پوششهای خطوط لوله دما بالا
پوشش 3LPP حداکثر دمای کاربری ۱۱۰ تا ۱۴۰ درجه سانتیگراد
پوشش FBE حداکثر دمای کاربری ۸۵ تا ۹۰ درجه سانتیگراد
پوشش 3LPE حداکثر دمای کاربری ۸۵ تا ۹۰ درجه سانتیگراد
پوشش HPCC یا کامپوزیتی حداکثر تا ۸۵ درجه سانتیگراد
پوشش 2LPE حداکثر دمای کاربری تا ۶۰ درجه سانتیگراد
نحوه انتخاب پوشش لوله عموماً براساس ترجیحات مالک یا شرکتهای مهندسی مشاور است. لوله ها اغلب در فاصله دور نسبت به مقصد نهایی خود پوشش داده می شوند. در پروژه های بزرگ اخیر در دریای خزر و آفریقا، بیشتر لوله ها در مناطق شرق آسیا پوشش دهی شد و با کشتی و سپس کامیون به محل احداث خط، منتقل شد. آسیب دیدن پوشش لوله های فولادی در اثر جابجایی و حمل و نقل در فواصل طولانی یک نگرانی جدی است. استحکام مکانیکی پوشش های 3LPE و 3LPP، در مقایسه با FBE، عموماً منجر به آسیب کمتری در حمل و نقل می شود. نویسنده اخیراً از پروژه ای بازدید کرده است که در آن آسیب قابل توجهی به لوله‌های پوشش شده توسط FBE در زمان انتقال از تأسیسات آسیایی به سایت احداث خط لوله در اروپای شرقی رخ داده بود.
بعد از تحویل لوله های پوشش شده به خط لوله و انجام عملیات جوشکاری، مرحله پوشش دهی سرجوش ها آغاز می شود. برای پوشش سرجوش لوله چندین فن‌آوری موجود است که همگی با چالش‌های مربوط به دوام و عملکرد طولانی مدت روبرو هستند. این چالشها در شرایط آب و هوایی و جغرافیایی خشن، بزرگتر هم می شوند.
برخلاف فرآیند پوشش لوله های فولادی که در شرایط کنترل شده کارخانه‌ای به خوبی اجرا می‌شود، پوششهای حفاظتی سرجوش ها در محل احداث خط لوله و تحت شرایط غیرقابل پیش‌بینی اعمال می‌شوند، در امتداد مسیر خط لوله انواع عوارض زمین، تاندرای یخ‌زده، بیابان‌های شنی، مناطق کوهستانی یا جنگلهای بارانی وجود دارد و انتظار می رود پوشش سرجوش لوله ها عملکرد و حفاظت در برابر خوردگی را مطابق با کیفیت پوشش های اجرا شده در کارخانه ارائه دهد.
تاثیر شرایط آب و هوایی بر احداث خط لوله
عملیات ساخت و ساز خطوط لوله وابسته به دمای محیط است. هنگامی که دما پایین تر از منفی ۴۰ درجه سانتیگراد می رسد، کار دشوار می شود و در برخی مواقع پروژه باید متوقف شود تا زمانی که دما به نقطه ای برسد که افراد و تجهیزات بتوانند کار کنند. برعکس، زمانی که دمای هوا در طول روز از ۴۵ درجه سانتیگراد بالاتر می رود، نگرانی ها در مورد سلامتی کارگران بر ادامه کار تاثیر می گذارد.
پوششهای لوله 3LPP، FBE و HPCC مهمترین پوششهای خارجی خطوط لوله دما بالا شناخته شده اند. پوشش پلی پروپیلن سه لایه تا دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد را تحمل می کند.
نوسانات دما در زمان انجام عملیات ساخت و ساز خط لوله متداول است. در طول روز در مناطق گرمسیر با تابش مستقیم خورشید بر روی لوله پوشش داده شده، دمای خط لوله بطور قابل توجهی افزایش می یابد. این پدیده به ویژه در آب و هوای گرم که سطوح تیره بسیاری از پوششهای خطوط لوله، تشعشعات خورشیدی را جذب می‌کنند، رایج است. پایین آمدن شبانه دما، نوسانات قابل توجهی در دمای فولاد ایجاد می کند که می تواند اثرات نامطلوبی بر روی پوشش های شکننده داشته باشد زیرا خط لوله منبسط و منقبض می شود.
انواع مختلف اجزای پوشش سرجوش ها به تجهیزات اعمال خاص خود نیاز دارند. معمولاً، شات بلاست یا سایر تجهیزات آماده سازی سطح، همراه با تجهیزاتی برای پیش گرم کردن ناحیه سرجوش مورد نیاز است. ممکن است برای تسریع در پخت پوششهای مایع دو جزئی، پس گرمایش نیز مورد نیاز باشد؛ کارآمدترین و مطمئن ترین روش تامین گرما از طریق القای الکتریکی است گرم کردن لوله ها توسط ژنراتورها و سیم پیچ های القایی فرکانس بالا اجاره ای یا خریداری شده، بهره وری را به شدت افزایش می دهد بنابراین انتخاب نوع پوششی که منطبق با مشخصات پروژه و شرایط میدانی باشد در مسیرهای دارای تنوع آب و هوایی بسیار مهم است.
پخت پوشش اپوکسی مایع دو جزئی به سادگی در دماهای پایین متوقف می شود و طولانی شدن زمان پخت ممکن است به کاهش خواص عملکردی پوشش منجر شود. در دمای بالای محیط، پوششهای اعمال شده بر روی لوله های فولادی ممکن است خیلی سریع خشک شوند یا عمر کوتاه و پایین تر از انتظار داشته باشند. سطح رطوبت تأثیر محدودی بر روی مواد اپوکسی دارد، اما در مواد پلی یورتان، رطوبت می‌تواند کاهش میزان پخت و تغییر در خواص فیزیکی را در پی داشته باشد که به دلیل واکنش بین رطوبت و ایزوسیانات ها در مکانیسم پخت بوجود می آید.
پودرهای اپوکسی اتصال ذوبی یا FBE باید به درستی انبار شوند تا در برابر رطوبت و دمای شدید محافظت شوند. این عوامل می تواند بر واکنش پذیری پودرها در زمان اجرا تأثیر بگذارد. مواد کامپوزیتی، چسب و پوششهای نواری سرجوش ها نیز باید طبق دستورالعمل سازنده نگهداری شوند. انبارداری کارگاهی و شرایط محیطی باید برای اجزای پوشش در نظر گرفته شود. گاهی ممکن است قبل از استفاده از مواد مورد استفاده در سیستم پوشش، شرایط اولیه حرارت یا کاهش دادن دما مورد نیاز باشد.
مطالعات موردی پوشش های لوله
در مطالعات موردی این پژوهش، سه نوع منطقه برای چالش‌های محیطی و جغرافیایی خط لوله و پوشش انتخاب شدند. تجربیات این پروژه‌های منطقه‌ای را می‌توان تقریباً در همه جای دنیا و در پروژه‌های مشابه بکار گرفت.
خط لوله بیابانی
این بررسی در مورد یک پروژه خط لوله در خاورمیانه انجام شد که شامل خطوط جریانی با دمای بالا از سر چاه تا یک ایستگاه پردازش و سپس خط لوله قطر بزرگ برای انتقال گاز و میعانات به بندری در فاصله ۵۱۷ کیلومتری بود. خطوط جریانی برای کار در دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد طراحی شدند که نوع پوشش خارجی آنها 3LPP بود، همچنین پوشش پلی پروپیلن سه لایه برای سرجوش ها انتخاب شده بود. خط لوله اصلی، اتصالات و سرجوش ها توسط 3LPE پوشش داده شد. در طول ساخت خط لوله، دمای محیط بین ۳۵ تا ۴۵ درجه سانتیگراد و با رطوبت کم بود که البته دمای سطح لوله در اواسط روز از ۶۵ درجه سانتیگراد نیز فراتر می رفت.
۱-انبساط خط لوله ۲-چادرهای محافظ تجهیزات ۳-صدمه پوشش در اثر جابجایی ۴-آستین انقباض حرارتی سرجوش
این خط لوله توسط یک پیمانکار بین المللی ساخته می شد، مدیریت چندگانه ساخت و ساز، بازرسی و بسیاری امور دیگر چالش هایی را در هماهنگی، نحوه ارتباطات و پیگیری بین مالک خط لوله، پیمانکاران اصلی و پیمانکاران فرعی از پنج ملیت ایجاد می کرد. برای این منظور، حفظ وضوح و شفافیت در ارتباطات، توافق همه طرفین در مورد جزئیات و مکتوب کردن آن که در نهایت به امضای همه طرفها برسد، مهم بود. همچنین تامین مواد و منابع مورد نیاز افراد و عملیات خط لوله، مستلزم تدارکات قوی و پشتیبانی لجستیکی از طرف دفتر اصلی و از راه دور بود.
در این پروژه، نوسانات بالای دما در روز و شب و انبساط حرارتی، باعث جدا شدن خط لوله از تکیه گاه ها شد. برای حل این مشکل از کیسه های شن به عنوان نگهدارنده استفاده شد که باعث کاهش آسیب به سطح پوشش نیز می شد.
در طول پروژه، طوفان های شن باعث آلوده شدن سطح سرجوش ها با گرد و خاک می شد و خط لوله را یک شبه مدفون می کرد. کلریدهای موجود در شن و ماسه می تواند محل برش لوله های فولادی را آلوده کند. آماده سازی صحیح سطح و پیش تمیز کردن قبل از شات بلاستهایی که حاوی کلرید نیستند اهمیت ویژه ای داشت.
مانند بسیاری از پروژه های ساخت خط لوله در مناطق دورافتاده، نیروی کار محلی کم هزینه با تجربه کم به کار گرفته شد بنابراین یک برنامه آموزشی قوی و کنترل کیفیت مستمر تست چسبندگی، حفره یابی پوشش و لایه برداری برای اطمینان از نصب صحیح و سازگار راه اندازی شد.
یک عمل مبتکرانه دیگر، اجرا کردن سیستم پوشش سرجوش ها به صورت کیت یکپارچه بود این امر بسیاری از چالش‌های گردآوری قطعات را از بین برد و به پیمانکار اصلی خط لوله اجازه داد تا عملیات لوله گذاری را بهتر به پیش ببرد. همچنین برنامه ریزی، پشتکار و ارتباط (تلفن ماهواره ای و اینترنت) نقش بسزایی در پاسخگویی به سوالات پیمانکار و ایجاد هماهنگی های لازم داشت.
خط لوله جنگلهای بارانی
این پروژه شامل احداث یک خط لوله در جنگل های بارانی آمازون بود. این خط لوله دمای بالا از یک میدان نفتی بزرگ تا پایگاه عملیاتی شرکت نفت امتداد داشت و برای کار در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد طراحی شده بود که پوشش FBE برای محافظت از آن انتخاب شد. البته این نوع پوشش یک انتخاب غیر معمول برای آن منطقه بود زیرا پوشش لوله رایج در آمریکای جنوبی 3LPE است. بر اساس تجارب کسب شده در فاز قبلی این پروژه، آستین های انقباض حرارتی پلی اتیلن دمای بالا به عنوان سیستم حفاظت از سرجوش ها انتخاب شد.
خط لوله جنگلهای بارانی پوشش شده توسط FBE
در مسیر این خط لوله، آب و هوای گرم و مرطوب با دمای بین ۳۵ تا ۴۷ درجه سانتیگراد و بارندگی و رگبارهای روزانه معمول بود. زمین پوشیده از گیاهان و علفهای متراکم، شرایط کاری دشواری را ایجاد کرده بود. اما پیمانکار تجربه قابل توجهی در کار در محیط های مشابه داشت بنابراین نسبت به نحوه مدیریت و اعزام نیروی انسانی و تجهیزات آمادگی خوبی داشت. برای آماده سازی و احداث روزمینی خط لوله، به غیر از ابزارهای استاندارد نصب آستین انقباض حرارتی، از هیچ تجهیزات تخصصی استفاده نشد.
علاوه بر تمام اینها، قبل از اجرای پروژه در این گونه مناطق باید مجوزهای محیط زیستی سختگیرانه و دشواری را دریافت کرد و الزاما در مناطق حساس از نظر زیست محیطی و به دلیل حفاظت از گونه ها باید مسیر حفاری را تغییر داد؛ همچنین بسیاری از رودخانه‌های کوچک و مناطق مردابی نیز به لوله‌های با پوشش خارجی کانکریت نیاز داشت تا توسط نیروی کشش منفی پوشش لوله CWC بر نیروی شناوری غلبه شود.
از طرفی وجود پوشش گیاهی انبوه و حیات وحش قابل توجه، مستلزم آن است که کارگران در حفظ محیط زیست محتاط باشند و در عین حال از محیط اطراف خود نیز آگاه باشند. در صورت برخورد با حیات وحش، کادر پزشکی و تخلیه اضطراری آماده بودند. بارندگی روزانه در این مناطق می تواند باعث تاخیر در کار شود و لحاظ کردن این عامل در محاسبه مدت زمان و نیازمندیهای پروژه لازم است. با این حال، استفاده از آستین های انقباضی حرارتی در پوشش سرجوش ها، مفید واقع شد زیرا رطوبت بالا بر آنها تأثیر نمی گذارد.
آموزش کارگران توسط مهندسین میدانی پوشش لوله انجام می شد. برنامه کنترل کیفیت شامل آزمایش چسبندگی پوشش بر روی سرجوش ها در فواصل ۱۰۰ تایی و آزمایش هالیدی یا تست حفره در پوشش بود.
خط لوله مناطق سردسیر
تغییرات شرایط آب و هوایی در مناطق غنی از نفت و گاز شمال کانادا و روسیه معمول است. تجربیات این مطالعه موردی از شمال کانادا با استفاده از پوشش اصلی کامپوزیتی HPCC و همچنین جزیره ساخالین روسیه که از پوشش اصلی 3LPE استفاده می‌کرد، به دست آمده است. تصمیمات منجر به انتخاب پوشش نهایی خط لوله براساس ترجیحات مهندسان مسئول، ایجاد فرصت برای آزمایش فناوری های مختلف و الزامات محیطی اتخاذ شد. پروژه کانادایی، بخشی از یک پژوهش برای امکان سنجی استفاده از فولاد گرید X100 و X120 برای ساخت خط لوله بود.
خط لوله مناطق سردسیر شمالی
شرایط ساخت و ساز خط لوله در دمایی بین منفی ۳۵ تا منفی ۴۵ درجه سانتیگراد در نوسان بود زمین پوشیده از برف یا بصورت تندرای یخ زده بود. در پروژه روسیه، بروز یک دوره گرم باعث آب شدن یخهای تاندرا شد که در نتیجه آن محیطی عملیاتی بسیار گل آلود شد.
هر یک از پروژه ها توسط پیمانکاران مجرب و آشنا به احداث خطوط لوله در مناطق سردسیر و دمای بسیار پایین، اجرا می شد. انواع تجهیزات لازم جهت اجرای پروژه خط لوله در مناطق سردسیر شامل شات بلاست، بخاری‌های مادون قرمز با گاز کاتالیزوری، ژنراتورهای القایی الکتریکی و سیم‌پیچ‌ها، سیستمهای گرمایشی و ابزار استاندارد نصب آستینهای انقباض حرارتی سرجوش ها بود.
سرمای شدید حتی قوی ترین تجهیزات را تحت تأثیر قرار می دهد. موتورهای دیزلی در سرمای شدید روشن نمی شوند، بنابراین چندین روز بطور پیوسته کار می کردند. کامیون‌ها، وانت‌ها یا اتوبوس‌های مجهز به بخاری‌های کمکی مکانی گرم برای ذخیره برخی مواد فراهم می کردند و همچنین به‌عنوان اتاق کار برای مخلوط کردن اپوکسی‌های مایع دو جزئی قبل از اعمال تحت سیستم پوشش سه لایه حرارتی انقباض‌پذیر عمل می‌کردند.
پوشش های مایع و پرایمرهای اپوکسی به طور قابل توجهی ویسکوزیته را در دماهای سرد افزایش می دهند. بخاری های مادون قرمز یا کویل های القایی برای پیش گرم کردن ناحیه اتصال قبل از اجرای پوشش لوله استفاده می شد. برای افزایش بهره وری، از تجهیزات گرمایش القایی سیستمهای حرارتی سه لایه برای پیش‌گرم کردن محل برش لوله ها و برای سخت کردن پرایمر استفاده می شد. سیستم گرمایش القایی حرارت یکنواختی را در کل سطح اعمال شده ایجاد می کرد و نسبت به گرمایش توسط مشعل، گرما را برای مدت طولانی تری در فولاد حفظ می کرد.
تجهیزات مورد استفاده برای پیش گرم کردن لوله ها توسط گاز پروپان، ممکن است دچار یخ زدگی شوند. روش های نگهداری و جابجایی مناسب می تواند این مسائل را به حداقل برساند و پخت پوشش طبق زمانبندی پیش برود. تست مداوم هالیدی و آزمایش چسبندگی، دستیابی به الزامات ضخامت را تضمین می کرد و کیفیت چسبندگی تحت تأثیر دمای پایین قرار نگرفت.
نتیجه گیری
وجه مشترک هر یک از این پروژه ها حول مشخصات لوله، انتخاب پوشش لوله مناسب، تجربه و آمادگی پیمانکار، تجهیزات، آموزش و بازرسی مداوم است. فناوری پوشش میدانی سرجوش ها باید با سیستم خط اصلی سازگار باشد. تکنیک اجرای میدانی پوشش لوله باید با محیط ساخت و ساز و تخصص و تجهیزات پیمانکار سازگار باشد. با تجهیزات و آموزش مناسب، پیمانکار خط لوله اصلی می تواند به طور موثر پوششهای حفاظتی را در این زمینه اعمال کند و مشتری می تواند انتظار عملکرد مطابق با الزامات مشخصات خود را داشته باشد.
مرجع
1. Dilip Tailor, Wayne Hodgins, Nick Gritis "Field joint developments and compatibility
considerations", BHR 15th International Conference on Pipeline Protection, 2003.
2. Jamie Cox bThree Layer High Density Polyethylene Exterior Pipeline Coatings: Job
References And Case Historiesc, BHR ks 14th International Conference on Pipeline
Protection, 2001.
3. Marcel Roche "How Total manage pipeline corrosion control", BHR 15th International
Conference on Pipeline Protection, 2003
4. Robert Worthingham, Matt Cetiner, Meera Kothari, TransCanada PipeLines Ltd.,
Calgary, Alberta - "Two coating systems pass tests for arctic use", Oil & Gas Journal
November 15, 2004