مطالعه وقوع شکست خوردگی در رایزرهای دریایی

نوع مقاله: مطالعه موردی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران،

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک شرکت نفت فلات قاره

چکیده

در این مطالعه رفتار دینامیکی رایزرهای دریایی در یک سکوی نیمه شناور در آب های عمیق و تحت اثر نیروهای محیطی و سازه ای مدلسازی شده و تنش های ناشی از خمش و فشار درونی رایزر در دیواره تخمین زده می‌شود. به منظور استخراج معادلات حاکم بر حرکت رایزر از نظریه اولر برنولی استفاده شده و در تخمین نیروهای وارد بر رایزر، از تئوری امواج دامنه کوتاه و روابط اصلاح شده موریسون استفاده می‌شود. سپس جابجایی هر مقطع از رایزر و خمش ناشی از آن محاسبه شده و با استفاده از تاریخچه بارگذاری، انباشت آسیب خستگی در هر مقطع از رایزر و عمر خستگی در طول رایزر محاسبه می‌شود. از آنجا که رایزرها در معرض دو محیط خورنده آب دریا و نیز نفت حاوی سولفید هیدروژن (نفت ترش) قرار دارند، حضور یک ترک اولیه می‌تواند اثرات مخربی داشته باشد. بر این اساس با در نظر گرفتن یک ترک اولیه، عمر شکست در طول رایزر و در حضور سیال خورنده تخمین زده شده و در نهایت اثر حضور عامل خورنده آب دریا و نیز سولفید هیدروژن بر رشد ترک و عمر شکست رایزر مطالعه می‌شود. به منظور مطالعه اثر محیط خورنده از نتایج تجربی منتشر شده در مقالات استفاده شده است. همچنین برای حل معادلات حاکم بر دینامیک رایزر از روش‌های عددی رانج کاتا و تفاضل محدود استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Study of corrosion fracture in marine risers

نویسندگان [English]

  • Abbas Rahi 1
  • amir moghiseh 2
1 Mechanical Engineering Faculty, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In order to convey the hydrocarbon to the sea level and do drilling operation, a steal pipe is installed between wellhead in the seabed and drill ships. The fluid dynamic forces are expressed in Morison formula using short wave theory. It is assumed that the riser is connected to the platform by means of a heave compensator. This device provides a large static tensile force at the top of the riser. Also it reduces the longitudinal stress variation induced by the relative vertical motion of the drill ship and the riser. With these assumptions the equations of motion governing the transverse displacement of the riser in two directions, in line and cross flow, can be obtained. At the end the effects of the corrosive environment on the crack propagation and fatigue life is investigated. For this study the experimental results of H2S and seawater effects on crack propagation in steels is used.So effect of initial crack in riser cross sections in different depths and at present of corrosive fluid is studied. At the end the effect of seawater and crude oil on crack propagation and corrosion fracture life is investigated. In order to solve riser dynamic equilibrium equations, Range-Kutta and finite difference methods have been used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Riser
  • crack
  • fatigue
  • corrosion fracture
[1] Kuiper, G.L., Brugmans, J. and Metrikine, A.V., “Destabilization of deep-water risers by a heaving platform”, Journal of Sound and Vibration, Vol.210, p.541-557, 2008.

[2]- Baarholm, G.S., Larsen, C.M. and Lie, H., “On fatigue damage accumulation from in-line and cross-flow vortex-induced vibrations on risers”, Journal of Fluids and Structures, Vol.22, p.109–127, 2006.

[3] Ebara, R., “Corrosion fatigue phenomena learned from failure analysis”, Journal of Engineering Failure Analysis, Vol.13, p.516-525, 2006.

[4] Ebara, R., Watanabe, E., Yamada, Y., Yajima, H. and Fushimi, A., “Corrosion fatigue strength of ship structural plates in sour crude oil”. Journal of the Society of NAVAL Architecture of Japan, 173, 337-350, 1993.

[5] Maddox, S. J., Pargeter, R. J. and Woollin, P., “Corrosion fatigue of welded C-Mn steel risers for deep water applications: a state of the art review”, OMAE2005-67499, Proceedings of OMAE 2005: 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, ASME, New York, 2005.

]6[ مقیسه، امیر.، رهی، عباس.، ریاحی، همایون.، "مدل‌سازی و تحلیل ارتعاشی بالا‌برنده کشتی‌های حفاری در راستای جریان و عمود بر آن"، مجله علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک امیرکبیر، دوره 45، شماره 2، زمستان 1392.

[7]Chakrabarti, S.K. (1994). Offshore Structure Modeling, World Scientific Publishing Co., Singapor

[8] Chakrabarti, S.K. “Handbook of Offshore Engineering”, Elsevier, 2005.

[9]Dowling, N.E. “Mechanical Behavior of Materials”, Wiley, New York, 1999.

[10] Vosikovsky O and Rivard A., The effect of hydrogen sulphide in crude oil on fatigue crack growth in a pipeline steel', Corrosion, 38(1), p.19-22, 1982.

[11] Ebara, R., “Corrosion fatigue phenomena learned from failure analysis”, Journal of Engineering Failure Analysis, Vol.13, p.516-525, 2006.

[12] Ebara, R., Watanabe, E., Yamada, Y., Yajima, H. and Fushimi, A., “Corrosion fatiguestrength of ship structural plates in sour crude oil.” Journal of the Society of NAVAL Architecture of Japan, 173, 337-350, 1993.

[13] Hudak, S.J. Jr., Feiger, J.H. and Patton, J.A., “The Effect of Cyclic Loading Frequency onCorrosionFatigue Crack Growth in High Strength Riser Materials,” 29th Int’l.Conf. onOffshore Mechanics and Arctic Engineering, OMAE201020705, Shanghai, 2010.

[14] Maddox S J, Pargeter R J and Woollin P. Corrosion fatigue of welded C-Mn steel risers for deep water applications: a state of the art review', OMAE2005-67499, Proceedings of OMAE 2005: 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, ASME, New York, 2005.