آف شور پلیٹ فارم ہائیڈرولک سسٹمز میں 80 ڈگری پر مزاحم سیال (95/5 پانی-گلائکول) کو گرم کرنے میں، ٹائٹینیم ٹیوب کی دیوار کی موٹائی 10,000 تھرمل سائیکلوں کے بعد پن ہول کے رساؤ کو روکتی ہے؟

آف شور پلیٹ فارمز میں، ہائی پریشر ہائیڈرولک لائنوں میں آگ کے خطرے کو کم کرنے کے لیے-آگ مزاحم سیالوں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ سیال عام طور پر 95% پانی اور 5% گلائکول (ایتھیلین یا پروپیلین) پر مشتمل ہوتے ہیں۔ یہ سیال 80 ڈگری پر استعمال ہوتے ہیں اور جب ہائیڈرولک پمپ آن اور آف ہوتے ہیں اور دن اور رات کے آپریشنز کے درمیان محیطی درجہ حرارت تبدیل ہونے پر باقاعدہ تھرمل سائیکلنگ کا نشانہ بنتے ہیں۔ ٹائٹینیم گریڈ 2 ٹیوبیں ہائیڈرولک فلوئڈ وارمرز کے لیے استعمال کی جاتی ہیں کیونکہ پانی میں ان کی سنکنرن مزاحمت-گلائیکول مرکب اور اعلی طاقت اور وزن کے تناسب کی وجہ سے۔ تاہم، ایک ناکامی کا منظر خاص طور پر، تھرمل تھکاوٹ کا کریکنگ، بار بار ہیٹ سائیکلنگ کے بعد پن ہول لیک ہونے کا نتیجہ ہے۔ تھرمل تھکاوٹ، دباؤ کے پھٹنے یا یکساں سنکنرن کے برعکس، ٹیوب کی دیوار میں بغیر کسی پیمائشی دیوار کے پتلی ہونے کے خوردبینی دراڑیں پیدا ہونے اور بڑھنے کا سبب بنتی ہیں۔ یہ مضمون تھکاوٹ کی جانچ اور محدود عنصر کے تجزیہ کی بنیاد پر، 20 ڈگری (ماحول) اور 80 ڈگری (آپریٹنگ) کے درمیان تھرمل سائیکلوں کو برداشت کرنے کے لیے گریڈ 2 کے ٹائٹینیم ٹیوبوں کے لیے ضروری کم از کم دیوار کی موٹائی کو پیش کرتا ہے۔

ہائیڈرو-ہائیڈرولک ہیٹر کی ٹیوبوں کی مکینیکل تھکاوٹ
ہائیڈرولک فلوئڈ سسٹم میں ٹائٹینیم ہیٹر ٹیوب ٹیوب اور آس پاس کے ماحول کے درمیان تفریق کی توسیع کی وجہ سے سائیکلک تھرمل دباؤ کا شکار ہوتی ہے۔ جب ہیٹر آن ہوتا ہے تو ٹیوب کی دیوار 20 ڈگری سے 80 ڈگری ( ΔT=60 ڈگری ) پر تیزی سے گرم ہو جاتی ہے۔ حرارتی عنصر کے ساتھ رابطے میں اندرونی دیوار ہائیڈرولک سیال کے ساتھ رابطے میں بیرونی دیوار سے زیادہ تیزی سے گرم ہوتی ہے۔ دیوار کے پار درجہ حرارت کے میلان دیوار کی اندرونی سطح پر دبانے والے دباؤ اور دیوار کی بیرونی سطح پر تناؤ کے دباؤ کا سبب بنتے ہیں۔ جب ہیٹر بند ہو جاتا ہے تو یہ سائیکل الٹ جاتا ہے۔ ہر درجہ حرارت کا چکر ٹیوب کی دیوار پر تناؤ کا طول و عرض پیدا کرتا ہے۔

