مقدمه 1
مقدمه 2
1-1- اهميت سايش و خوردگي در صنعت 2
1-2- سايش و خوردگي در صنايع نفت و گاز 3
فصل دوم 7
تئوري تحقيق 7
2-1- تعاريف سايش و خوردگي 8
2-2- انواع خوردگي 10
2-2-1- خوردگي گالوانيک 11
2-2-2- خوردگي يکنواخت 11
2-2-3- خوردگي پيل غلظتي 12
2-2-4- خوردگي حفره اي 12
2-2-5- خوردگي بين دانه اي 12
2-2-6- خوردگي تحت تنشي 12
2-2-7- خوردگي سايشي 13
2-3- مکانيسم هاي سايش 14
2-4- انواع سايش 16
2-4-1- سايش ناشي از دانه‌هاي شن و ماسه 16
2-4-1-1- اثر دبي توليد شن و روش انتقال آن 17
2-4-1-2- سرعت، گرانروي و چگالي سيال 18
2-4-1-3- شکل، اندازه و سختي ذرات شن 20
2-4-1-4- ترکيب و ماهيت اجزاي سيال 22
2-4-1-5- پيکربندي مسير جريان نظير لوله هاي مستقيم، زانويي يا سه راهي 23
2-4-1-6- ميزان سختي و مقاومت سطح مورد هدف 25
2-4-1-7- زاويهي برخورد ذرات شن 25
2-4-1-8- دما و فشار 26
2-4-2- سايش ناشي از قطره هاي مايع 27
2-4-3- خوردگي سايشي 29
2-4-4- پديدهي کاويتاسيون 31
2-5- رابطهي تئوري براي محاسبهي نرخ سايش……………………………………………………………………..32
2-5-1- گزارش نرخ سايش ………………………………………………………………………………………………………………………..32
2-6- ارزيابي و محاسبهي نرخ سايش 33
2-6-1- اندازه گيري كاهش وزن ناشي از خوردگي و ساييدگي 34
2-6-2- پروب هاي مقاومت الکتريکي 37
2-6-3- دستگاه هاي اندازه گيري اولتراسونيک 39
2-6-4- پروب هاي الکتروشيميايي 40
2-6-5- پرتونگاري با اشعهي ايکس و گاما 40
2-7- راهکارهاي کاهش سايش 41
2-7-1- کاهش دبي توليد 41
2-7-2- طراحي سيستم لوله کشي 41
2-7-3- مواد مخصوص مقاوم در برابر سايش 42
2-7-4- افزايش ضخامت ديوارهي لوله 42
2-7-5- ممانعت از توليد شن و جداسازي آن 43
فصل سوم 44
مروري بر کارهاي انجام شده 44
3-1- مقدمه 45
3-2- مدل سازي 46
3-2-1- دسته بندي مدل هاي موجود 47
3-3- مروري بر کارهاي گذشته 48
3-4- مدل هاي ارائه شده 50
3-4-1- مدل فيني 50
3-4-2- مدل هاسر – ورنولد 51
3-4-3- مدل سالاما- ونکاتش 52
3-4-4- مدل سالاما 52
3-4-5- مدل مرکز مطالعات سايش و خوردگي دانشگاه تولسا 55
3-4-6- مدل شيرازي و همکاران 55
3-4-7- مدل فيزيکي 56
فصل چهارم 57
سيستم آزمايشگاهي و نحوهي انجام آزمايش ها 57
سيستم آزمايشگاهي و نحوهي انجام آزمايش ها 58
4-1- طراحي سيستم آزمايشگاهي 58
4-1-1- تجهيزات اصلي 58
4-1-2- تجهيزات جانبي 59
4-1-3- ذرات شن و ماسه 63
4-1-4- اندازه گيري وزن 63
4-2- نحوهي انجام آزمايش 64
4-3- طراحي آزمايش ها 66
4-3-1- متغيرهاي مورد مطالعه در آزمايش 67
فصل پنجم 68
نتايج و بررسي داده هاي آزمايش 68
نتايج و بررسي داده هاي آزمايش 69
5-1- فرآيند تحقيق 69
5-2- روند آزمايش 70
5-3- طراحي آزمايش با استفاده از نرم افزار 70
5-4- آناليز و بررسي داده ها 72
5-4-1- بررسي سرعت سايش سيال فاقد شن 73
5-4-2- بررسي تأثير سرعت سيال حاوي ذرات شن 75
5-4-3- بررسي مکان هاي مختلف در خط لوله 77
5-4-4- بررسي اندازهي ذرات شن 78
5-4-5- بررسي تأثير غلظت شن 79
5-4-6- تأثير سختي و دانسيته کوپن 80
5-5- آناليز ظاهري 83
5-5-1- ميکروسکوپ الکتروني 84
5-5-2-آناليز کوپن ها با ميکروسکوپ الکتروني 85
5-6- مدل سازي 92
5-6-1- الگوريتم ژنتيک 92
5-6-2- روش تفاضل تکاملي (DE) 94
5-6-3- جزئيات پياده سازي الگوريتم ژنتيک براي مدل سازي 94
5-6-4- نتايج مدل سازي 96
فصل ششم 99
نتيجه گيري و پيشنهادات 99
نتيجه گيري و پيشنهادات 100
6-1- نتيجه گيري 100
6-2- پيشنهادات 101
منابع 103
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل (2-1). مکانيسم فرآيند سايش 8
شکل (2-2). خوردگي يكنواخت سطح لوله هاي حفاري 11
شکل(2-3). سايش در اثر برخورد مستقيم 14
شکل(2-4). سايش در اثر برخورد اتفاقي 14
شکل (2- 5). تأثير سايز ذرات و دانسيته و ويسکوزيتهي سيال بر رژيم جريان در داخل زانويي 22
شکل (2-6). شماتيکي از يک سه راهي مسدود 24
شکل (2-7). تأثير زاويهي برخورد ذرات براي مواد نرم و ترد 26
شکل (2-8). مکانيسم خوردگي سايشي 30
شکل (2-9). انواع کوپن ها 35
شکل (2-10). نحوهي قرار گرفتن کوپن ها در لوله هاي جريان 36
شکل (2-11). نحوهي اتصال کوپن به هولدر 37
شکل (2-12). مکانيزم عملکرد يک پروب 38
شکل(2-13). نمونه اي از پروب هاي صنعتي 38
شکل(2-14). نحوهي عملکرد پروب آلتراسونيک 39
شکل(2-15). استفاده از اشعه ايکس و گاما براي تعيين ميزان شن توليدي 40
شکل (3-1).SET UP آزمايشگاهي دانشگاه تولسا 49
شکل(3-2). تابعيت F(?) از زاويهي برخورد ذرات براي مواد نرم و مواد شکننده 51
شکل (3-3). مقايسه ميزان سايش براي آب و نفت طبق رابطه سالاما 54
شکل(4-1). دستگاه سيکل جريان سيال براي اندازه گيري سايش در خطوط لوله 59
شکل(4-2). کوپن هاي استفاده شده در آزمايشات 59
شکل (4-4). نحوه اتصال بست، پيچ و واشر به يکديگر 61
شکل (4-5). سوار شدن کوپن روي پيچ نگهدارنده 61
شکل (4-6). نحوه قرار گرفتن کوپن در: الف) زانويي، و ب) لوله عمودي 62
شکل (4-7). محل و نحوهي قرار دادن کوپن ها در جريان 62
شکل (4-8). ذرات شن در سايزهاي مختلف 63
شکل(4-9). ترازوي استفاده شده براي توزين کوپن ها با دقت پنج رقم اعشار 64
شکل (4-10). سيستم آزمايش و مکان نصب کوپن ها 65
شکل (5-1). مقايسه ميزان سايش سيال فاقد شن در سرعت هاي مختلف براي هر شش کوپن 73
شکل (5-2). تأثير سرعت سيال بر مقدار سايش زانويي عمودي به افقي 74
شکل (5-3). تأثير سرعت سيال حاوي ذرات شن با غلظت بالا بر مقدار سايش کوپن آلومينيوم 76
شکل (5-4). مقايسه سايش در دو حالت سيال فاقد شن و سيال با مقدار شن زياد 76
شکل(5-5). نحوهي توزيع شن در جريان درون لوله، الف) لوله افقي. ب) لوله عمودي 77
شکل (5-7). تأثير اندازهي ذرات بر مقدار سايش 79
شکل (5-8). تأثير غلظت ذرات شن بر ميزان سايش 80
شکل (5-9). تأثير جنس (سختي) کوپن بر ميزان سايش 81
شکل (5-10). تأثير دانسيتهي کوپن بر ميزان سايش 82
شکل(5-11). کوپن آلومينيومي. الف) قبل از تست ب) بعد از تست 85
شکل(5-12). تصوير الکتروني از کوپن آلومينيومي قبل از سايش در سه مقياس 86
شکل (5-13). تصوير الکتروني از کوپن آلومينيومي بعد از سايش در سه مقياس 87
شکل (5-14). تصويرالکتروني از کوپن فولاد کربن دار قبل از سايش در سه مقياس 88
شکل (5-15). تصويرالکتروني از کوپن فولاد کربن دار بعد از سايش در سه مقياس 89
شکل (5-16). کوپن فولادي. الف) قبل از تست ب) بعد از تست 90
شکل (5-17). حفرات ايجاد شده در سطح کوپن ها با بزرگنمايي بالا 91
شکل(5-18). ساختار الگوريتم ژنتيک 93
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول (2-1). تأثير غلظت شن بر روي سرعت بحراني براي شيرهاي مختلف 20
جدول (2-2). تأثير جنس فلز بر روي سرعت سايش 25
جدول (2-3). سرعت سايش براي سيستم هاي گاز ميعاني با نسبت هاي مختلف ميعانات به گاز 28
جدول (3-1). ميزان خوردگي براي جريانهاي گاز، مايع و نفت در سرعتهاي مختلف 53
