کتاب طراحی و نصب خطوط لوله دریایی

صنعت نفت و گاز از صنایع پیشرو در هر کشوری محسوب می‌شود که دارای حوزه‌های مختلفی مثل تولید، استخراج، انتقالٰ پالایش و فرآورش است. در این میان مبحث انتقال نفت و گاز به وسیله خطوط لوله دریایی از پیچیدگی‌های خاصی برخوردار است که در این کتاب به آن پرداخته می‌شود. کتاب حاضر شامل مبانی طراحی خطوط لوله دریایی، مواد، بارها، ریسک و ایمنی، دیدگاه‌های طراحی، ساخت، اتصالات لوله، نصب خط لوله در آبهای عمیق و کم عمق، الزامات کنترل کیفیت و مستندسازی، خط لوله انعطاف‌پذیر، راه‌اندازی و بازرسی سیستم خط لوله و عملیات تعمیر و نگهداری است.
مقدمه
اهمیت انرژی در دنیای امروز بر کسی پوشیده نیست. هر چند در سالهای اخیر بشر به استفاده از انرژی-های نو از جمله ژئوترمال(زمین حرارتی)، انرژی خورشیدی، انرژی اتمی و ... روی آورده است؛ اما هنوز هم با توجه به محدود بودن منابع انرژی سوختهای فسیلی و منابع هیدروکربوری و رقابت شدید در استفاده از این منابع، این بخش از مبحث انرژی از اهمیت حیاتی برخوردار است. کشور ایران نیز با دارا بودن 9 درصد ذخایر نفتی و 15 درصد ذخایر گازی جهان از جایگاه خاصی در میان کشورهای صادرکننده نفت (اوپک) برخوردار است و با توجه به نیاز روزافزون جهان به فرآورده های نفتی و گازی و طرح پروژه های متعدد در صنایع نفت و گاز، سرمایه گذاری زیادی در این حوزه انجام شده است. بدیهی است برخورداری از این منابع انرژی مستلزم اطلاع از آخرین پیشرفتهای فنی و علمی دنیا و بکارگیری آنها در زمینه تولید، استخراج نفت و گاز، انتقال و نحوه پالایش و فرآورش این ذخایر عظیم می باشد.
مبحث انتقال نفت و گاز به وسیله خطوط لوله دریایی و رابطه آن با سایر عوامل مثل اثرات زیست محیطی، فعالیتهای ماهیگیری، شرایط آب و هوایی و ... از پیچیدگی های خاصی برخوردار است. ساخت خط لوله های دریایی یک حوزه مهندسی جدید است که در طی پنج دهه اخیر توسعه یافته است. در عین حال که با نصب بیش از صد هزار کیلومتر خطوط زیردریایی در سراسر دنیا، این حوزه به عنوان یک تکنولوژی پیشرفته در نظر گرفته می شود؛ همچنان پیشرفت ها در زمینه برطرف کردن محدودیتهای مرتبط با ابعاد لوله، فشار، رژیم های جریان، فرآورده ها، روشهای نصب، عمق های مختلف آب و شرایط اقلیمی ادامه دارد. با این وجود کمبود کتاب هایی که رویه کامل طراحی و نصب خط لوله دریایی را از مرحله طرح ریزی پروژه تا بهره برداری سیستم در بر گیرد، محسوس است.
معمولا ًخط لوله های دریایی مطابق با دستورالعمل های صادره از موسسات گواهی دهنده، مراجع نظارتی و کدهای ملی و بین‌المللی طراحی، ساخته و نصب می‌شوند. به هر حال یک کد به طور ایده‌آل باید نسبتاً کم‌حجم و بر اساس معیار‌های عملکردی اصلی باشد. انتخاب روش‌های طراحی و رویه‌های ساخت به مهندسان مسئول واگذار می‌شود که این انتخاب متکی بر دانش مشترک و تجربه آموزشی آنها است. اما به صراحت آنچه که در زمینه خط لوله دریایی معمولاً با کمبود آن مواجه هستیم، همان مواد است.
از اینرو هدف از انتشار این کتاب تکمیل کدها و توصیه‌نامه‌های موجود به وسیله یک کتاب مهندسی است که به عنوان راهنمایی برای کار با هدف تضمین یک استاندارد معقول طراحی و کاربرد، قابل استفاده است. کتاب حاضر مقدمتاً برای مهندسانی نوشته شده است که در حوزه خط لوله‌های دریایی نسبتاً تازه‌کار هستند و می‌خواهند دیدگاهی کلی نسبت به موضوع به دست آورند. همچنین کتاب مطالب اصلی را در حوزه‌های مربوطه برای دانشجویان دوره های خاص دریایی و متخصصان فراهم نموده است. این اثر برای مهندسان باتجربه خط لوله نیز به عنوان کتاب کاری مرجع برای استفاده از داده‌ها و نمودارهای آن کاربردی است.
امید است ترجمه این کتاب گامی در جهت پیشرفت صنعت نفت و گاز کشور عزیزمان برداشته باشد. نظرات و پیشنهادات شما عزیزان در جهت رفع اشکالات موجود، راهنمای ما در جهت ارتقای سطح کیفی کتاب در چاپ‌های بعدی خواهد بود.
در پایان بر خود لازم می‌دانیم از زحمات فراوان آقای مهندس محمد کرمی و خانم سمیرا انامی راد کمال تشکر و قدردانی را داشته باشیم.
مترجمان
marine_ pipeline@yahoo.com

فهرست مطالب
فصل1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 1
فصل 2 اصول طراحی 7
1–2 مقدمه 7
2–2 الزامات اساسی 8
1– 2-2 الزامات عملکردی 8
2– 2–2 الزامات مراجع ذی‌صلاح 9
3–2– 2 اثر زیست‌محیطی 10
3-2 محاسبات جریان 11
1-3-2 کلیات 11
2-3-2 پارامترهای عملیاتی 13
3-3-2 تعیین اندازه خط لوله 13
4-3-2 شبیه‌سازی‌های جریان 14
4-2 فعالیت‌های شناسایی سایت 17
1-4-2 کلیات 17
2-4-2 شناسایی ژئوفیزیکی 18
3-4-2 شناسایی ژئوتکنیکی 19
4-4-2 نمونه‌گیری خاک و تست در محل 19
5-4-2 تست آزمایشگاهی 22
5-2 داده‌های هوایی-دریایی 22
1-5-2 کلیات 22
2-5-2 باد، موج‌ها و جریان 23
3-5-2 جمع‌آوری داده‌های موج 24
4-5-2 پارامتر‌های طراحی 26
6-2 انتخاب مسیر 27
1-6-2 کلیات 27
2-6-2 نقشه‌های تراز 29
فصل3 مواد 31
1-3 مقدمه 31
2-3 جنس خاک 32
1-2-3 کلیات 32
2-2-3 دسته‌بندی خاک بستر دریا 33
3-2-3 مواد خاکریز 35
3-3 جنس خط لوله 36
1-3-3 کلیات 37
2-3-3 استحکام، چقرمگی و قابلیت جوشکاری 38
3-3-3 مقاومت سرویس ترش 42
4-3-3 ساختار میکروسکوپی فولاد و مقاومت خوردگی 44
4-3 آندهای از بین رونده 45
1-4-3 کلیات 45
2-4-3 آلیاژ روی 46
3-4-3 آلیاژ آلومینیوم 47
5-3 مواد تشکیل دهنده اجزاء خط لوله 48
1-5-3 کلیات 48
2- 5-3 جنس اجزاء برای سرویس ترش 48
6-3 مواد پوشش‌کاری و عایق‌کاری 49
1-6-3 کلیات 49
2-6-3 خواص مواد 49
فصل 4 بارها 51
1-4 مقدمه 51
2-4 بارهای عملیاتی 52
1-2-4 کلیات 52
2-2-4 فشار داخلی 52
3-2-4 سیستم‌های کنترل فشار 52
4-2-4 دماها 57
3-4 بارهای محیطی 57
1-3-4 کلیات 57
2-3-4 نیروهای هیدرودینامیکی 58
3-3-4 ضرایب نیروی هیدرودینامیکی 62
4-4 بارهای تصادفی 65
1-4-4 کلیات 65
2-4-4 بارهای ناشی از اشیاء سقوط کرده 66
3-4-4 بارهای تور ماهیگیری 66
5-4 بارهای نصب 69
فصل 5 خطرپذیری و ایمنی 71
1-5 مقدمه 71
2-5 خط مشی و فلسفه ایمنی 72
3-5 مدیریت خطرپذیری 73
1-3-5 کلیات 73
2-3-5 شناسایی خطر 75
4-5 معیار پذیرش خطرپذیری 77
1-4-5 کلیات 77
2-4-5 تحلیل هزینه و سود 79
5-5 ارزیابی خطرپذیری 80
1- 5-5 کلیات 80
2-5-5 اقدامات کاهش‌دهنده ریسک 81
3- 5-5 مثال: خطر ناشی از آسیب لنگر 82
6-5 جنبه‌های خاص ریسک 87
1-6-5 شیرهای جداکننده زیردریایی 87
2-6-5 اتصالات جوشی یا فلنجی 88
3-6-5 خوردگی در خطوط لولهHP/HT 89
7- 5 داده‌های آماری 89
فصل 6 طراحی 91
1-6 شرایط طراحی 91
1-1-6 کدها و استانداردها 91
2-1-6 حالات حدی بهره‌دهی 93
3-1-6 حالات حدی نهایی 93
4-1-6 شرایط نسبی ایمنی 94
2- 6 تعیین ضخامت دیواره 95
1-2-6 کلیات 95
2-2-6 روش‌های طراحی 96
3-2-6 تعریف کلاس مکانی 97
4-2-6 ضخامت دیواره مطابق با سندDNV OS-F101 99
5-2-6 مقایسه کد و مقررات ملی ضخامت دیواره 101
6-2-6 ماهیگیری با تور کیسه‌ای و فشار هیدرواستاتیکی 107
7-2-6 مثالی از طراحی ضخامت دیواره 114
3-6 پایداری هیدرودینامیکی 115
1-3-6 کلیات 115
2-3-6 فعالیت‌های طراحی 117
3-3-6 شرایط و الزامات طراحی 125
4-3-6 مدل طراحی پایداری استاتیکی 126
5-3-6 مدل طراحی پایداری دینامیکی 127
6-3-6 برهم‌کنش لوله و خاک 128
4-6 ارزیابی دهانه آزاد 136
1-4-6 کلیات 136
2-4-6 گروه‌بندی دهانه آزاد 137
3-4-6 داده‌های خط لوله و دهانه آزاد 138
4-4-6 تحلیل استاتیکی 140
5-4-6 تحلیل دینامیکی 143
6-4-6 تحلیل خستگی 144
5-6 انبساط و کمانش کلی 148
1- 5-6 کلیات 148
2-5-6 انبساط خط لوله 149
3- 5-6 کمانش خط لوله 154
4- 5-6 کمانش انبساطی عمودی 156
6-6 عایق‌کاری و جلوگیری از خوردگی 162
1-6-6 کلیات 162
2-6-6 خوردگی فولاد در آب دریا 163
3-6-6 جلوگیری از خوردگی داخلی 165
4-6-6 پوشش بازدارنده خارجی 168
5-6-6 عایق‌کاری حرارتی 169
7-6 حفاظت کاتدی 172
1-7-6 کلیات 172
2-7-6 الزامات جریان و پتانسیل حفاظتی 173
3-7-6 شکنندگی هیدروژنی 175
4-7-6 طراحی آند از بین رونده 176
5-7-6 روش اعمال جریان 185
6-7-6 عایق‌کاری الکتریکی 186
7-7-6 تداخل جریان هرز 187
8-6 خم‌ها، اجزاء و سازه‌ها 188
1-8-6 کلیات 188
2-8-6 اتصالات 188
3-8-6 شیرها و سایر اجزاء 189
4-8-6 سازه‌ها 190
فصل 7 ساخت 191
1-7 مقدمه 191
2-7 تولید خط لوله 193
1-2-7 کلیات 193
2-2-7 استانداردسازی 194
3-2-7 لوله‌های بدون درز 195
4-2-7 لوله‌های جوش شده 197
5-2-7 خواص معین‌شده‌ی فولادهای خط لوله 201
6-2-7 خم‌های شکل‌دهی‌شده با روش گرم 205
7-2-7 روکش‌کاری، آسترکاری و روکش‌کاری جوشی 206
8-2-7 تست درحین ساخت لوله 208
3-7 پوشش‌کاری داخلی 211
