بررسي نتايج شيبه سازي و مقايسه با دادههاي آزمايشگاهي، راه اندازي مرکز مطالعات خوردگي و سايش85 در اين دانشگاه از سال 2000 به بعد، توجه تمام محققين را به خود جلب نمود. در سال 2004 آقايان شيرازي86[22 و 16] و راسل87 [16] رابطهاي را براي تصحيح ضريب C در فرمول API ارائه دادند.
در سال 2006 نرم افزار سنجش سايش با نام (SPPS)88 توسط شيرازي و مک لاري89 [7] ساخته شد. در سال 2008 آقاي ژانگ90 [7] و همکارانش با دادههايي که از شبيه سازي CFD بدست آورده بود نرم افزار SPPS را کاليبره نمود. در شکل زير قسمتي از Set up اندازه گيري سايش در دانشگاه تولسا نشان داده شده است.
شکل (3-1).Set up آزمايشگاهي دانشگاه تولسا [7]
در مطالعات انجام شده توسط محققين نام برده، بيشتر بر روي جريانهاي دو فازي و سه فازي که سيال حامل، گاز ميباشد کار شده است. به جز در موارد خاصي، سايش جريان مايع مطرح نشده است. چون مدلهاي بدست آمده بر اساس پارامترهاي مختلف ميباشد، لذا اين روابط براي جريان مايع نيز قابل تعميم است. آقايان عظيميان91 و بارت92 [14] در سال 2013 سايش جريان مايع حاوي ذرات شن را در زانوييها و سهراهيها هم به صورت آزمايشگاهي و هم به صورت شبيه سازي مورد مطالعه قرار داده اند. نتايج بدست آمده از آزمايشات اين دو محقق، همخواني بسيار مناسبي با مدلهاي دانشگاه تولسا دارد.
در کشور ايران تا امروز، مطالعات آزمايشگاهي خاصي پيرامون سايش در خطوط لوله و انتقال سيالات صورت نگرفته است. در سال 2014 براي اولين بار در دانشگاه شيراز مطالعه آزمايشگاهي سايش در چاههاي گاز مناطق کنگان، آغار و شانول توسط آقاي مهندس آريانا و آقايان دکتر اسماعيل زاده و دکتر مولا آغاز شده است. آقايان مهندس محمودي و محمدي رهقي نيز Set up آزمايشگاهي سايش گاز و مايع را در آزمايشگاه دانشگاه شيراز تجهيز نمودند.
در ادامه به مدلهاي ارائه شده توسط محققين نام برده پرداخته ميشود.
3-4- مدلهاي ارائه شده
3-4-1- مدل فيني [23]
ER=A.?V_P?^n F(?) (3-1)
در اين رابطه ER نرخ سايش شن که بصورت جرم زدوده شده مواد بر حسب کيلوگرم به جرم ماده ساينده بر حسب کيلوگرم بيان مي‌شود.
V_P: سرعت برخورد ذرات شن
:A يک ثابت که به جنس ماده‌اي که ساييده مي‌شود و ديگر عوامل بستگي دارد.
?: زاويهي برخورد دانههاي شن
F(?): تابع زاويهي برخورد که به نوع ماده بستگي دارد و بين صفر و يک قرار دارد.
n: انديس وابستگي ماده ميباشد و عددي بين 2 تا 4 است.
3-4-2- مدل هاسر93 – ورنولد94 [24 و 17]
اين دو محقق معادلهي آسيب ناشي از برخورد زير را ارائه داده‌اند.
ER=m_P.K.?V_P?^n F(?) (3-2)
در اين رابطه m_P، شدت جريان جرمي ذرات برخوردکننده بر روي يک سطح و K و n ثوابتي هستند که براي مواد فولادي و تيتانيوم و لوله‌هاي پلاستيکي مقاوم شده با شيشه95 در دسترس هستند.
شکل (3-2) رابطهي زاويه F(?) مورد استفاده توسط دو محقق فوق را نشان مي‌دهد. اين مدل هم در مدل هاي CFD و هم تعداد زيادي از مدلهاي تجربي مورد استفاده قرار گرفته است. استاندارد DNV-RP-O501 اين مدلهاي تجربي را جهت محاسبه سايش شن در لوله‌هاي مستقيم، اطراف مکانهاي جوشکاري شده و در زانوييها و کاهنده‌ها بکار مي‌برد.
شکل(3-2). تابعيت F(?) از زاويهي برخورد ذرات براي مواد نرم و مواد شکننده[17]
3-4-3- مدل سالاما – ونکاتش [24 و 9]
اين دو محقق روشي مشابه با دو محقق قبلي را ارائه دادند. البته اين دو محقق مدل خود را براساس اين فرض محافظه‌کارانه قرار داده‌اند که تمامي ذرات شن با زاويهي 30 درجه با ديواره داخلي برخورد ميکنند.
اين تقريب براي جريانات گازي منطقي به نظر ميرسد اما اثرات دراگ ذرات را در جريان مايع محاسبه نمي‌کند.
E_r= (S_k. w.V^2)/D^2 (3-3)
E_r: نرخ سايش بر حسب هزارم اينچ در سال
w: نرخ دبي شن بر حسب پوند در روز
V: سرعت سيال بر حسب فوت بر ثانيه
D: قطر لوله بر حسب اينچ
S_k: ثابتي وابسته به هندسه اجزاء که براي زانويي با شعاع کوتاه برابر با 038/0 و براي سه راهي (T شکل) و قطعات L شکل برابر با 019/0 است.
3-4-4- مدل سالاما [19]
سالاما، مدل سالاما- ونکاتش [9] براي سيستمهاي گاز- مايع- جامد را مورد تجديد نظر قرار داد و معادلهي جديدي براي جريان سهفازي به فرم زير ارائه نمود. در اين مدل که با نتايج چاهآزمايي هماهنگي بسيار خوبي دارد سالاما و همکاران در ابتدا بر اساس روابط ساده تکفازي براي جريان گاز در فشارهاي پايين مطالعات خود را انجام داده و رابطهاي براي ميزان سايش ارائه دادند. برخلاف مدلهاي قبل، توان سرعت در اين رابطه از درجه دو ميباشد. در نتيجه نرخ سايش از درجه سوم نسبت به سرعت بدست ميآيد.
E_P= (?V_m?^2. d)/(?S_P.D?^2.?_m ) (3-4)
در اين رابطهE_P نرخ سايش بر حسب ميليمتر بر کيلوگرم،D قطر لوله بر حسب ميليمتر، d قطر ذرات بر حسب ميکرون، S_P يک ثابت هندسي و V_m سرعت مخلوط بر حسب متر بر ثانيه که بصورت زير تعريف مي‌شود:
V_m=V_L+V_g (3-5)
در ادامه بررسيها، سالاما و همکاران رابطهاي براي بيان نرخ سايش در سيستم SI بدست آوردند که از دقت بالاتري نسبت به مدل رابطهي قبلي برخوردار بوده است. اين مدل غالبأ براي زانوييها و خمها استفاده شده است اما براي لولههاي مستقيم نيز کاربرد دارد:
ER=37.585 (W ?V_m?^2)/(P.D^2 ) (3-6)
دراين رابطه P پارامتر سختي برحسب بار مي باشد و براي دانسيتهي شن مقدار 2650 kg?m^3 در نظر گرفته شده است. براي محاسبه سرعت سايش براي لوله استيل با مقدار P=?1/05×10?^( 4) bar و براي ميزان خوردگي مجاز 0/254 mm/year رابطهي زير بدست آمده است:
V_e= (0.125 D)/?W (3-7)
در جدول زير ميزان خوردگي براي جريانهاي گاز، مايع و نفت در سرعتهاي مختلف طبق رابطهي سالاما آورده شده است.
جدول (3-1). ميزان خوردگي براي جريانهاي گاز، مايع و نفت در سرعتهاي مختلف[19]
سرعت
m/s
ميزان نرخ خوردگي mm/year
گاز
مايع
نفت
0.8
0.81551
0.00098
0.00115
1.6
3.26206
0.00392
0.00461
2.4
7.33963
0.00882
0.01037
3.2
13.0482
0.01568
0.01844
4
20.3879
0.0245
0.02882
4.8
29.3585
0.03527
0.0415
5.6
39.9602
0.04801
0.05648
6.4
52.1929
0.06271
0.07378
7.2
66.0566
0.07937
0.09337
8
81.5514
0.09798
0.11528
8.8
98.6772
0.11856
0.13948
9.6
117.434
0.1411
0.166
10.4
137.822
0.16559
0.19482
11.2
159.841
0.19205
0.22594
12
183.491
0.22046
0.25937
12.8
208.772
0.25084
0.2951
13.6
235.684
0.28317
0.33315
14.4
264.227
0.31747
0.37349
15.2
294.401
0.35372
0.41614
با مقايسهي مقادير فوق در ستون سوم و چهارم ميتوان ديد که ميزان خوردگي در جريان نفت بيشتر از جريانهاي حاوي آب است که اين موضوع با مشاهدات ميداني مغايرت دارد. دليل اين موضوع ضعف مدل سالاما در درنظر نگرفتن ويسکوزيته در معادله است. در نمودار زير اين موضوع نشان داده شده است.
شکل (3-3). مقايسهي ميزان سايش براي آب و نفت طبق رابطه سالاما[19]
3-4-5- مدل مرکز مطالعات سايش و خوردگي دانشگاه تولسا [24]
بر اساس مقادير قابل ملاحظه‌اي از کارهاي تحقيقاتي بر روي سايش اجزاء لوله، چندين مدل توسط مرکز تحقيقات سايش و خوردگي دانشگاه تولسا (ايالت اوکلاهاماي آمريکا) توسعه يافته است. اين مدلها با استفاده از مدل آسيب ناشي از برخوردها به شکل زير مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
E=F_m.F_s.m_P.?V_P?^n.F(?) (3-8)
در اين معادله ضريب F_m تغييرات در سختي مواد را نشان مي‌دهد. آقايان مکلاري و شيرازي براي گستره‌اي از فولادهاي مختلف، مقادير عمومي F_m را به ميزان 833/0 تا 267/1 ارائه نموده‌اند. اين مقادير از آزمايشات مربوط به برخورد ذرات با فولاد بدست آمده‌اند. ضريب F_s ميزان تيزي ذرات را نشان مي‌دهد و به ترتيب داراي مقادير 1 و 53/0 و 2/0 براي ذرات تيز، نيمگرد96 و ذرات داراي لبه‌هاي گرد مي‌باشد. مقدار 53/0 براي سيستم هاي توليدي استفاده مي‌شود.
3-4-6- مدل شيرازي و همکاران [24 و 22 و 20]
آقاي شيرازي و همکارانش روشي جهت محاسبه نرخهاي نفوذ در هندسههاي مختلف ارائه نمودند که در آن عبارت زير جهت محاسبه حداکثر نرخ نفوذ در زانوييهايي از جنس فولاد کربندار استفاده ميشود.
h=A.F_s ?.F?_P ((q_sd.?V_P?^(1.73).?_P)/(d_2.B^(0.59) )) (3-9)
در اين رابطه h نرخ نفوذ بر حسب ميل در سال (mil?year )، A ضريبي وابسته به جنس لوله، F_s ضريب تيزي دانههاي شن که در جدول زير داده شده است. F_P ضريب نفوذ (که از دادههاي آزمايشگاهي براي زانوييها و سهراهيهاي T شکل فولادي بميزانin/(lb.m) 68/3 بدست آمده است). ?_P چگالي ذرات جامد، V_P سرعت برخورد ذرات جامد با سطح فلز، و B سختي Brinell فلزات ميباشد.
جدول (3-2). ضريب تيزي دانههاي شن[24 و 15]
شرح
F_s
گوشه دار با گوشههاي تيز
با لبههاي نيم گرد
لبه گرد، بسترهاي کروي شيشهاي
1
53.0
2.0
3-4-7- مدل فيزيکي [5]
به کمک مشاهدات انجام گرفته توسط بورگين ميتوان ثابتهاي معادلهي فوق را با يک ثابت براي رابطه سايش فيزيکي جايگزين کرد. در مدل ارائه شده توسط فيني و بيتر ميزان فلز جدا شده از سطح dh/dt A_(IMPACT ) با توان دوم سرعت ذرات و به صورت خطي با جرم ذرات تغيير ميکند. با فرض اينکه ذرات به صورت يکنواخت و تحت يک زاويهي ثابت با سطح برخورد کنند، مي توان رابطه را به فرم زير نوشت که قبلأ هم توضيح داده شد.
(dh/dt) A_(IMPACT )= k(Q_p ?_p ) V_SG^2 (3-10)
با جايگزيني سطح مقطع لوله که در معرض برخورد قرار ميگيرد مقدار k به فرم زير بدست مي آيد :
k= (dh/dt) 1/(?V_sg?^2 Q_P ?_P ).(? ?(ID)?^2)/(4 sin(?)) (3-11)
همچنين زاويهي برخورد نيز با داشتن اطلاعات ژئومتري لوله به فرم زير بدست ميآيد:
sin?(?)= ?(1-?(1+1/(2(r?(ID))))?^(-2) ) (3-12)
فصل چهارم
سيستم آزمايشگاهي و نحوهي انجام آزمايشها
سيستم آزمايشگاهي و نحوهي انجام آزمايشها
در اين فصل به بررسي و نحوهي ساخت دستگاه آزمايشگاهي سنجش سايش و طراحي و چگونگي انجام آزمايشات پرداخته ميشود.
4-1- طراحي سيستم آزمايشگاهي97
جهت طراحي سيستم آزمايشگاهي در اين پروژه، تا

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید