خوردگي سايشي در شکل زير ديده ميشود [14].
شکل (2-8). مکانيسم خوردگي سايشي(به ترتيب ازa تا d) [14]
آسيب ناشي از سايش و خوردگي را معمولأ ميتوان با بازرسي لولهي آسيب ديده و بررسي شرايط عملياتي، از همديگر تشخيص داد. سايش با کنده شدن يا خراش خوردن سطح فلز نمايان ميشود، اما خوردگي معمولأ به صورت پخش شده است و با زنگ زدگي سطح فلز قابل تشخيص است. خوردگي سايشي ترکيبي از سايش و خوردگي در يک مکان مشخص بوده و خوردگي سايشي ميتواند مورد توجه قرار نگيرد چون نشاني از خوردگي يا سايش در آن ديده نميشود.
در جريان سيال خورنده بدون وجود ذرات جامد در آن، زماني که لولههاي جديد مورد استفاده قرار ميگيرند، نرخ خوردگي بالا بوده و بعد از زمان کوتاهي به دليل ايجاد يک لايهي خورده شده که به عنوان لايهي مقاوم عمل ميکند، کاهش مييابد. اما در زماني که يک جريان سايش دهنده قوي داشته باشيم اين لايهي خورده شده را کنار زده و سيال خورنده را با لايههاي داخلي فلز تماس ميدهد. اين سايش و خوردگي به صورت پشت سرهم و دورهاي اتفاق ميافتد که نرخ تخريب لولهها بيشتر از سايش يا خوردگي خواهد بود.
مکانيسمهاي خوردگي سايشي بسيار پيجيدهاند. از اينرو پيشبيني نرخهاي نفوذ خوردگي سايشي براي وضعيت خاص بسيار دشوار است. ميتوان با کنترل شرايط عملياتي و جلوگيري از رخ دادن سايش يا خوردگي، از خورگي سايشي جلوگيري نمود.
محصولات جامد حاصل از خوردگي از سطح فلز به طريق مكانيكي كنده مي‌شوند. گاهي اوقات حركت باعث تقليل سرعت خوردگي موضعي مي‌گردد. مخصوصأ موقعي كه تحت شرايط ساكن خوردگي موضعي اتفاق افتاده باشد. چرا كه حركت باعث از بين رفتن رسوبات روي سطح فلز شده و نواحي مرده از بين ميروند و خوردگي موضعي متوقف مي‌شود. ليكن اين خوردگي سايشي نيست، زيرا سرعت خوردگي افزايش نيافته است. تعداد زيادي از محيط‌هاي خورنده مي‌توانند باعث ايجاد خوردگي سايشي شوند. جامدات معلق در مايعات مخصوصأ از نقطه نظر خوردگي سايشي خيلي مخرب مي‌باشند. كليه تجهيزاتي كه در تماس با مايعات متحرك مي‌باشند در معرض خوردگي سايشي قرار دارند.
2-4-4- پديدهي کاويتاسيون
زمانيکه مايع از يک ناحيه محدود شونده کم فشار عبور مي‌کند، پديدهي کاويتاسيون ايجاد مي‌شود. اگر فشار، از فشار بخار مايع کمتر شود حبابهاي گاز شکل مي‌گيرند. سپس اين حبابها ترکيده و امواج شوک ايجاد مي‌شوند. اين امواج شوک مي‌توانند سبب آسيب رساندن به سيستم لوله شود. پديدهي کاويتاسيون در سيستمهاي توليد نفت و گاز به ندرت اتفاق مي‌افتد، زيرا فشارهاي عملياتي معمول عمومأ بالاتر از فشارهاي بخار مايع مي‌باشد. کاويتاسيون را گاهي مي‌توان در چوکها، شيرهاي کنترل و پره‌هاي پمپ مشاهده نمود اما احتمال وقوع آن در جاهاي ديگر پايين است [24].
2-5- رابطهي تئوري براي اندازهگيري سايش
تا به حال مطالعات تئوري و آزمايشگاهي متعددي بر روي مسئلهي سايش توسط محققين مختلف صورت گرفته است. در فصل بعد به طور مفصل به کارهاي انجام شده پرداخته ميشود. اما ريشه و اساس مکانيسم سايش را مي توان با رابطهي تئوري زير که توسط آقايان فيني56[23] و بورگين57 [5] ارائه شده است، بيان کرد. مکانيسم سايش براي فلزات نرم و هادي به اين صورت بيان مي شود:
مقدار کار و انرژي مورد نياز براي برداشتن و يا کنده شدن مواد از سطح يک فلز برابر است با مقدار انرژي جنبشي منتقل شده به فلز توسط ذرات برخورد کننده.
( dh/dt .A_impact )P=(((Q_P ?_P ) V_P^2)/2) f(?) (2-2)
(dh/dt A_impact) : نرخ حجمي کاهش ضخامت ديواره فلز بر حسب ?(m?^3?s)
P : تنش سيال بر روي فلز بر حسب kpsi
V_P : سرعت برخورد ذرات که تقريبأ با سرعت جريان برابر ميباشد. (m?s)
Q_P ?_P : دبي جرمي ذرات برخورد کننده (kg?s)
f(?) : تابع زاويهي برخورد ذرات
البته رابطهي بالا رابطهي دقيق و کاملي نيست، زيرا تأثير پارامترهايي نظير سختي فلز، سختي ذرات جامد، دانسيته و ويسکوزيتهي سيال، سايز ذرات و ديگر پارامترهاي دخيل در آن لحاظ نشده است. در واقع اين رابطه سر منشأ کارها و تحقيقات ساير محققين قرار گرفته است.
2-5-1- گزارش نرخ سايش
در رابطة (2-2) نرخ سايش بر حسب ضخامت ساييده شده در واحد زمان، يا همان سرعت از بين رفتن فلز بيان شده است. چون نرخ سايش در سرعتهاي متوسط، معمولأ پايين است، براي گزارش آن از واحد ميليمتر در سال (mm?year) استفاده ميشود.
در تحقيقات صورت گرفته نرخ سايش به شکلهاي متفاوتي بيان شده است. در ادامه به برخي از آنها اشاره ميشود.
جرم (وزن) مادهي سايش يافته به ازاي واحد جرم ذرات جامد ((gr eroded)/(gr particle))
کاهش حجم مادهي سايش يافته به ازاي تعداد برخوردهاي ذرات ساينده
ماکزيمم عمق حفرهي ايجاد شده روي سطح ماده توسط ذرات ساينده در طول يک سال (mm/year)
حجم کاهش يافتهي ماده به ازاي واحد جرم ذرات ساينده (?mm?^3/(gr particle))
نرخ کاهش ضخامت ديواره به ازاي واحد جرم ذرات ساينده (mm/(gr particle . time))
حجم کاهش يافتهي فلز يا ماده به ازاي واحد حجم ذرات ساينده (?mm?^3/(m^3 particle))
کاهش وزن (جرم) مادهي سايش يافته در طول يکسال (gr/year)
در انجام اين پروژه براي گزارش نرخ سايش از واحدهاي کاهش وزن (جرم) مادهي سايش يافته در طول يکسال (gr/year) و ضخامت کاهش يافتهي ديواره در طول يکسال (mm/year) استفاده شده که در فصول بعدي به طور مفصل به آن پرداخته خواهد شد.
