تحلیل و طراحی لوله های کامپوزیتی گاز تحت اثر بارهای محیطی منطقه خلیج فارس

کشور عزیزمان ایران با برخورداری از حدود 22 هزار کیلومتر خطوط انتقال گاز دارای طولانی ترین شبکه خطوط لوله گاز در خاورمیانه می باشد. لوله های کامپوزیتی تحت فشار به روش الیاف پیچی ساخته شده که در این روش لایه های یک جهته ارتوتروپیک روی یکدیگر قرار گرفته و لامینیت جداره لوله تشکیل می گردد. تاکنون تحقیقاتی زیادی به منظور بهبود خواص مکانیکی لوله های کامپوزیتی جهت کاربردهای صنعتی انجام شده است، اما با این وجود سابقه زیادی از کاربرد لوله های کامپوزیتی در خطوط انتقال در دریا وجود نداشته و بخش اعظم موفقیت های حاصله در زمینه استفاده از مواد کامپوزیت در صنایع فراساحل، تنها مربوط به کاربرد این مواد در ساخت لوله های انتقال آب و ساخت رایزر در سکوهای استخراج نفت می باشد. فشار زیاد سیال داخلی، فشار هیدرواستاتیکی سیال پیرامون، ممانهای خمشی، نیروهای خارجی نظیر وزن، بویانسی و نیروهای محیطی (نیروهای درگ، اینرسی، لیفت) همراه با بارهای حرارتی گاز عبوری از داخل لوله در شرایط مختلف می بایست در طراحی خطوط انتقال در دریا مد نظر قرار گیرد. این پروژه به امکان سنجی قابلیت جایگزینی لوله های فولادی به وسیله لوله های کامپوزیتی در خطوط انتقال گاز در دریا می پردازد. تعیین پایداری لوله ها در دریا یکی از مسایل مهم طراحی خط لوله می باشد. در بخش اول طراحی، ضخامت پوشش سیمانی مورد نیاز جهت پایداری عمودی و جانبی لوله کامپوزیتی بر مبنای اطلاعات و شرایط محیطی منطقه خلیج فارس، شامل موج، جریان و مشخصات خاک بستر در منطقه لوله گذاری (به منظور تعیین ضریب اصطکاک جانبی خاک) محاسبه گردیده است. در ادامه نوع الیاف و رزین مصرفی در ساخت لوله با توجه به سابقه ساخت این لوله ها (در سایر مصارف) در داخل کشور انتخاب گردیده است. سپس با ایجاد مدل المان محدود لوله کامپوزیتی و انجام آنالیزهای مختلف بر روی مدل با لایه چینی های مختلف و با الگوگیری از آنالیزهای انجام یافته بر روی مدل های فولادی خطوط انتقال در بستر دریا (آنالیز دهانه آزاد ، آنالیز حرارتی، آنالیز کمانش و آنالیز فرایند نصب لوله ها) و مقایسه نتایج آنالیزها، لایه چینی بهینه لایه های بکار رفته در لامینیت جداره لوله ارایه گردیده است. در ادامه نیز ضمن پیشنهاد روشی مناسب جهت نصب این لوله ها در منطقه خلیج فارس، امکان عملی بودن روش پیشنهادی به کمک مدل سازی المان محدود، فرایند نصب مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت جزییات لازم در فرایند نصب خط لوله در اعماق مختلف خلیج فارس به کمک انجام آنالیز پیشنهاد گردیده است.