EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND MODELING OF CONCRETE STRUCTURES EXPOSED TO MOLTEN SULFUR

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND MODELING OF CONCRETE STRUCTURES EXPOSED TO MOLTEN SULFUR. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Thesis_Final_Feb_19_v2_2019.pdf
Restricted to Repository staff only until 13 March 2020.

Download (20MB)

Arabic Abstract

تعتبر منشآت تخزين الكبريت المبنية من الخرسانة المسلحة جزء أساسي من مرافق معالجة النفط والغاز حيث يتم تخزين الكبريت بعد استخراجه من الهيدروكربونات في وحدات استرداد الكبريت والحفاظ عليها في المرحلة السائلة في درجات حرارة تتراوح من 130 إلى 160 درجة مئوية. تعتبر منشآت تخزين الكبريت المبنية من الخرسانة المسلحة نوع خاص وفريد من المنشآت المعرضة لأشكال مختلفة من التدهور الذي تسببه الكبريتات. تتعرض الخرسانة المسلحة لبيئة شديدة التآكل وتخضع للتدهور المتكرر في فترة زمنية قصيرة وخصوصا للأجزاء المعرضة للغازات الحمضية والابخرة. يقدم هذا البحث تحقيقات ميدانية ومعملية لآلية التآكل الخاصة بهياكل الخرسانة المسلحة المستخدمة لتخزين الكبريت المنصهر. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يقدم تحقيقات تجريبية مختبرية لثمانية أنواع مختلفة من الخلطات الخرسانية المعرضة لحمض الكبريتيك في درجة الحرارة المحيطة وكذلك في درجة الحرارة المرتفعة (100 درجة مئوية). يشمل البحث تقييم الخواص الفيزيائية والميكانيكية (قوة الانضغاط، فقدان الكتلة، النفاذية، اختراق الحمض ومعامل المرونة) بالإضافة إلى تحليل المواد بما في ذلك SEM وEDX وXRD وFTIR لعينات الخرسانة قبل وبعد التعرض لحمض الكبريتيك. تم تطوير النمذجة العددية لمحاكات تدهور الخرسانة وتم إجراء دراسة لتقييم دور العديد من عناصر النمذجة المختلفة في تحديد مدى تدهور الخرسانة ومقارنتها بالبيانات التجريبية الفعلية التي تم الحصول عليها مختبريا

English Abstract

A special type of reinforced concrete structure exposed to different forms of sulfate attack is the sulfur storage structure, typically referred to as “Sulfur Pit”. Sulfur Pit is an essential part of oil and gas processing facilities where the sulfur after extraction from the hydrocarbons in Sulfur Recovery Units is stored and maintained in liquid phase at temperatures ranging from 130°C to 160°C. The reinforced concrete sulfur pits are exposed to a very corrosive environment and subject to frequent deterioration in a short span of time, especially the roof slab which is exposed to acidic gases/vapor fumes. This research presents field and laboratory investigation of the deterioration mechanism of special reinforced concrete structures used to store molten sulfur. In addition, it presents laboratory experimental investigation of eight different types of concrete mixes exposed to sulfuric acid at ambient as well as elevated temperature (100oC) temperature. The scope includes evaluation of the physical and mechanical properties (compressive strength, mass loss, permeability, acid penetration and modulus of elasticity) as well as material analysis including SEM, EDX, XRD and FTIR for concrete samples before and after exposure to sulfuric acid. Numerical modeling of the damage was developed and a parametric study was performed to evaluate the role of various parameters in the damage and compared to actual experimental obtained data.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Al- Gadhib, Dr. Ali
Committee Members: Al-Gahtani, Dr. Ahmad and Ahmad, Dr. Shamsad and Al-Dulaijan, Dr. Salah
Depositing User: ALKHALIFAH HASSAN ALI (g200039040)
Date Deposited: 14 Mar 2019 08:01
Last Modified: 01 Nov 2019 20:44
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140912