مستقيم ذرات با ديواره است در صورتيکه در لولههاي صاف مکانيسم برخورد اتفاقيست. به طور حتم ميزان سايش در زانوييها و سهراهيها بيشتر از لولههاي صاف است. بيشترين ميزان سايش در تجهيزات با تغيير ناگهاني جهت جريان اتفاق ميافتد و زانويي در ميان تجهيزات توليد و خطوط انتقال هيدروکربن بيشترين تغيير جهت جريان را دارا است. شکل(2-5) مسير حرکت ذرات را در يک زانويي نشان مي‌دهد. مسيرهاي حرکت سيال به وزن و ميزان اصطکاک41 اعمال شده بر روي ذرات توسط سيال در هنگام حرکت از درون زانويي بستگي دارد. شکل(2-5- الف) مسيرهاي حرکت مشاهده شده براي ذرات ريز ( در حدود 10 ميکرون) در يک سيال مايع را نشان مي‌دهد. شکل(2-5- ب) بيانگر ذرات شن داراي ابعاد متوسط ( در حدود 200 ميکرون) در جريان مايع و شکل (2-5- ج) نشان دهنده ذرات شن با ابعاد بزرگ در جريانهاي گازي است. ذرات جامد کوچک نيازمند نيروي دراگ کمي جهت تغيير جهت مي‌باشند. از اينرو اين ذرات مسير طي شده توسط سيال را مي‌پيمايند. اين شکل همچنين بيانگر حالتي است که ذرات در يک سيال بسيارگرانرو و بسيار چگال حرکت مي‌کنند. شکل(2-5-ج) نشان دهندهي مسير حرکت ذرات سنگين و بزرگ در يک زانويي است. ذرات سنگين و بزرگ داراي مومنتوم نسبتأ بالايي بوده و به سختي توسط جريان سيال منحرف ميشوند و از اينرو تمايل دارند در مسيرهاي مستقيم حرکت نموده و در حين حرکت، ديواره‌هاي زانويي را مورد اصابت قرار داده و کمانه نموده و مجددأ به ديواره‌هاي ديگر برخورد نمايند. همچنين شکل (2-5-ج) نشان دهنده حالتي است که ذرات جامد در سيال با گرانروي پايين و جرم ويژهي پايين جريان دارند.
در لولههاي مستقيم سايش زيادي مشاهده نميشود و دليل آن اين است که تغيير جهت براي سيال در طول لوله اتفاق نميافتد. رژيمهاي جريان در لولههاي مستقيم به سرعت سيال و مقدار شن بستگي دارد. مثل تمام موارد سايش افزايش سرعت موجب افزايش نرخ سايش در لوله خواهد شد. اما در يک سرعت ثابت با افزايش مقدار شن، ميزان سايش کاهش مييابد. چون سيال با سرعت مشخص در درصدهاي شن بالا توانايي حمل ذرات شن را دارا نيست و
نيروي وزن ذرات موجب حرکت شن در کف لوله ميشود.
مشاهده شده است سهراهيهاي مسدود، عمومأ در معرض سايش کمتري نسبت به زانوييهاي استاندارد با شعاع 5/1 برابر قطر زانويي، قرار دارند و از اينرو بعضي از اپراتورها در مواردي که احتمال وجود مشکلات ناشي از سايش را پيشبيني کنند، زانوييها را با سهراهيهاي سنگين وزن جايگزين مينمايند.
اگر يک سهراهي مسدود بصورت صحيح قرار داده شود و شرايط جريان اجازه دهد، ميتوان يک مجرابند شني42 در شاخهي مردهي سهراهي ايجاد نمود. ذرات جامد عبور کننده از سهراهي تمايل دارند بجاي ديوارهها به اين مجرابند برخورد نمايند و در نتيجه ميزان سايش کاهش مييابد. با اينحال، اين مجرابند همچنين ممکن است از رسيدن مواد ضدخوردگي به ديوارهها جلوگيري نموده و سبب ايجاد مشکلات ناشي از خوردگي شود. در بعضي موارد ذرات جامد تغليظ شده و در شاخهي مردهي سهراهي به چرخش در آمده، باعث ساييدن سطح داخلي و ايجاد سايش قابل ملاحظهاي ميگردد. يک نوع خاص از سهراهي (سهراهي هدف) نيز بکار گرفته ميشود که در آن شاخهي مرده، شامل يک لايه از يک فلز نرم نظير آلومينيوم بوده تا انرژي ضربات ذرات جامد را جذب کند [20].
شکل (2-6). شماتيکي از يک سه راهي مسدود[20]
2-4-1-6- ميزان سختي و مقاومت سطح مورد هدف
وقتي ذرات شن به سطح يک فلز برخورد ميکنند باعث از بين رفتن سطح فلز ميشوند. نرخ اين سايش به عوامل مختلفي مثل نرمي و سختي فلز بستگي دارد. مکانيسم سايش براي فلزات و يا مواد نرم با مواد سخت تفاوت دارد. مواد نرم در ابتدا به آرامي خراشيده ميشوند و اين خراشيدگي در مدت زمان زياد به ساييدگي منجر ميشود. اما وقتي ذرات شن به مواد سفت و شکننده برخورد ميکنند، در لحظهي برخورد مولکولهاي سطح را جدا کرده و با خود ميبرند. براي فلزاتي که معمولأ در تجهيزات نفت و گاز استفاده ميشوند (مانند نيکل43، آهن44 و فولاد کربن دار45، فولاد ضد زنگ و …) سختي فلز اثر کمي بر روي نرخ سايش دارد. بديهي است که در شرايط فوق با افزايش ميزان سختي فلز شدت سايش کاهش مييابد. در جدول زير سرعتهاي بحراني سيال براي فلزات هدف مختلف آورده شده است که بيانگر اين مطلب ميباشد [19].
جدول (2-2). تأثير جنس فلز بر روي سرعت سايش[19]
Critical Velocity Ft/s
Flow Stress (kpsi)
Hardness
Material
50
11
23 Brinell
Aluminum 1100
100
47
100 Brinell
99.67 % Ni
125
128
270 Vickers
316 ss
125
180
280 Vickers
Ti 6A1- 4v
315
346
730 Vickers
Cast Iron
2-4-1-7- زاويهي برخورد ذرات شن
مکانيسم فرايند سايش براي مواد ترد46 و نرم47 در اثر برخورد ذرهي جامد تحت زاويهي کمتر از 90 درجه در شکل (2-7) نشان داده شده است. براي مواد و فلزات نرم سايش در اثر فرايند حرکت ذرات بر روي سطح و جداره لوله انجام مي‌گيرد و با افزايش زاويه تا 90 درجه ميزان سايش کاهش مييابد. در مقابل براي مواد ترد با افزايش زاويهي برخورد ميزان شدت سايش افزايش يافته به نحوي که ذرات ريز با سرعتهاي پايين نيز باعث سايش در سطح ماده ميشوند. نتايج نشان داده است مواد نرم در زاويههاي پايين و مواد ترد در زاويههاي نزديک به قائم حداکثر ميزان سايش را دارند[3].
شکل (2-7). تأثير زاوية برخورد ذرات براي مواد نرم و ترد [3]
2-4-1-8- دما و فشار
بيشتر آزمايشات انجام شده در فشارهاي معمولي (اتمسفر) و دماهاي محيط صورت گرفته است و اطلاعات زيادي در فشارهاي بالاتر موجود نيست. در واقع پارامترهاي دما و فشار بيشتر بر روي گرانروي و چگالي جريان نقش دارند تا اينکه خود تأثير مستقيمي داشته باشند. در بعضي از منابع نشان داده شده که با افزايش دما، سايش زياد ميشود. اما در برخي ديگر نتيجهاي معکوس درج شده است.
2-4-2- سايش ناشي از قطره هاي مايع
اين نوع سايش در سيستمهاي گاز مرطوب48 يا جريان چندفازي که در آن قطره‌هاي مايع شکل مي‌گيرد اتفاق مي‌افتد. نرخ سايش به عواملي نظير اندازهي قطره، سرعت برخورد، تعداد برخوردها و گرانروي و جرم ويژهي گاز و مايع بستگي دارد.
نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد تحت گسترهي وسيعي از شرايط، از بين رفتن مواد توسط سايش قطره‌اي با زمان متغير است. در ابتدا قطرات برخورد کننده بدليل وجود لايه‌هاي محافظ بر روي سطح لوله باعث خوردگي نمي‌شوند. با اين وجود بعد از گذشت يک دوره زماني سايش سريع اتفاق افتاده و کاهش وزن بسيار قابل ملاحظه شده و بصورت خطي با زمان افزايش مي‌يابد. هيدروديناميک مخلوطهاي چندفازي درون لوله نيز درجهي ترشوندگي ديواره‌هاي لوله و توزيع مواد ضد خوردگي تزريق شده به درون سيستم لوله کشي را تحت تأثير قرار مي‌دهد.
وقتي يک مايع در داخل جريان گاز قرار ميگيرد (حالت دو فازي گاز و مايع)، به صورت قطرههاي معلق در خواهد آمد. اين قطرات توسط گاز حمل شده و با ديوارهها برخورد کرده و منجر به سايش ميشوند. با توجه به دبي توليد مايع، نرخ سايش تغيير خواهد کرد. در ابتدا با افزايش مقدار مايع، سايش زيادتر ميشود، اما تا جايي ادامه پيدا ميکند که فاز گازي قادر به حمل قطرات مايع باشد. اگر مقدار مايع از حد خود تجاوز کند به صورت فيلم نازکي در ميآيد که ديگر توسط گاز حمل نخواهد شد، در اين حالت سايش به حداقل مقدار ممکن ميرسد. براي سايش با قطرات مايع نيز سرعت آستانه تعريف ميشود که طبق استاندارد مهندسين نفت آمريکا49 از رابطه زير محاسبه ميشود [11].
V_erosion= C/??
در اين رابطه V_erosion سرعت سايش بر حسب فوت بر ثانيه، ? جرم ويژه مخلوط بر حسب پوند بر فوت مکعب و C مقدار ثابتي است که مقدار آن از جداول بدست مي‌آيد. رابطهي بالا يک رابطهي کلي است که براي مکانيسمهاي ديگر سايش نيز کاربرد دارد. شرکتهايي که در اين زمينه فعال هستند يک سري استانداردها را براي محدودة مقدار C بدست آوردهاند. چند استاندارد معروف عبارتند از:
American Petroleum Institute, Recommended Practice (API – RP – 14E)
Det Norsok Veritas, (DNV – RP – 0501)
M.M. Salama, E.S. Venkatesh, (S &V)
(IPS – E – PI – 140)
جدول زير مقادير سرعتهاي سايش مختلف ارائه شده توسط محققين مختلف را نشان مي‌دهد.
جدول (2-3 ). سرعت سايش براي سيستم هاي گاز ميعاني با نسبت هاي مختلف ميعانات به گاز [24]
بر اساس استاندارد API جهت جلوگيري از زدوده شدن فيلم محافظ خوردگي ايجاد شده بر روي ديوارهي لوله‌ها، حداکثر سرعت جريان گاز نبايد از 15 متر بر ثانيه تجاوز کند [11]. با اين وجود به نظر مي‌رسد اين استاندارد خيلي محافظه کارانه باشد. بر اساس پيشنهاد ارائه شده در DNV-RP-O501 احتمال ايجاد سايش قطره‌اي و سايش ناشي از برخورد قطرات در قطعات فولادي در سرعت هاي کمتر از 70 تا 80 متر بر ثانيه پايين بوده و اين فرض بيشتر به واقعيت نزديک است [21]، اگرچه مشخص نيست اين مقادير از کجا آورده شده‌اند. شينوگايا50 [11] و همکاران دادههاي تجربي سرعت هاي آستانه به ميزان 110، 100 و 80 متر بر ثانيه را براي برخورد قطرات آب به سطوح فولاد ضد زنگ، آهن خالص و آلومينيوم را ارائه نمودهاند [11].
براي آب در شرايط استاندارد اين معادله با ثابت C برابر با 300، مقدار سرعت آستانه را به ميزان 6/11 متر بر ثانيه يا 38 فوت بر ثانيه ميدهد که مقداري محافظهکارانه است. سالاما51 و ونکاتش52 [9] سرعتهاي آستانهي سايش ناشي از برخورد قطرات مايع را براي فولادهاي مختلف بدست آوردهاند. اين مقادير از 26 تا 118 متر بر ثانيه متغيرند. آرنولد53 [25] بيان نموده است که در سرعت هاي سايش کمتر از 100 فوت بر ثانيه، سايش قطرهاي اتفاق نميافتد.
اما طبق استاندارد IPS-E-PI-140 سرعت مجاز گاز بايد در محدوده 5 تا 10 متر بر ثانيه و براي جريان مايع در محدوده 1 تا 2 متر بر ثانيه باشد. حداکثر سرعت گاز در لوله نبايد از 20 و مايع نبايد از 4 متر بر ثانيه بيشتر باشد. در صورت وجود ذرات جامد در جريان گاز و مايع، سرعت گاز بايد کمتر از 5 متر بر ثانيه و سرعت مايع کمتر از 1 متر بر ثانيه باشد. بر اساس تجربه در اغلب خطوط لوله، سرعت پيشنهادي گاز بين 40 تا 50 درصد سرعت سايش ميباشد [10].
2-4-3- خوردگي سايشي
خوردگي سايشي عبارت است از افزايش سرعت خوردگي و يا از بين رفتن فلز در اثر حرکت نسبي بين يک سيال خورنده و سطح فلز. معمولأ اين حرکت بسيار سريع بوده و اثرات سايش مکانيکي وجود دارد. ظاهر خوردگي سايشي، شياردار و موجيشکل و يا به صورت سوراخهاي کروي و ناهمواره بوده که معمولأ در جهت خاصي قرار گرفتهاند. اکثر تخريبهاي ناشي از اين نوع خوردگي در زمانهاي کوتاه رخ ميدهد. اکثر فلزات و آلياژها مستعد به اين خوردگي بوده و مقاومت به آن، بستگي به نوع پوستهي سطحي دارد. مانند؛ آلومينيوم54، سرب55 و فولاد ضدزنگ. در بسياري از آنها مقاومت در مقابل خوردگي بستگي به نوع لايههاي سطحي دارد. هر چه اين لايهها مقاومتر، چسبندهتر، همگنتر و متراكم‌تر باشند، مقاومت فلز به خوردگي سايشي بيشتر خواهد بود. اگر اين پوستههاي محافظ سطحي صدمه ببينند يا ساييده شوند، خوردگي سايشي اتفاق ميافتد و در نتيجه فلز يا آلياژ با سرعت بالايي خورده مي‌شود. نکتهي قابل توجه اينکه فلزاتي که سختي پاييني دارند و به راحتي آسيب ميبينند و يا به روشهاي مکانيکي، زود ساييده ميشوند مانند مس و سرب، بسيار مستعد خوردگي سايشي هستند [24]. محلولهاي بسياري مانند گازها، محلولهاي آبي و فلزات مذاب ميتوانند خوردگي سايشي ايجاد کنند و تمامي تجهيزاتي که در تماس با مايع متحرک قرار دارند، در معرض خوردگي سايشي هستند. شماتيکي از

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید