ارائه راهکاری برای افزایش مقاومت اتصالات نیروگاهی و پالایشگاهی در برابر زلزله

سیدمحسن برقعی رضوی از محققان پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، انتقال فرآورده‌های نفتی و گاز در مراکز صنعتی توسط خطوط لوله را یکی از روش‌های ارزان قیمت، سریع و مطمئن دانست و گفت: خطوط لوله یکی از اعضای اصلی شریان‌های حیاتی هستند و ارزیابی لرزه‌ای اتصالات رزوه‌ای از مهمترین مسائل در خطوط نفت وگاز و صنعت نیروگاهی است؛ چرا که آسیب در این خطوط سبب ایجاد بحران در حین و پس از زلزله خواهد شد.

وی شریان‌های حیاتی را مجموعه سازه‌ها، تأسیسات و تجهیزاتی دانست که وظیفه ذخیره، تأمین، انتقال و توزیع نیازهای حیاتی شامل آب، برق، گاز و یا جمع آوری، ذخیره و تصفیه یا بازیافت فاضلاب و مواد زائد و یا برقراری ارتباط شامل تلفن ثابت و همراه، اینترنت و دیتا را به عهده دارند.

برقعی رضوی ادامه داد: پدیده زلزله، جزو سوانح طبیعی است که همه ساله خسارات جانی، مالی و زیست محیطی فراوانی بر جای می‌گذارد. علاوه بر خسارات انسانی در محدوده‌های مسکونی شهری و روستایی، خسارات متعدد صنعتی، مالی و زیست محیطی مهمترین معضلاتی هستند که یک زلزله در نواحی صنعتی بر جای می‌گذارد.

این محقق با اشاره به زلزله ۱۷ آگوست ۱۹۹۹ ناحیه صنعتی ازمیت ترکیه و خسارت تقریبی ۱۸ میلیارد دلار به اقتصاد این کشور، خاطر نشان کرد: از این رو مقاوم سازی سیستم‌های سازه‌ای و صنعتی در مقابل زلزله با توجه به تغییرات مکرر و تکامل آیین نامه‌ها درچند دهه اخیر از مباحث غیر قابل گریز است و تعیین آسیب پذیری سیستم‌های سازه‌ای در برابر زلزله از ضروریات به شمار می‌رود.

وی بررسی آسیب پذیری لرزه‌ای را شامل بررسی تجهیزات، ارتباطات، ایمنی و نحوه عملکرد یک مجموعه در زمان وقوع زلزله توصیف کرد و ادامه داد: برای لوله‌های منقطع خصوصاً با قطرهای بالا و دیواره ضخیم، گسیختگی‌ها عموما ناشی از خرابی در اتصالات هستند. برای مثال در زلزله "تانگشان" (Tangshan) سال ۱۹۷۶ و "سان و شین" سال ۱۹۸۳ مشاهده شد که در حدود ۸۰ درصد خرابی‌ها مرتبط با اتصالات است.

به گفته این محقق پژوهشگاه زلزله، بیرون کشیدگی محوری در ترکیب با پیچش زاویه‌ای در اتصالات یک مکانیزم متداول خرابی در مناطق با کرنش‌های کششی زمین است، زیرا مقاومت برشی مصالح درزبندی اتصالات، کمتر از مقاومت کششی لوله است.

برقعی رضوی با اشاره به قرار گیری کشور بر روی کمربند لرزه‌ای آلپ- هیمالیا، خاطر نشان کرد: از این رو بررسی آسیب پذیری خطوط لوله و اتصال در برابر مخاطرات لرزه‌ای مورد نیاز است. متاسفانه علیرغم اهمیت آنالیز لرزه‌ای در لوله‌ها و اتصالات، این امر در ادبیات فنی و تحقیقات گذشته مغفول مانده است.

وی با اشاره به اجرای پروژه تحقیقاتی در این پژوهشگاه، گفت: در این مطالعات به وسیله آنالیز عددی به روش اجزاء محدود، آسیب پذیری لرزه‌ای بر روی لوله‌ها و اتصالات رزوه‌ای بررسی شده و به منظور دستیابی به این هدف بارگذاری شامل زلزله (اعمال رکورد زلزله طبس)، بر روی مدل بررسی شده است.

وی با بیان اینکه همچنین جهت بهبود و مقاوم سازی رفتار اتصال از یک قطعه انعطاف پذیر به نام "آکاردئونی" که علاوه بر انعطاف پذیری، قدرت جذب و استهلاک بالایی دارد، استفاده شد، افزود: در این تحقیق به طور کلی اتصال خطوط لوله در دو حالت لوله روزمینی و لوله زیر زمینی و هر کدام در دو حالت اتصال استاندارد و اتصال آکاردئونی تحلیل و بررسی شده است.

برقعی رضوی ادامه داد: به علاوه به منظور بررسی تاثیر طول اتصال آکاردئونی در مدل‌های مربوط از ۳ طول مختلف اتصال آکاردئونی استفاده شده است.

مدل مش شده لوله ها

برقعی رضوی، "نمودارهای هیسترزیس" را یکی از بهترین نمودارهایی دانست که می‌تواند عملکرد سیستم را به طور کامل مورد ارزیابی قرار دهد، گفت: با استفاده از این نمودار می‌توان نحوه جذب انرژی، جابه جایی، افت مقاومت و سختی و بسیاری از رفتار سیستم را ارزیابی کرد و ما در این مطالعات از این نمودارها برای ارزیابی لوله و اتصال در حالت رو زمینی و مدفون بهره بردیم.

مجری طرح اظهار کرد: برای این منظور ابتدا سیستم در حالت استاندارد و بدون آکاردئونی تحلیل شد و پس از آن با ثابت نگه داشتن طول لوله، آکاردئونی جایگزین طولی از قطعه وسط اتصال یعنی باکس شد و در مراحل بعد طول آن دو و سه برابر می شود و نمودار مورد نظر برای هر حالت جداگانه استخراج می شود.

الف) چرخه هیسترزیس تحت زلزله السنترو (تصویر سمت راست)

ب) چرخه هیسترزیس تحت زلزله کوبه (تصویر سمت چپ)

ج) چرخه هیسترزیس تحت زلزله طبس (تصویر سمت راست)
د) چرخه هیسترزیس در حالت زیرزمینی (تصویر سمت چپ)

مجری طرح با اشاره به نتایج به دست آمده از این مطالعات، اضافه کرد: با تبدیل قطعه استاندارد به آکاردئونی بدلیل افزایش انعطاف پذیری و قابلیت جذب و استهلاک انرژی در سیستم، اتصال مورد نظر توانسته انرژی بیشتری را جذب کند و مقاومت بیشتری از خود نشان دهد؛ اما با افزایش طول قطعه مورد نظر، دچار کمی افت مقاومت شده است که بدلیل کاهش سختی در سیستم است.

برقعی رضوی یادآور شد: در ادامه به منظور شبیه سازی و یکسان کردن شرایط مدلسازی و اجرایی، شرایط مرزی را از گیردار به مفصلی در مدل‌ها تغییر داده تا اثر شرایط تکیه گاهی بر روی توزیع تنش ها مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان داد که تنش در محل اتصال تقریبا تغییر چندانی نداشته و برخلاف تصور تنش در محل اتصال مستقل از شرایط تکیه گاهی است.

وی اظهار کرد: همچنین یکی از پارامترهای مؤثر در مدلسازی جنس مصالح مصرفی است. به منظور بررسی این موضوع مدول الاستیسیته قطعه آکاردئونی در محل اتصال دو برابر شده است. براساس نتایج بدست آمده مقدار تنش بر روی نقاط محل اتصال تا ۱۵ درصد افزایش یافته و آسیب بیشتری در مدل ایجاد شده است. بنابراین مدول الاستیسیته با آسیب و افزایش آن در لوله رابطه مستقیمی دارد. با توجه به نتایج بدست آمده بطور کلی می توان نتیجه گرفت که با تبدیل قطعه اتصال استاندارد به آکاردئونی و افزایش طول قسمت آکاردئونی آن، در تمامی مدل‌ها به لحاظ وقوع خرابی، تسلیم وگسیختگی مشاهده شده است.

برقعی رضوی ادامه داد: در صورت مشاهده این خرابی‌ها می‌توان با دو برابر کردن طول آکاردئونی به عنوان طول بهینه در طراحی، از ایجاد آسیب در سیستم که می‌توانند سبب توقف یا حذف عملکرد و کارایی سیستم شوند، جلوگیری کرد.

این مطالعات با هدایت و راهنمایی دکتر فریبرز ناطقی الهی استاد پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله اجرایی شده است.

منبع: ایسنا

46