جدول (3-2). ضريب تيزي دانههاي شن 56
جدول (5-1). فاکتورهاي بررسي شده در آزمايشات 71
جدول (5-2). تستهاي گرفته شده 71
جدول (5-3). سايش هر شش کوپن، در سرعتهاي مختلف سيال فاقد شن براي کوپن آلومينيوم 75
جدول (5-4). دادههاي بدست آمده از مرحله دوم آزمايش 82
فصل اول
مقدمه
مقدمه
1-1- اهميت سايش و خوردگي در صنعت
پديدههاي خوردگي1 و سايش2 به عنوان يکي از آسيبها و چالشهاي مهم در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي به حساب ميآيند. پديدهي خوردگي طبق تعريف، واكنش شيميايي يا الكتروشيميايي بين يك ماده، معمولأ يك فلز و محيط اطراف آن مي‌باشد كه به تغيير خواص ماده منجر خواهد شد. فرايند خوردگي در صنعت، آثار زيان بار اقتصادي عظيمي را موجب ميشود و براي کاهش آن کارهاي زيادي ميتوان انجام داد. برخي خسارتهاي ناشي از خوردگي عبارتند از: ظاهر نامطلوب (مثلأ خوردگي رنگ خودرو)، مخارج تعميرات و نگهداري و بهره برداري، تعطيلي کارخانه، آلوده شدن محصولات، نشت يا از بين رفتن محصولات با ارزش مثل مواد هيدروکربني و يا نشت مخازن حاوي اورانيوم و … با توجه به اينكه از لحاظ ترموديناميكي مواد اكسيد شده نسبت به مواد در حالت معمولي در سطح پايين‌تري از انرژي قرار دارند، بنابراين تمايل رسيدن به سطح انرژي پايين‌تر سبب اكسيد (خورده) شدن فلز مي‌گردد. خوردگي يک فرايند خودبخودي است، يعني به زبان ترموديناميکي در جهتي پيش مي‌‌رود که به حالت پايدار برسد.
پديدهي خوردگي در تمامي دسته‌هاي اصلي مواد، شامل فلزات، سراميكها، پليمرها و كامپوزيتها اتفاق ميافتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شايع و فراگير بوده و اثرات مخربي بجاي مي‌گذارد كه هرگاه صحبت از خوردگي به ميان ميآيد، ناخودآگاه خوردگي يك فلز به ذهن متبادر مي‌شود.
سايش، به فرايند جدا شدن ماده از سطح فلز در اثر واکنش مکانيکي گويند. مانند ضربهي ذرات جامد همراه با گاز و مايع، يا در اثر برخورد قطرات مايع به ديواره داخلي مجراي عبوري سيال. سايش ناشي از خطوط لوله حاوي دوغاب جهت انتقال مواد خام جامد نظير سنگ آهن، ذغالسنگ و پتاس يک مشکل بزرگ در صنايع معدني است. سايش خطوط لوله جهت انتقال دانههاي خوراکي و ذرت به عنوان جايگزين حمل و نقل با تسمه و نقاله، از موضوعات مورد بررسي در صنعت کشاورزي است. مواردي در صنعت که پديدهي سايش ملموستر ميباشد، عبارتند از: توربينهاي گازي، کمپرسورها و پمپها، نازلها، لوله و تيوبهاي انتقال، پرههاي هليکوپتر و هواپيماها، موتور وسايل حمل و نقل و …[1]
1-2- سايش و خوردگي در صنايع نفت و گاز
سايش خطوط لوله و تجهيزات مورد استفاده جهت انتقال سيالات حاوي ذرات جامد يک مشکل اساسي در بسياري از صنايع از جمله صنعت نفت و گاز ميباشد. سايش براي مدت زمان طولاني بعنوان يک منبع ايجاد مشکل در سيستمهاي توليد و بهره‌برداري هيدروکربنها شناخته شده است. بسياري از خرابيهاي خطرناک مربوط به زانوييها در سکوهاي بهره‌برداري، واحدهاي حفاري و ديگر تأسيسات زيردريايي در دهههاي قبل در نتيجه سايش بوده است. اين مشکلات و خرابيها، هم شامل هزينهي تعويض بخشهاي فرسوده شده و هم مشکلات محيط زيستي و مسائل ايمني را به دنبال دارد. زمانيکه نفت و گاز از مخازن داراي مقاومت نسبتأ پايين توليد ميشود (کمتر از 2000 psi) با کاهش فشار مخزن، ذرات شن ميتوانند از سنگ مخزن جدا شده و تعدادي از ذرات همراه با سيالات توليد

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید