پایان نامه با کلید واژگان نفت و گاز، بهره بردار، دینامیکی

71
جدول (5-3). سایش هر شش کوپن، در سرعتهای مختلف سیال فاقد شن برای کوپن آلومینیوم 75
جدول (5-4). دادههای بدست آمده از مرحله دوم آزمایش 82
فصل اول
مقدمه
مقدمه
1-1- اهمیت سایش و خوردگی در صنعت
پدیدههای خوردگی1 و سایش2 به عنوان یکی از آسیبها و چالشهای مهم در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی به حساب میآیند. پدیدهی خوردگی طبق تعریف، واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بین یک ماده، معمولأ یک فلز و محیط اطراف آن می‌باشد که به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. فرایند خوردگی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب میشود و برای کاهش آن کارهای زیادی میتوان انجام داد. برخی خسارتهای ناشی از خوردگی عبارتند از: ظاهر نامطلوب (مثلأ خوردگی رنگ خودرو)، مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری، تعطیلی کارخانه، آلوده شدن محصولات، نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش مثل مواد هیدروکربنی و یا نشت مخازن حاوی اورانیوم و … با توجه به اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد.
پدیدهی خوردگی در تمامی دسته‌های اصلی مواد، شامل فلزات، سرامیکها، پلیمرها و کامپوزیتها اتفاق میافتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شایع و فراگیر بوده و اثرات مخربی بجای می‌گذارد که هرگاه صحبت از خوردگی به میان میآید، ناخودآگاه خوردگی یک فلز به ذهن متبادر می‌شود.
سایش، به فرایند جدا شدن ماده از سطح فلز در اثر واکنش مکانیکی گویند. مانند ضربهی ذرات جامد همراه با گاز و مایع، یا در اثر برخورد قطرات مایع به دیواره داخلی مجرای عبوری سیال. سایش ناشی از خطوط لوله حاوی دوغاب جهت انتقال مواد خام جامد نظیر سنگ آهن، ذغالسنگ و پتاس یک مشکل بزرگ در صنایع معدنی است. سایش خطوط لوله جهت انتقال دانههای خوراکی و ذرت به عنوان جایگزین حمل و نقل با تسمه و نقاله، از موضوعات مورد بررسی در صنعت کشاورزی است. مواردی در صنعت که پدیدهی سایش ملموستر میباشد، عبارتند از: توربینهای گازی، کمپرسورها و پمپها، نازلها، لوله و تیوبهای انتقال، پرههای هلیکوپتر و هواپیماها، موتور وسایل حمل و نقل و …[1]
1-2- سایش و خوردگی در صنایع نفت و گاز
سایش خطوط لوله و تجهیزات مورد استفاده جهت انتقال سیالات حاوی ذرات جامد یک مشکل اساسی در بسیاری از صنایع از جمله صنعت نفت و گاز میباشد. سایش برای مدت زمان طولانی بعنوان یک منبع ایجاد مشکل در سیستمهای تولید و بهره‌برداری هیدروکربنها شناخته شده است. بسیاری از خرابیهای خطرناک مربوط به زانوییها در سکوهای بهره‌برداری، واحدهای حفاری و دیگر تأسیسات زیردریایی در دهههای قبل در نتیجه سایش بوده است. این مشکلات و خرابیها، هم شامل هزینهی تعویض بخشهای فرسوده شده و هم مشکلات محیط زیستی و مسائل ایمنی را به دنبال دارد. زمانیکه نفت و گاز از مخازن دارای مقاومت نسبتأ پایین تولید میشود (کمتر از 2000 psi) با کاهش فشار مخزن، ذرات شن میتوانند از سنگ مخزن جدا شده و تعدادی از ذرات همراه با سیالات تولید شوند. این ذرات شن میتوانند سبب سایش خطوط لوله و تجهیزات شده و در نتیجه منجر به توقف تولید شوند، و از اینرو ضررهای اقتصادی قابل ملاحظهای متوجه تولیدکنندگان نفت و گاز شود [2و7].
سایش علاوه بر اینکه موجب خرابی تجهیزات و افزایش هزینه های برآورد شده به علت خرید و جابجایی تجهیزات میشود، میتواند باعث آلودگی محیط و یا آتشسوزی به دلیل سوراخ و پاره شدن مجرای عبور مواد هیدروکربنی شود. میزان خرابیها و از بین رفتن تجهیزات دریایی خیلی بیشتر از تجهیزات سطحی و زمینی است. به دلیل نیاز جهان به انرژی (که بیشتر از سوختهای فسیلی تأمین میشود) باید تولید هرچه بیشتر نفت و گاز (حداکثر ظرفیت تولید) توسط شرکتهای مربوطه مد نظر قرار گیرد. اما برای رسیدن به تولید بیشتر، مشکلات زیادی از جمله سایش به وجود میآید. وقتی سرعت استخراج از چاه زیاد باشد و ذرات ریز شن و ماسه و حتی خاک در سیستم وجود داشته باشد، سایش مخربتر خواهد بود. کاهش دبی تولیدی چاه به عنوان راهکاری جهت کاهش سایش، مناسب به نظر نمیرسد. عمدهی مخازن زیر زمینی شامل نفت و گاز و آب هستند. عملیات بهره برداری ممکن است به صورت تک فازی باشد و هم میتواند چند فازی باشد. میزان سایش در جریانهای چند فازی در شرایط مشابه ظرفیت تولید، به مراتب بیشتر از جریانهای تک فازی است [3].
تعمیر و جایگزین کردن قطعات و تجهیزات خراب شده سر چاهی و سطحی، به مراتب آسانتر و کم هزینهتر از تجهیزات درون چاهی و زیرزمینی است. تجهیزات سر چاه باید طوری طراحی شوند تا در طول مدت بهرهبرداری (بعضأ 50 سال) تحمل و مقاومت کافی را داشته باشند. سایز بندی خطوط لوله، آنالیز صدمات و خرابیها، میزان بهینه بهره برداری و … از مواردی هستند که قبل از آنها باید میزان و نرخ سایش مشخص شده باشد. پدیدههای سایش و خوردگی به علت محیط مساعد، و حرکت و جنبشی که در هر سیستم است، همیشه و در همه جا وجود دارند. نمیتوان فرایندی را یافت که از این دو پدیده در امان باشد. حتی در سرعتهای بسیار کم و غلظت ناچیز ذرات جامد همراه با سیال، سایش وجود دارد. باید راهکاری ابداع کرد که نرخ این سایش و خوردگی را به حداقل برساند [4].
مواد هیدروکربنی خروجی از چاهها با مخلوط پیچیدهی چند فازی همراه است. که ممکن است شامل موارد زیر باشد [24]:
هیدروکربنهای مایع: نفت و میعانات گازی3
هیدروکربنهای جامد: واکس4 و هیدرات5 و غیره
هیدروکربنهای گازی: گاز طبیعی6
گازهای دیگر: هیدروژن سولفید7، کربن دی اکسید، نیتروژن و غیره
آب همراه نمک
شن و دیگر ذرات
سایش ذرات که به ذرات شن و ماسه وابسته است، مهمترین عامل سایش در سیستمهای تولیدی هیدروکربنها بشمار میرود، به این دلیل که حضور مقدار کمی ذرات شن در جریان تولید موجب سایش و خوردگی سایشی قابل ملاحظهای میشود. سایش با شن و ماسه میتواند موجب از بین رفتن پوششهای جلوگیری از خوردگی شده و به تشدید خوردگی سایشی منجر شود. با این وجود دیگر مکانیسمهای سایشی میتوانند در شرایط عملیاتی خاص خسارات جبران ناپذیری به سیستم تولید وارد کنند. در بیشتر موارد شناسایی سایش به راحتی ممکن نیست و این مورد مدیریت سایش را با مشکلات فراوانی مواجه ساخته است.
عوامل مؤثر بر سایش عبارتند از: سرعت جریان، رژیم جریان، تعداد فازهای جریان، میزان و یا غلظت فاز جامد در جریان (غلظت دانه های شن معلق در فاز مایع یا گاز)، اندازهی ذرات جامد، اندازهی قطرات مایع معلق در گاز، میزان تیزی دانههای شن و ماسه، زاویهی برخورد ذرات با دیوارهی تجهیزات، ژئومتری و هندسه مجرای عبوری جریان، میزان سختی ذرات جامد، میزان سختی قطعات و تجهیزات و … [5].
فصل دوم
تئوری تحقیق
تئوری تحقیق
2-1- تعاریف سایش و خوردگی
همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، سایش به فرآیند جدا شدن ماده از سطح لوله و تجهیزات در اثر واکنش مکانیکی گفته میشود. هنگامیکه ذرات جامد موجود در سیال با دیوارهی داخلی لولهها و سایر تجهیزات انتقال برخورد میکنند، چنانچه دارای سرعت و قدرت مناسب باشند، مطابق شکل زیر، باعث ساییده شدن مجرای عبور سیال میشوند.
شکل (2-1). مکانیسم فرایند سایش
سایش به عنوان یکی از مهمترین مشکلات موجود در فرایند تولید بشمار میآید. سایش در زانوییها، واحدهای متهزنی، و دیگر تجهیزات سر چاه میتواند اتفاق بیفتد. متغیرهای ذاتی پدیدهی سایش، استفاده از زانوییها را در طراحی و توسعهی تجهیزات تولید هیدروکربن را با مشکل روبه رو ساخته است [3].
خوردگی طبق تعریف، واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بین یک ماده، معمولأ یک فلز، و محیط اطراف آن می‌باشد که به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. خوردگی، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها میباشد. خوردگی، پدیدهای خودبهخودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات، عبارت از اکسیداسیون فلز است. فرآیند خوردگی و یکی از مهمترین آن خوردگی سایشی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب میشود و یکی از دلایل شروع آن، سایش میباشد و برای کاهش آن کارهای زیادی میتوان انجام داد. با توجه به اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. خوردگی یک فرایند خودبهخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. به طور مثال اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ میزند که یک نوع خوردگی و پدیدهای خودبهخودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز میتوانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونهی فلزی هستند[29].
خوردگی معمولأ فرایندی زیان‌آور است، لیکن گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. بطور مثال آلودگی‌ محیط به محصولات خوردگی و آسیب دیدن عملکرد یک سیستم از جنبه‌های زیان آور خوردگی، و تولید انرژی الکتریکی در یک باطری و حفاظت کاتدی سازه‌های مختلف از فواید آن میباشد. اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به بار آمده بواسطهی این فرآیند به مراتب بیشتر است. با نگاهی به آمار منتشر شده از خسارات مستقیم و غیر مستقیم خوردگی به اقتصاد کشورها می‌توان به هزینه‌های سرسام‌آور این پدیده پیبرد. در ایران نیز پدیده خوردگی خسارات قابل توجهی را در صنایع گوناگون بوجود آورده است. بر اساس برخی بررسی‌های غیر رسمی، زیان اقتصادی مستقیم ناشی از خوردگی در ایران در سال 1373 حدود 5000 میلیارد ریال، در سال 1375 حدود 9000 میلیارد ریال و در سال 1379 حدود 27500 میلیارد ریال برآورد شده است.
2-2- انواع خوردگی
خوردگی را به دو دستهی تر و خشک می‌توان تقسیم نمود. مکانیزم خوردگی تر، الکتروشیمیایی است. خوردگی خشک به واکنشهای گاز جامد و در درجه حرارتهای بالا گفته میشود. در صنعت حفاری خوردگی تر مورد بحث میباشد. خوردگی آهن در الکترولیت گل حفاری و سیالات دیگر از انواع خوردگی تر می‌باشد. هرچه قدرت هدایت الکتریکی سیال بالاتر باشد، جریان عبوری بیشتر و میزان خوردگی بالاتر خواهد بود. در ادامه به طور خلاصه به معرفی انواع خوردگی پرداخته میشود[29].
تقسیم بندی جزئیتر انواع خوردگی به طور خلاصه شامل موارد زیر میشود:
1- خوردگی گالوانیک
2- خوردگی یکنواخت
3- خوردگی پیل غلظتی
4- خوردگی حفرهای
5- خوردگی بین دانهای
6- خوردگی تحت تنشی
7- خوردگی سایشی
2-2-1- خوردگی گالوانیک8
خوردگی گالوانیک وقتی رخ میدهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو مادهی متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذرهی خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. در منطقه تماس، فرایندی الکتروشیمیایی به وقوع میپیوندد که در آن مادهای به عنوان کاتد عمل کرده و مادهی دیگر آند میشود. در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید میشود.
2-2-2- خوردگی یکنواخت9
در خوردگی یکنواخت سطح اغلب فلزات در محیط خورنده به صورت یکنواختی دچار خوردگی میشود. این نوع خوردگی در اثر تغییر پیوسته مکان کاتد و آند در سطح فلز، به علت پولاریزاسیون10 ایجاد میشود. قدرت تخریب و اهمیت این نوع خوردگی از انواع دیگر کمتر است. خوردگی فولاد

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه ارشد درموردوجود رابطه، وجود رابط

دیدگاهتان را بنویسید