1-3-7 کلیات 211
2-3-7 آماده‌سازی سطح 212
3-3-7 اپوکسی اتصال یافته با گداخت 212
4-3-7 رنگ اپوکسی 213
5-3-7 بازرسی و تست رنگ اپوکسی 213
4-7 پوشش ضدخوردگی خارجی 214
1-4-7 کلیات 214
2-4-7 آماده‌سازی سطح 215
3-4-7 پوشش انامل قیری 217
4-4-7 پوشش‌های پلی‌الفینی سه‌لایه 219
5-4-7 اپوکسی پیوندیافته با گداخت 221
6-4-7 پوشش الاستومری (نئوپرن) 222
7-4-7 عایق‌کاری حرارتی 223
8-4-7 بازرسی و تست 225
9-4-7 سایر سیستم‌های پوشش‌کاری 227
5-7 ساخت آند 229
1-5-7 کلیات 229
2-5-7 مغزی تقویت‌کننده 231
3-5-7 مواد آلیاژی 232
4-5-7 ریخته‌گری‌ 232
5-5-7 عیوب آند 234
6-5-7 اتصالات الکتریکی 235
7-5-7 رنگ‌کردن و علامت‌گذاری 236
8-5-7 بازرسی و تست 236
6-7 نصب آند 238
1-6-7 کلیات 238
2-6-7 نصب آند 238
3-6-7 اتصال الکتریکی 240
4-6-7 پرداخت‌کاری 241
7-7 پوشش بتونی 241
1-7-7 کلیات 241
2-7-7 طراحی مخلوط بتنی 242
3-7-7 آرماتور 242
4-7-7 پاشش 242
5-7-7 اکستروژن 244
6-7-7 بتن‌ریزی با قالب لغزنده 245
7-7-7 عمل‌آوری بتون 245
8-7-7 بازرسی و تست 245
9-7-7 اتصالات آند 250
8-7 علامت‌گذاری ، جابجا کردن و تعمیر 250
1-8-7 کلیات 250
2-8-7 علامت‌گذاری 251
3-8-7 جابجایی، انتقال و انبارداری 252
4-8-7 تعمیرات 253
9-7 اجزا و اتصالات 254
1-9-7 کلیات 254
2-9-7 ساخت اجزا 254
3-9-7 لوله‌های بالارونده و انحناهای انبساطی 255
3-9-7 مجموعه‌های سه‌راهه‌ها و شیر 257
5-9-7 ارسال‌کننده‌ها و دریافت‌کننده‌ها‌ی پیگ 258
فصل 8 نصب 259
1- 8 مقدمه 259
2- 8 ایجاد تغییرات در بستر دریا 260
1-2- 8 کلیات 260
2-2- 8 پیش‌کانال‌کنی 261
3-2- 8 تکیه‌گاه‌های خط لوله 261
4-2- 8 تقاطع‌ها 262
3- 8 مونتاژ لوله 263
1-3- 8 کلیات 263
2-3- 8 جوشکاری محیطی 264
3-3- 8 برآورد مهندسی بحرانی 269
4-3- 8 پوشش اتصال میدانی 276
5-3- 8 اتصالات مکانیکی 281
4- 8 لوله‌گذاری 281
1-4-8 کلیات 281
2-4-8 نصب Sشکل 283
3-4-8 نصب Jشکل 285
4-4-8 قرقره‌پیچی 286
5-4-8 نصب به روشpiggy-back 286
6-4-8 اجزاء درون خط 288
7-4-8 رهاسازی و بازیابی خط‌لوله 288
5- 8 یدک‌کشی، کشیدن، حفاری اریب 290
1-5-8 کلیات 290
2-5-‌8 یدک‌کشی روی کف و کشیدن 292
3-5-8 یدک‌کشی خارج از کف، سطحی و با عمق کنترل‌شده 292
4- 5-8 دسته‌ خطوط لوله 293
5-5-8 حفاری اُریب 294
6- 8 لوله‌های بالارونده، مدخل‌های ساحلی و نقاطtie-in 296
1-6-8 کلیات 296
2-6-8 نصب بالارونده (رایزر) 297
3-6-8 ساخت ورودی ساحلی 298
4-6-8 عملیاتtie-in 301
5-6-8 اتصال خط لوله انشعابی 304
7- 8 کانال‌کنی و خاکریزکردن 304
1-7-8 کلیات 304
2-7-8 آبفشانی و برش (خاکبرداری) 305
3-7-8 شیار زدن 307
4-7-8 خاکریزکردن مصنوعی 308
5-7-8 پوشش‌های محافظ 309
8- 8 پیش راه‌اندازی 309
1- 8-8 کلیات 309
