إن قدرة المطاويات البترولية، بوصفها عناصر رئيسية في ظروف العمل القاسية مثل الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة والعوامل الأكّالة، على قياس قدرتها على الحفاظ على سلامتها عند وجود الشقوق، وهي مؤشر هام على سلامة تشغيل المعدات. ومن أجل إجراء تقييم دقيق لمدى صلابة المطاحن البترولية، يلزم استخدام طريقة اختبار مناسبة. سوف هذه الورقة طرق الاختبار الشائعة في صناعة صناعة النفط لاختبار صلابة التمزق، بما في ذلك إعداد العينات، ومبادئ الاختبار، ونطاق التطبيق.
يتطلب اختبار صلابة التكسر إعداد عينات تستوفي المعايير. وتشمل أنواع العينات التي تستخدم عادة التمدد الدقيق للعينات (CT)، والانحناء الثلاثي (3PB)، والعينات ذات الصدمات القياسية (Charpy). ويجب إعداد العيّنات وفقاً للمعايير ذات الصلة، مع ضمان استيفاء الأحجام الهندسية ودقة المعالجة ونوعية سطوح العيّنات لمتطلبات الاختبار. وأثناء إعداد العينات، ينبغي إيلاء الاهتمام أيضاً إلى اتجاه العينة للتأكد من أن نتائج الاختبار تعكس فعلاً أداء الطرود.
وعادة ما تجرى اختبارات صلابة التصدع في المطاقات البترولية باستخدام مبدأ التكسير الخطي (LEFM). وتذهب نظرية Lefm إلى أنه عندما تصل الطاقة اللازمة لطول وحدة التصدع إلى الطاقة الحرجة للمواد لمقاومة توسع الصدع، فإن الصدع ينتشر. وبالتالي، فإن قياس الطاقة الحرجة اللازمة أثناء توسع الصدع يتيح تقييم مرونة المادة في التكسر. وفي الاختبارات العملية، عادة ما تستخدم بارامترات مثل قياس “J” و “KIC” لوصف مرونة المادة المكسورة.
وتطبق طريقة اختبار صلابة التصدع في المطابقات البترولية أساساً على تقييم قدرة على المقاومة عند وجود الصدع. وتوفر الاختبارات، يمكن الحصول على مؤشرات لصلابة المواد المطورة تحت درجات حرارة مختلفة، ومعدلات استجابة، وأدوات أكالة، توفر الأساس لاختيار المواد، وتصميم الهياكل، والاستخدام الأمثل لعمليات التصنيع، والأداء الآمن للمعدات. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام أساليب اختبار صلابة التكسير لدراسة المسائل المتعلقة بقدم المواد، وحدود الضرر وآليات التكسير، وتقديم التوجيه بشأن تحسين أداء المواد وتطوير مواد جديدة.
طريقة شائعة لاختبار صلابة التكسر
اختبار التمدد المضغوط: عينة الاختبار CT هي عينة شائعة لاختبار صلابة التكسر ذات ميزة عالية من الدقة والموثوقية. ويمكن تقييم صلابة المادة من خلال التقوق المسبقة الصنع على عينات الاختبار وحمولات تمدد تقيس البارامترات، مثل نقاط J أو KIC في توسع الصدع. وتطبق هذه الطريقة على اختبارات الطباعات لمختلف المواد ودرجة السمك.
الانحناء الثلاثي (3PB): عينة الاختبار الثلاثي (3pB) هي عينة أخرى شائعة الاستخدام لاختبار صلابة التكسير تتسم بأنها بسيطة ورخيصة. ويمكن تقييم صلابة المادة من خلال التقوق المسبقة الصنع على عينات الاختبار وحمولات منحنية من ثلاث نقاط لقياس الحمل الحرجة وطول التصدع أثناء تمدد الصدع. وتنطبق هذه الطريقة على اختبارات المواد المطاطية والسمكية العالية.
اختبار عينة الصدمات القياسية (Carpy): عينة نموذجية لقياس مرونة صدمة المادة ويمكن استخدامها أيضا في تقييم صلابة المادة المكسورة. ومن خلال استخدام حمولات الصدمات على العينة، يمكن قياس قدرة المادة على الصمود عن طريق قياس الطاقة الماصَّة أثناء نشأة الشقوق وتوسيعها. وتنطبق هذه المنهجية على مواد الفرز السريعة ومقارنة صلابة مختلف المواد.
يمثل اختبار مرونة التكسير في المطاحن البترولية إحدى الوسائل الهامة لضمان سلامتها واستقرارها وعملياتها الطويلة الأجل. ويوفر إعداد العينات المستوفية للمعايير، وتطبيق مبادئ الاختبار المناسبة ونطاق التطبيق، واختيار أساليب الاختبار المناسبة، أساساً لاختيار المواد، والتصميم الهيكلي، والاستخدام الأمثل لعمليات التصنيع، والتشغيل الآمن للمعدات. وفي المستقبل، ستتطور صناعة صناعة البتروكيماويات بمزيد من الموثوقية، مع استمرار الابتكار في تكنولوجيا الاختبار وتطوير أساليب اختبار صلابة التحولات النفطية.
