Boru hatlarında yorulmaya bağlı hasar olasılığı hesaplamaya yönelik bir güvenirlik modeli oluşturulması
Development of a reliabilty model to calculate fatigue failure probability in pipelines
Yazar: LEVENT SÖZEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YURDAKUL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güvenilirlik = Reliability ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Boru hatları, kimyasalları bir noktadan diğerine aktarmak için kullanılan ve güvenilir olduğu kabul edilen basınçlı ekipmanlardır. Buna rağmen boru hatlarında bir bütünlük kaybı söz konusu olduğunda, hat içerisinde aktarımı yapılan kimyasal ziyan olacağı gibi söz konusu kimyasal tehlikeli ise insan ve çevre sağlığı açısından telafisi mümkün olmayan sonuçlar doğuracaktır. Bu durumun önüne geçebilmek için boru hatlarının kabul edilebilir bir güvenirlik düzeyinin üzerinde işletilmesi önem arz etmektedir. Bu araştırma kapsamında, boru hatlarının güvenirliği yorulma etkisi dikkate alınarak öngörülmeye çalışılmıştır. Yorulmaya bağlı hasarların, güvenirlik açısından daha hassas olan kritik noktalarda meydana geldiği bilinmektedir. Kaynaklı birleştirmeler, göçükler, korozyon oyukları ve üretime bağlı iç yüzey kusurları bu çalışma özelinde kritik noktalar olarak kabul edilmiş olup kritik noktalar için gerilme konsantrasyonları sonlu elemanlar yönteminden yararlanılarak elde edilmiştir. Çalışma kapsamında kusur geometrisini oluşturan değişkenlere bağlı olarak gerilme konsantrasyon faktörlerini hesaplayan bağıntılar türetilmiştir. Problem dâhilinde rastlantısal olduğu kabul edilen geometrik ve mekanik değişkenlere bağlı olarak hasar olasılığı, Monte Carlo benzetimi yöntemi ve gerilme-dayanım girişim teorisi kullanılarak hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda, boru hatlarında kritik noktalar için zamana bağlı olarak hasar olasılığı hesaplanmış ve elde edilen veriler grafik olarak sunulmuştur. Araştırma kapsamında önerilen modelin uygulaması gerçek bir boru hattı üzerinde gerçekleştirilmiş olup elde edilmiş olan hasar olasılığı verisi kullanılarak söz konusu boru hattı için risk bazlı bir muayene planlaması tavsiye edilmiştir.

Abstract:
Pipelines are pressurised equipment that is considered reliable for transferring chemicals from one point to another. However, if there is a loss of integrity in the pipelines, the chemical transferred will be wasted. Moreover, if the chemical in pipeline is dangerous, it will cause irreversible results in terms of human and environmental health. In order to prevent this situation, it is important to operate the pipelines above an acceptable level of reliability. Within the scope of this research, the reliability of pipelines has been predicted by considering the fatigue. It is known that fatigue-related damages occur at hot points that are more sensitive in terms of reliability. Welded joints, dents, corrosion pits and fabrication-related internal surface defects were accepted as hot points in this study, and stress concentrations for hot points were obtained using the finite element method. Within the scope of the study, the equations that calculate the stress concentration factors are derived depending on the variables constituting the defect geometry. The probability of fracture, depending on the geometric and mechanical variables considered to be random in the problem, was calculated using the Monte Carlo simulation method and the stress-strain interference theory. As a result of the study, the probability of fracture for hot points in the pipelines was calculated depending on time and the results were presented graphically. The case study of the proposed model was carried out on a real pipeline, and a risk-based inspection planning was recommended for the pipeline by using the fracture probability data obtained.