2- 8-8 پرکردن خط لوله از آب(flooding) و انجام هیدروتست 310
3- 8-8 اندازه‌گیری 313
4-8-8 تمیزکاری (پاکسازی) 315
5- 8-8 آب‌زدایی 317
6- 8-8 خشک کردن 318
7- 8-8 پاکسازی با نیتروژن 319
فصل 9 بازبینی و مستندسازی 321
1-9 مقدمه 321
2-9 الزامات کلی 322
1-2-9 کلیات 322
2-2-9 مدیریت کیفیت 322
3-2-9 فرمت‌های اسناد 322
4-2-9 ارتباط (پیام‌رسانی) 323
5-2-9 دفتر ثبت اسناد 324
6-2-9 بازبینی و پذیرش اسناد 324
7-2-9 موارد مغایرت 325
3-9 طراحی 325
1-3-9 مبنای طراحی 325
2-3-9 مستندسازی طراحی 326
3-3-9 نقشه‌های طراحی 326
4-9 تهیه و ساخت 327
1-4-9 کلیات 327
2-4-9 تولید خط لوله 327
3-4-9 ساخت آند 330
4-4-9 پوشش‌کاری لوله 332
5-4-9 سایر تدارکات 333
5-9 نصب 334
1-5-9 کلیات 334
2-5-9 دستورالعمل‌های نصب 334
3-5-9 مهندسی و مدیریت قرارداد 335
4-5-9 روش‌های نصب 336
5-5-9 گزارش ساخت 340
6-9 اسناد اجرا‌شده 342
1-6-9 کلیات 342
2-6-9 سیستم‌های مدیریت خط لوله 342
فصل10 لوله‌های انعطاف‌پذیر 344
1-10 مقدمه 345
1-1-10 کلیات 345
2-1-10 اولین لوله‌های انعطاف‌پذیر زیردریایی در دنیا 347
3-1-10 مشخصات لوله انعطاف‌پذیر چند‌لایه 348
2-10 ساختار لوله انعطاف‌پذیر 350
1-2-10 کلیات 350
2-2-10 اسکلت داخلی 351
3-2-10 آستر داخلی 352
4-2-10 محافظ فشار 353
5-2-10 محافظ کشش 354
6-2-10 نوارپیچی نگهدارنده 355
7-2-10 غلاف بیرونی 356
8-2-10 لایه‌های اضافی 356
3-10 طراحی لوله انعطاف‌پذیر 357
1-3-10 کلیات 357
2-3-10 شرایط بار 358
3-3-10 طراحی سطح مقطع 361
4-3-10 اتصال انتهایی 364
5-3-10 طراحی سیستم 365
6-3-10 تحلیل دوره عمر سرویس 370
4-10 ارزیابی مواد 376
1-4-10 کلیات 376
2-4-10 مواد فلزی 376
3-4-10 مواد پلیمری 378
4-4-10 رزین اپوکسی 378
5-4-10 پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف (فیبر) 379
5-10 ساخت 379
1- 5-10 کلیات 379
2- 5-10 لوله 380
3-5-10 اتصال انتهایی 381
4-5-10 تست پذیرش کارخانه‌ای 381
5-5-10 بسته‌بندی و بارگیری 382
6-10 نصب و تعیین کیفیت لوله 383
1-6-10 نصب 383
2-6-10 ارزیابی لوله انعطاف‌پذیر 385
3-6-10 تست نمونه اولیه 386
فصل11 عملیات 393
1-11 مقدمه 393
2-11 تضمین جریان 394
1-2-11 کلیات 394
2-2-11 کاهش انسداد جریان 394
3-11 عملیات، نگهداری و رهاسازی 396
1-3-11 کلیات 396
2-3-11 راه‌اندازی و عملیات 396
3-3-11 نگهداری 398
4-3-11 تغییرات شرایط طراحی 398
5-3-11 از کار انداختن و رها‌سازی 399
6-3-11 پیگ‌رانی در خط لوله 400
4-11 بازرسی در حین سرویس 400
1-4-11 کلیات 400
2-4-11 بازرسی در حین راه‌اندازی 401
3-4-11 بازرسی دوره‌ای 401
5-11 ارزیابی تعمیر 404
1-5-11 کلیات 404
2-5-11 عیوب لوله 405
اختصارات 407
واژه‌نامه 413
مراجع 425
کتاب‌ها و مقاله‌ها 428
فهرست الفبائی 431