ایک عام گریڈ 2 ٹیوب کے لیے، 1.65 ملی میٹر دیوار کے ساتھ 25 ملی میٹر بیرونی قطر، بیرونی دیوار پر تھرمل سٹرین فی چکر 0.08 سے 0.12% کے درمیان ہے (حرارت کی شرح اور سیال کی نقل و حرکت پر منحصر ہے)۔ یہ ٹائٹینیم (0.5-0.7%) کے پیداواری تناؤ سے بہت نیچے ہے لہذا اخترتی لچکدار ہے۔ لیکن یہاں تک کہ لچکدار چکراتی تناؤ بھی تھکاوٹ کے نقصان کو جمع کرنے کا باعث بنتا ہے۔ کافی چکروں کے بعد، سطح کی خامیوں، شمولیتوں یا بقایا تناؤ والے علاقوں (ٹیوب موڑ، ویلڈز، ٹیوب شیٹ کے کنکشن) پر چھوٹی دراڑوں کا مرکز بن جاتا ہے۔ یہ دراڑیں تہہ دار طور پر نشوونما پاتی ہیں اور آخر کار دیوار کو سوراخ کر کے پن ہول کا رساو بناتی ہیں۔ ہائیڈرولک سیال پن ہولز کے ذریعے لیک ہوتا ہے جس سے سیال اور دباؤ کا نقصان ہوتا ہے۔

دیوار کی موٹائی بمقابلہ تھکاوٹ کی زندگی
80 ڈگری پر پانی میں گریڈ 2 ٹائٹینیم ٹیوبوں (25 ملی میٹر OD، مختلف دیواروں کی موٹائی) کی کنٹرول شدہ تھرمل سائیکل ٹیسٹنگ-گلائیکول (95/5) کو تھکاوٹ کی زندگی کے اعداد و شمار کے ساتھ پیش کیا گیا ہے۔ نلیاں 20 سے 80 ڈگری تک 10 ڈگری / منٹ (برقی ہیٹر کی طرح) کی شرح کے ساتھ گرم کی گئیں اور 5 ڈگری / منٹ (قدرتی کنویکشن) کی شرح کے ساتھ 80 سے 20 ڈگری تک ٹھنڈا کی گئیں۔ دباؤ کے کشی کے ذریعہ پن ہول کے رساو کے پائے جانے تک سائیکل جاری رکھے گئے تھے۔

1.0 ملی میٹر دیوار کی موٹائی (BWG 18) کے لیے تھکاوٹ کی زندگی 2,000 سے 4,000 سائیکلوں کی حد میں تھی۔ ناکامی ٹیوب موڑ اور ویلڈ زون میں تھی جس میں بقایا تناؤ نے چکراتی تناؤ کو مرکوز کیا تھا۔ پنہول لیکس دیوار کی کسی واضح پتلی کے بغیر نمودار ہوئے۔

1.2 ملی میٹر وال (BWG 16) کے لیے تھکاوٹ کی زندگی 4,000-7,000. 8,000 سائیکلوں تک بغیر کسی ناکامی کے بڑھا دی گئی تھی، لیکن سطح کی پولش اور بقایا تناؤ میں فرق کی وجہ سے یہ بکھرا بڑا تھا۔

تھکاوٹ کی زندگی 1.65 ملی میٹر دیوار (BWG 14) کے لیے 8,000 سے 15,000 سائیکل تھی۔ درمیانی زندگی 11,000 سائیکل تھی، جو 10،000 سائیکل کے مقصد سے بہتر تھی۔ تناؤ سے نجات دلانے والی ویلڈز اور ہموار پالش ٹیوبوں نے اسے 15,000 سے زیادہ سائیکل بنا دیا۔

2.0 ملی میٹر دیوار کے لیے، تھکاوٹ کی زندگی 20,000 سائیکلوں سے زیادہ تھی اور جانچ کے دوران 25,000 سائیکلوں تک کوئی ناکامی نہیں پائی گئی۔ موٹی دیوار کم چکراتی تناؤ کے طول و عرض کے برابر ہے کیونکہ ایک موٹی دیوار کے پار درجہ حرارت کا میلان اسی حرارتی شرح کے لئے کم ہے (تھرمل ڈفیوزویٹی فکسڈ، بڑی دیوار کا مطلب ہے چھوٹی ΔT فی یونٹ موٹائی)۔

2.5 ملی میٹر دیوار کے لیے تھکاوٹ کی زندگی 30,000 سائیکلوں سے زیادہ ہے، جو عام آف شور پلیٹ فارمز کی ضروریات سے بھی زیادہ ہے۔

رشتہ طاقت کے قانون کی پیروی کرتا ہے: ناکامی کے چکر ~ (دیوار کی موٹائی)^1.8 سے 2.2۔ دیوار کی موٹائی 1.0 ملی میٹر سے 2.0 ملی میٹر تک بڑھانے کے نتیجے میں تھکاوٹ کی زندگی میں 3.5-4.5 گنا اضافہ ہوتا ہے۔

سطح کی تکمیل اور بقایا تناؤ کا اثر
لیکن تھکاوٹ کی زندگی صرف دیوار کی موٹائی پر منحصر نہیں ہے؛ سطح کی حالت اور بقایا تناؤ بھی ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ مختلف سطح پولش کے ساتھ 1.65 ملی میٹر دیوار کی موٹائی والی ٹیوبوں کے ٹیسٹ دکھاتے ہیں:

جیسا کہ-ڈرایا گیا (مل ختم، Ra 1.6-2.5 µm) 8,000-11,000 سائیکل (میڈین 9,500)

اچار (Ra 0.8-1.2 µm): 9,000-13,000 سائیکل (میڈین 10,500)

پالش (Ra.2-4 µm): 11,000-15,000 سائیکل (میڈین 13,000)

پوسٹ-ویلڈ اسٹریس ریلیف (ارگن میں 1 گھنٹے کے لیے 540 ڈگری) کے ساتھ علاج کی جانے والی ٹیوبوں کی تھکاوٹ کی زندگی 20-ویڈیڈ ٹیوبوں سے 30% لمبی ہوتی ہے۔ تناؤ سے نجات ویلڈز پر 150-200 MPa سے 50 MPa سے کم تک بقایا تناؤ کے دباؤ کو کم کر دیتی ہے، جس سے تھکاوٹ کے شگاف شروع ہونے کی سب سے عام جگہوں کو ہٹا دیا جاتا ہے۔

آف شور ہائیڈرولک ہیٹر ٹیوبز ایپلی کیشن میٹرکس
تھرمل سائیکل کی ضرورت والی ٹیوب قطر سے باہر تجویز کردہ دیوار کی موٹائی کی سطح کو ختم کرنے کے تناؤ سے نجات کا تخمینہ شدہ سائیکل ایک پن- سوراخ کے رساو تک
25 ملی میٹر 1.2 ملی میٹر اچار 5,000 سائیکل (اوسط 5 سال کی زندگی، 2-3 سائیکل فی دن) 5000 سے 8000 سائیکل کی ضرورت نہیں
10,000 سائیکل (10 سال کا ڈیزائن، 3 سائیکل فی دن) 25 ملی میٹر 1.65 ملی میٹر پالش ویلڈز 11,000-15,000 سائیکلوں کے لیے تجویز کردہ
10,000 سائیکل (10 سال کا ڈیزائن) 25 ملی میٹر 2.0 ملی میٹر اچار ضروری نہیں 15,000-20,000 سائیکل
20,000 سائیکل (20 سال کی زندگی) 25 ملی میٹر 2.0 ملی میٹر پالش تمام ویلڈز کے لیے 20,000-25,000 سائیکلوں کی ضرورت ہے
20,000 سائیکل (20 سال کی زندگی) 25 ملی میٹر 2.5 ملی میٹر جیسا کہ کھینچا گیا ہے ضرورت نہیں 25,000-30,000 سائیکل
ہائی وائبریشن پلیٹ فارم (مکینیکل چکراتی تناؤ کا اضافہ کرتا ہے) اوپر 0.5 ملی میٹر کا اضافہ کریں کسی بھی پالش کی ضرورت متوقع سائیکلوں کو 20-30٪ تک کم کریں
10,000-سائیکل سروس کے لیے سفارشات
آف شور پلیٹ فارم ہائیڈرولک سسٹمز کے لیے 80oC پر 95/5 پانی-گلائکول فائر ریزسٹنٹ فلوئڈ کو گرم کرنے کے لیے ڈیزائن کی ضرورت 10,000 تھرمل سائیکل ہے (3 سائیکل فی دن میں تقریباً 10 سال)۔ گریڈ 2 ٹائٹینیم ٹیوب، پالش شدہ سطح کی تکمیل اور تناؤ سے نجات پانے والے ویلڈز کے لیے، دیوار کی کم از کم موٹائی 1.65 ملی میٹر (BWG 14) ہے۔ متبادل طور پر، تناؤ سے نجات کے بغیر 2.0 ملی میٹر وال اچار والا فنش مساوی یا اعلیٰ تھکاوٹ والی زندگی دیتا ہے۔ تجویز کردہ تفصیلات:

مواد: ASTM B338 سیملیس ٹیوب، ٹائٹینیم گریڈ 2

دیوار کی موٹائی: کم سے کم. 1,65 ملی میٹر (BWG 14)

بیرونی قطر: 25 ملی میٹر (یا ہیٹر ڈیزائن کے لیے ضرورت کے مطابق)

سطح ختم: پالش Ra 0.4 µm زیادہ سے زیادہ (اندر اور باہر)

ویلڈز (اگر کوئی ہے): 1 گھنٹے کے لیے 540 ڈگری پر سٹریس ریلیز اینیل کے ساتھ مکمل دخول GTAW

ٹیوب موڑتا ہے: کم سے کم موڑ رداس 3x OD، دیوار کو کمزور ہونے سے روکنے کے لیے مینڈریل موڑتا ہے

نئی تنصیبات کے لیے جہاں وزن کوئی تشویش کا باعث نہیں ہے، 2.0 ملی میٹر دیوار کچھ اضافی مارجن دیتی ہے اور تناؤ سے نجات کی ضرورت کو ختم کرتی ہے، جس سے تیاری میں آسانی ہوتی ہے۔ اگر پن ہول لیک موجودہ ہیٹر پر 5,000-7,000 سائیکلوں کے بعد ہوتا ہے، تو 1.2 ملی میٹر یا 1.65 ملی میٹر کے طور پر-نکالنے والی ٹیوبوں کا براہ راست متبادل 1.65 ملی میٹر پالش ٹیوبیں ہیں جن میں تناؤ سے نجات پانے والی ویلڈز ہیں۔

ہائیڈرولک سسٹمز کے لیے 3 سے زیادہ سائیکل فی دن (مثلاً دباؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے تیز پمپ سائیکلنگ والے پلیٹ فارم) دیوار کی موٹائی کو اسی کے مطابق بڑھاتے ہیں: 5 سائیکل فی دن (10 سال سے زیادہ 18,000 سائیکل) کے لیے کم از کم 2.0 ملی میٹر وال متعین کریں۔ خریداری پر سطح کی تکمیل (را پیمائش) کی دستاویزات کی ضرورت ہے۔ ویلڈیڈ پروڈکٹس کے لیے وقت کے ساتھ تناؤ سے نجات کے لیے درجہ حرارت کا چارٹ{10}}کی سرٹیفیکیشن درکار ہے۔ دیوار کی درست موٹائی اور سطح کی حالت کے ساتھ، گریڈ 2 ٹائٹینیم نلیاں آف شور پلیٹ فارم ہائیڈرولک ہیٹر سروس میں پن ہول لیک کے بغیر 10,000 تھرمل سائیکلوں کو زندہ رکھے گی۔