi.

Standart ishlab chiqarish bardoshliklariga ega bo'lgan quvur uchun amaliy qulash bosimi (diametrdan 0,5% gacha ovallik, devor qalinligi bardoshlik ±10%) nazariy elastik qulash bosimining taxminan 60-70% ni tashkil qiladi. Diametrning qalinlikka nisbati (D / t) ma'lum bir qiymatdan kichik bo'lsa, yiqilish rejimi elastikdan plastmassaga o'zgaradi va hisoblash boshqacha va tangens modul nazariyasiga asoslanadi.

5-sinf titanium - Maxsus parametrlar
5-darajali titan xona haroratida 830-900 MPa (tavlangan holat uchun kamida 825 MPa) oquvchanlik kuchiga ega, bu 2-darajali 275-345 MPa dan ancha yuqori. Bu yuqori mustahkamlik ichki bosimni qo‘llash uchun devorlarni yupqaroq qilish imkonini beradi, lekin tashqi qarshilikni oshirmaydi. Yiqilish asosan elastik modulga asoslangan jarayondir. 5-sinf uchun Young moduli (110 GPa) aslida 2-sinfga (105-110 GPa-o'xshash) nisbatan bir oz pastroq, shuning uchun berilgan geometriya uchun qulash bosimi sinfdan qat'i nazar, taxminan bir xil bo'ladi. 5-darajaning afzalligi, yiqilishdan keyingi xatti-harakatlar uchun yuqori rentabellik kuchiga ega va tashqi bosim va termal stresslar bilan birgalikda yaxshiroq ishlashga ega.

200 bar xizmat uchun devor qalinligi
Tashqi diametri 25 mm (D=25 mm) va tashqi bosimi 200 bar (20 MPa) bo'lgan odatdagi isitgich trubkasi uchun dengiz tubi 4-10 daraja haroratda kerakli devor qalinligi iterativ tarzda hisoblanadi:

P_design=200 bar x xavfsizlik omili (kerakli dizayndagi qulash bosimi). Bosimli idish kodlari (ASME BPVC VIII bo'lim, 2-bo'lim) tashqi bosim ostida qulash uchun 3 xavfsizlik omilini talab qiladi. P_design=600 bar (60 MPa).

Taxminlar D=25mm, t=2.5mm, Davg=22.5mm, D/t=10.0. Nazariy elastik siqilish: P_c=[2 * 110 * 10^9 / (1 - 0.34^2)] * (2,5/22,5) ^{214 /}[2.1] 0,884] * 0,00137 Keyin P_c=2.49×10¹¹ × 0.00137=3.41×10⁸ Pa=341 bar (34,1 MPa). Ovallik 65% pasaygandan so'ng, P_c_actual=341 × 0.65=222 bar (22,2 MPa) < zarur 600 bar. Bu D/t yetarli emas.

t ni 4,0 mm gacha oshiring. Davg=25 - 4.0=21.0 mm D/t= 6.25. (t/D o'rtacha)=4.0/21.0=0.1905. (0,1905)^3=0.00691. P_c=2.49x10^11 x 0.00691=1.72x10^9 Pa=1720 bar (172 MPa). 65% ga tushirish 1720 x 0.65=1,118 bar (112 MPa) ni beradi, bu 600 bar dizayn talabidan yuqori.

t ni 3,0 mm gacha oshiring. D o'rtacha=22.0 mm, D/t=8.33. t / D_avg=0.1364, kub=0.00254. P_c=2.49×10¹¹ × 0.00254=6.32×10⁸ Pa=632 bar (63,2 MPa). 600 bar talabi ostida 65% 632 x .65=411 bar (41,1 MPa)-ga tushirish. Minimal t 3,0 dan 4,0 mm gacha.

t=3.5 mm uchun yeching. D_avg=25 - 3.5=21.5 mm, D/t=7.14. t/D_avg=0.1628, kub=0.00431. P_c=2.49E11 * 0.00431=1.07E9 Pa=1,070 bar (107 MPa). Qulay: 1,070 x 0.65=695 bar (69,5 MPa) - 600 bardan ortiq talab.

Shunday qilib, 25 mm OD 5-darajali titanium trubkasi ASME xavfsizlik omillari bilan 200 bar tashqi bosimda qulashga bardosh berishi uchun devor qalinligi kamida 3,5 mm bo'lishi kerak. 4.0 mm ovallik, ishlab chiqarish o'zgarishlari va o'rnatish vaqtida mumkin bo'lgan tishlash uchun qo'shimcha chegara berish uchun afzaldir.

Chuqur dengiz isitgichi trubkasi qalinligi ilova matritsasi
Ishlash chuqurligi (m) Tashqi bosim (bar) D/t nisbati (25 mm OD trubkasi) Tavsiya etilgan devor qalinligi (Xavfsizlik omili bilan) Minimal devor qalinligi (25 mm OD) Chuqurlik (m) Bosim (bar) 500 m 50 bar 10.5 2.2 mm 2,5 mm 1,00 mm {10} mm {100} 1500 m 150 bar 7.5 3.2 mm 3,5 mm 2000 m 200 bar 7.0 3.5 mm 4,0 mm 2500 m 250 bar 6.3 4.0 mm 4,5 mm 3000 m 300 bar 5.8 4.5 mm 5.
Chuqur isitgichlar-xizmat ko‘rsatish uchun boshqa fikrlar
Tashqi bosimning tushishi uchun devor qalinligi haroratning pasayishini hisobga olgan holda tanlanishi kerak. Dengiz tubining 4 darajali haroratida 5-darajali Young moduli atrof-muhit haroratiga qaraganda taxminan 5% ga yuqori bo'lib, bu qulashga qarshilik ko'rsatishga yordam beradi. Lekin isitish moslamasi ishlaganda quvur ichkaridan 100-150 darajaga qadar isitiladi, tashqi sho'r suv esa 4 daraja. Harorat gradienti tashqi bosimga qo'shiladigan bosim kuchlanishlarini hosil qiladi. Ushbu qo'shma yuk har bir dizayn uchun chekli elementlar tahliliga kiritilishi kerak.

Titanning 5-darajasi -0,7 V va Ag/AgCl dan past bo'lgan katodli himoya potentsiallari ostida dengiz suvida vodorod mo'rtlashishi mumkin. Chuqur dengiz tuzilmalari ko'pincha alyuminiy anodlar bilan katodik himoyalangan. Vodorodning singishi (katodik himoyalangan tuzilmalarning kechiktirilgan yorilishi yoki qoplama bilan qoplangan) isitgich trubkasini katodik himoyalangan tuzilmalardan elektr izolyatsiyasi yoki qoplamani himoya qilish orqali oldini olish kerak. 5-darajali vodorodga 2-sinfga qaraganda kamroq bardoshli

200 bar tashqi bosimdagi chuqur{0}}dengiz nefti-gaz separatorlari uchun 25 mm tashqi diametrli titaniumli 5-darajali isitish quvurlarining devor qalinligi minimal devor qalinligi 3,5 mm, ishlab chiqarish xatolari va o'rnatish vaqtida shikastlanishlar uchun 4,0 mm afzallik beriladi. Muhandislar ASTM B861 5-darajali quvurlarni qattiq ovallik cheklovlari (diametrning maksimal. 0.3%), devor qalinligining bir xilligi uchun sinchkovlik bilan radiografik tekshiruv va kamida 300 bar tashqi bosimgacha bosim sinovini belgilashi kerak. Payvandlangan truba{13}}truba varaqlari-to‘siqlari dengiz suvida kuchlanish korroziyasi yorilishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun to‘liq penetratsiya va kuchlanishni bartaraf etish bilan loyihalashtirilgan bo‘lishi kerak. 2500 m dan ortiq chuqurliklar uchun muqobil trubka geometriyalaridan (pastki diametrlar, ichki qattiqlashtiruvchi halqalar) foydalanishni hisobga olish kerak.