2-6- ارزيابي و محاسبهي نرخ سايش
همانطور که قبلأ گفته شد، توليد شن يکي از مهمترين چالشها در صنايع نفت و گاز به شمار ميرود. اولين مرحله جهت کنترل شن توليد شده، به دست آوردن نرخ توليد آن ميباشد. نرخ توليد شن را با ابزارهاي مختلفي ميتوان اندازه گرفت. اکثر روشهاي اندازهگيري نرخ توليد شن، بر مبناي اندازهگيري سايش ايجاد شده توسط برخورد ذرات جامد و يا اندازهگيري سيگنالهاي فراصوت58 ايجاد شده به سبب برخورد ذرات شن با ديوارهي لوله، طراحي شدهاند. براي اندازهگيري ميزان سايش و خوردگي مواد روشهاي مختلفي وجود دارد. با توجه به نوع سايش و خوردگي موجود و شدت آن، يکي از روشها انتخاب ميشود. در ادامه به برخي از اين روشها اشاره ميشود [12].
1- اندازهگيري كاهش وزن ناشي از خوردگي و ساييدگي
2- پروبهاي مقاومت الکتريکي59
3- دستگاههاي اندازهگيري اولتراسونيک
4- پروبهاي الکتروشيميايي60
5- پرتونگاري با اشعهي ايکس و گاما61
2-6-1- اندازهگيري كاهش وزن ناشي از خوردگي و ساييدگي
يكي از معمولترين روشهاي گزارش نرخ سايش، کاهش وزن ناشي از آن است. براي اين کار از قطعاتي به نام کوپن62 استفاده ميشود. کوپن صفحهاي صاف و براق و صيقل داده شده با ضخامت کم از جنس فلز يا غير فلز ميباشد که براي تست سايش درون جريان قرار ميگيرد. کوپن توسط برخي از شرکتها، طبق استانداردهاي خاصي ساخته ميشود. کوپنهاي کاهش وزن از همان جنس يا جنسهاي مشابه با مواد بکار رفته در لوله بوده و بصورت دورهاي برداشته شده و وزن ميشوند. اين کوپنها مشاهدهاي غير پيوسته را در اختيار ما قرار ميدهند و براي تجهيزات مهندسي زير دريا نامناسباند، به همين دليل بيشتر در کارهاي آزمايشگاهي از آنها استفاده ميشود.کوپنها به طور کلي به سه دستهي کوپنهاي ديسکي63، کوپنهاي تيغهاي64 و کوپنهاي پيچي تقسيم بندي ميشوند.
شکل (2-9). انواع کوپن ها [12]
نحوهي کوپن گذاري بدين صورت است که: رينگ کوپن مربوط به آزمايش سايش را در ابتدا وزن کرده و درون لوله قرار ميدهند، پس از انجام تست آن‌ را بيرون آورده و شستشو ميدهند و بعد مجددأ وزن ميكنند و از اين طريق ميزان وزن کاهش يافته يا همان سايش را بررسي ميكنند. براي شستن کوپنها از حلالهاي مختلفي، مثل آب، الکل، اسيد کلريدريک رقيق، اسيد نيتريک رقيق و … استفاده ميشود. شستشو بايد به گونهاي باشد تا جرم و آلودگي به طور کامل از سطح کوپن برطرف شود. مدت زمان تست بايد مقداري باشد تا سايش ايجاد شده ملموس بوده و قابل اندازهگيري باشد. با مطالعه رينگ كوپن ميتوان نوع، طبيعت و سرعت سايش را بدست آورد. رينگ كوپن به گونهاي طراحي ميشود كه اطلاعاتي در مورد شكنندگي هيدروژني و يا خوردگي نيز به ما بدهد. اغلب كوپنهاي رينگ مانند را در ناحيه فرورفتگي ابزار اتصال، قرار ميدهند. اندازهي آن به گونهاي است كه در اين ناحيه محكم شده و تحت تنش قرار نميگيرند. قطر داخلي آن به اندازهي قطر داخلي ابزار اتصال است، تا توليد جريانهاي آشفته در جريان ننمايد. نحوهي قرار دادن کوپن در جريان در شکل زير نشان داده شده است.
شکل (2-10). نحوة قرار گرفتن کوپنها در لولههاي جريان[12]
شرکتهاي سازنده کوپن، آنها را در اندازههاي استانداردي ميسازند. کوپنها توسط کوپن هولدر65 نگه داشته ميشوند. در واقع کوپن، به کوپنهولدر وصل ميشود و بعد داخل لوله قرار ميگيرد. کوپنهولدرها نيز در انواع مختلف با کاراييهاي متفاوت وجود دارند. حتي يک پيچ يا يک ميخ ساده ميتواند نقش يک کوپنهولدر را ايفا کند. نوعي از آنها يک پردازنده دارند و اين قابليت را دارند تا ميزان سايش را به يک رايانه انتقال داده و به راحتي محاسبه کنند. در شکل زير نمونهاي از يک کوپنهولدر نشان داده شده است.
شکل (2-11). نحوة اتصال کوپن به هولدر [12]
کوپنها به لحاظ خوردگي و اثرات مكانيكي بايد مورد بررسي قرار گيرند. در مواردي كه خوردگي شديد باشد، علت آن بايد سريعأ مورد مطالعه قرار گرفته و راه حلي براي آن پيدا شود.
2-6-2- پروبهاي مقاومت الکتريکي66
اکثر روشهاي اندازهگيري ميزان توليد شن و ذرات جامد همراه با نفت و گاز، بر مبناي اندازهگيري سايش ايجاد شده توسط برخورد اين ذرات، و يا اندازهگيري سيگنالهاي آلتراسونيک ايجاد شده به واسطهي برخورد ذرات جامد با ديوارهي لوله، ميباشند. پروبهاي مقاومت الکتريکي يکي از ابزارهاي اندازهگيري نرخ توليد شن در لولهها هستند. پروبها از مواد نسبتأ مقاوم در برابر سايش و خوردگي ساخته ميشوند. يک پروب از يک ميله تشکيل شده است که به داخل لوله و يا مجاري عبور جريان وارد ميشود. روي اين ميله، چندين المان حسگر67 وجود دارد. برخورد ذرات جامد به اين حسگرها باعث سايش پروب شده و مقاومت الکتريکي آن تغيير ميکند. با اندازهگيري مقاومت الکتريکي عبوري از اين حسگرها در زمانهاي مختلف، مقدار کاهش ضخامت المان بدست ميآيد. اين ابزار ميزان سايش تجمعي را بصورت افزايش در مقاومت الکتريکي بر روي يک سطح مقطع مشخص اندازه ميگيرد. يک سر آن درون لوله قرار ميگيرد و سر ديگر به يک صفحهي نمايش دهنده وصل ميشود. با توجه به تغييرات مقاومت عبوري از اين وسيله، ميزان سايش بدست ميآيد. بدليل اينکه تغييرات دما منجر به تغييرات مقاومت الکتريکي اين المانها ميشود، در طول فرآيند بايد تغييرات دما بسيار ناچيز باشد تا خطاي ايجاد شده مينيمم گردد. به همين جهت کاليبراسيون و تغييرات دمايي آنها بايد مد نظر قرار گيرد [12]. شماتيکي از عملکرد يک پروب در شکل زير نشان داده شده است.
شکل (2-12). مکانيزم عملکرد يک پروب [12]
لازم به ذکر است در صورتي ميتوان با اين پروبها ميزان توليد شن و سايش را حدس زد که نرخ توليد شن ثابت و توزيع آن در جريان به صورت يکنواخت68 باشد. نمونهاي از يک پروب صنعتي در شکل زير آورده شده است
شکل(2-13). نمونه اي از پروبهاي صنعتي [12]
2-6-3- دستگاههاي اندازهگيري اولتراسونيک
اين پروبها از يک سري مواد پيزو الکتريک69 ساخته شده که انرژي مکانيکي را به سيگنالهاي الکتريکي تبديل ميکنند. اساس عملکرد به اين صورت است که در اثر برخورد ذرات شن با المانهاي حسگر پروب يک سيگنال

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید