Yusuf Tansel İç, Mustafa Yurdakul, Levent Sözen

Yorulmaya maruz kalan basınçlı ekipmanlarda periyodik muayene zamanının hasar olasılığı tahmini yapılarak belirlenmesi

Değişken basınç etkisi altında bulunan basınçlı kaplar, boru hatları, ısı değiştiriciler, kazanlar vb. ekipmanlarda hasar meydana gelme ihtimalinin en aza indirilebilmesi veya mevcut hasarların erken teşhis edilebilmesi için ekipmanların periyodik olarak muayene edilmesi gerekmektedir. Bu muayeneler sabit zaman aralıkları dahilinde yapılabileceği gibi bir risk değerlendirmesine bağlı olarak, ekipmanın bulunduğu ortam, çalışma koşulları ve içerisinde bulunan kimyasalın potansiyel tehlikesine bağlı olarak belirlenen aralıklarla da gerçekleştirilebilmektedir. Söz konusu muayene periyotlarının, gerçekleştirilen bir risk değerlendirmesi sonucu belirlendiği yöntemler literatürde risk bazlı muayene yöntemleri olarak anılmaktadır. Risk bazlı muayene; değişken yük altında çalışarak yorulma hasarına maruz kalan ekipmanlara ait yapısal bileşenler üzerine de uygulanabilmektedir. Yapılan bu çalışmada değişken iç basınç yükü altında görev alan ince cidarlı basınçlı ekipmanlar değerlendirmeye alınmıştır. Söz konusu ekipmanlarda yorulmaya bağlı hasarın tespitinde gerilmenin görece yüksek olduğu hassas noktalara dikkat edilmelidir. İnce cidarlı basınçlı kaplarda gerilme konsantrasyon faktörlerinin kaynaklı bölgelerde daha yüksek seviyelerde olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla söz konusu kaynaklı birleştirmelerde yorulmaya bağlı çatlak oluşumu ve bu sebepten hasar meydana gelme ihtimali ekipmanın ana metal bölümlerine göre daha yüksektir. Kaynaklı birleştirmelerin güvenirliği; kaynak bölgesinin geometrisi, kaynağı yapılan borunun çapı, et kalınlığı, kaynaklı bölgenin mekanik özellikleri, maruz kalınan basıncın büyüklüğü ve basınçtaki muhtemel dalgalanmanın çevrim sayısı gibi faktörlere bağlı olarak değişmektedir. Çalışma kapsamında örnek bir uygulama olarak; değişken basınç altında faaliyet gösteren akaryakıt veya gaz boru hatlarının hasar olasılıkları yukarıda sayılan parametrelerde meydana gelen çeşitliliğe bağlı olarak hesaplanmış ve en uygun periyodik muayene aralığının tespit edilmesi için yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Bu çalışmadaki hasar olasılıklarının hesaplanmasında Sonlu Elemanlar Analizi ve Monte Carlo Benzetimi Yönteminden yararlanılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Risk Bazlı Muayene, Basınçlı Ekipmanlar, Yorulma, Sonlu Elemanlar Analizi, Monte Carlo Benzetimi

PDF

___

1. American Petroleum Institute, Risk-Based inspection technology, Washington D.C.: API Standards Department, 2008.
2. Det Norske Veritas, DNV-RP-G101 Risk based inspection of offshore topsides static mechanical equipment, Oslo: DNV, 2010.
3. DNV GL AS, DNV GL-RP-C210 Probabilistic methods for planning of inspection for fatigue cracks in offshore structures, Oslo: DNV GL AS, 2015.
4. The British Standards Institution, BS 7910 Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures, London: BSI, 2016.
5. Straub D., Faber M. H., Risk based inspection planning for structural systems. Structural safety, 27 (4), 335-355, 2005.
6. Tan Z., Li J., Wu Z., Zheng J., He W., An evaluation of maintenance strategy using risk based inspection, Safety science, 49 (6), 852-860, 2011.
7. Singh M., Pokhrel M., A fuzzy logic-possibilistic methodology for risk-based inspection (RBI) planning of oil and gas piping subjected to microbiologically influenced corrosion (MIC), International Journal of Pressure Vessels and Piping, 159, 45-54, 2018.
8. Luque J., Straub D., Risk-based optimal inspection strategies for structural systems using dynamic Bayesian networks, Structural Safety, 76, 68-80, 2019.
9. Lotsberg I., Sigurdsson G., Fjeldstad A., Moan T., Probabilistic methods for planning of inspection for fatigue cracks in offshore structures, Marine Structures, 46, 167-192, 2016.
10. Lassen T., Recho N., Risk based inspection planning for fatigue damage in offshore steel structures, ASME 34th International Conference on Ocean Offshore and Arctic Engineering, Saint John – Canada, V003T02A076-V003T02A076, May 31 – June 5, 2015.
11. Haugen E. B., Probabilistic Approaches to Desıgn, John Wiley and Sons, New York, A.B.D., 1968.
12. Kececioglu D., Cormier D., Designing a specified reliability directly into a component, SAE Technical Paper, 640615, 1964.
13. Cornell C. A., A probability-based structural code, In Journal Proceedings, 66 (12), 974-985, 1969.
14. Hasofer A. M., Lind N. C., Exact and invariant second-moment code format, Journal of the Engineering Mechanics division, 100 (1), 111-121, 1974.
15. Rackwitz R., Flessler B., Structural reliability under combined random load sequences, Computers & Structures, 9 (5), 489-494, 1978.
16. Ditlevsen O., Principle of normal tail approximation, Journal of the Engineering Mechanics Division, 107 (6), 1191-1208, 1981.
17. von Neumann J., Ulam S., Monte carlo method, National Bureau of Standards Applied Mathematics Series, 12 (1951), 36, 1951.
18. Harrison R. L., Introduction to Monte Carlo simulation, AIP conference proceedings, 1204 (1), 17-21, 2010.
19. DNV GL AS, DNV GL-RP-C203 Fatigue design of offshore steel structures, Oslo: DNV GL AS, 2016.
20. The American Society of Mechanical Engineers, ASME B31.4: Pipeline transportation systems for liquid hydrocarbons and other liquids, Washington D.C.: ASME, 2002.
21. DNV GL AS, DNV GL-ST-F101 Submarine pipeline systems, Oslo: DNV GL AS, 2016.