پایان نامه با کلید واژگان نفت و گاز، تقسیم بندی، تولید نفت

و متراکم‌تر باشند، مقاومت فلز به خوردگی سایشی بیشتر خواهد بود. اگر این پوستههای محافظ سطحی صدمه ببینند یا ساییده شوند، خوردگی سایشی اتفاق میافتد و در نتیجه فلز یا آلیاژ با سرعت بالایی خورده می‌شود. نکتهی قابل توجه اینکه فلزاتی که سختی پایینی دارند و به راحتی آسیب میبینند و یا به روشهای مکانیکی، زود ساییده میشوند مانند مس و سرب، بسیار مستعد خوردگی سایشی هستند [24]. محلولهای بسیاری مانند گازها، محلولهای آبی و فلزات مذاب میتوانند خوردگی سایشی ایجاد کنند و تمامی تجهیزاتی که در تماس با مایع متحرک قرار دارند، در معرض خوردگی سایشی هستند. شماتیکی از خوردگی سایشی در شکل زیر دیده میشود [14].
شکل (2-8). مکانیسم خوردگی سایشی(به ترتیب ازa تا d) [14]
آسیب ناشی از سایش و خوردگی را معمولأ میتوان با بازرسی لولهی آسیب دیده و بررسی شرایط عملیاتی، از همدیگر تشخیص داد. سایش با کنده شدن یا خراش خوردن سطح فلز نمایان میشود، اما خوردگی معمولأ به صورت پخش شده است و با زنگ زدگی سطح فلز قابل تشخیص است. خوردگی سایشی ترکیبی از سایش و خوردگی در یک مکان مشخص بوده و خوردگی سایشی میتواند مورد توجه قرار نگیرد چون نشانی از خوردگی یا سایش در آن دیده نمیشود.
در جریان سیال خورنده بدون وجود ذرات جامد در آن، زمانی که لولههای جدید مورد استفاده قرار میگیرند، نرخ خوردگی بالا بوده و بعد از زمان کوتاهی به دلیل ایجاد یک لایهی خورده شده که به عنوان لایهی مقاوم عمل میکند، کاهش مییابد. اما در زمانی که یک جریان سایش دهنده قوی داشته باشیم این لایهی خورده شده را کنار زده و سیال خورنده را با لایههای داخلی فلز تماس میدهد. این سایش و خوردگی به صورت پشت سرهم و دورهای اتفاق میافتد که نرخ تخریب لولهها بیشتر از سایش یا خوردگی خواهد بود.
مکانیسمهای خوردگی سایشی بسیار پیجیدهاند. از اینرو پیشبینی نرخهای نفوذ خوردگی سایشی برای وضعیت خاص بسیار دشوار است. میتوان با کنترل شرایط عملیاتی و جلوگیری از رخ دادن سایش یا خوردگی، از خورگی سایشی جلوگیری نمود.
محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مکانیکی کنده می‌شوند. گاهی اوقات حرکت باعث تقلیل سرعت خوردگی موضعی می‌گردد. مخصوصأ موقعی که تحت شرایط ساکن خوردگی موضعی اتفاق افتاده باشد. چرا که حرکت باعث از بین رفتن رسوبات روی سطح فلز شده و نواحی مرده از بین میروند و خوردگی موضعی متوقف می‌شود. لیکن این خوردگی سایشی نیست، زیرا سرعت خوردگی افزایش نیافته است. تعداد زیادی از محیط‌های خورنده می‌توانند باعث ایجاد خوردگی سایشی شوند. جامدات معلق در مایعات مخصوصأ از نقطه نظر خوردگی سایشی خیلی مخرب می‌باشند. کلیه تجهیزاتی که در تماس با مایعات متحرک می‌باشند در معرض خوردگی سایشی قرار دارند.
2-4-4- پدیدهی کاویتاسیون
زمانیکه مایع از یک ناحیه محدود شونده کم فشار عبور می‌کند، پدیدهی کاویتاسیون ایجاد می‌شود. اگر فشار، از فشار بخار مایع کمتر شود حبابهای گاز شکل می‌گیرند. سپس این حبابها ترکیده و امواج شوک ایجاد می‌شوند. این امواج شوک می‌توانند سبب آسیب رساندن به سیستم لوله شود. پدیدهی کاویتاسیون در سیستمهای تولید نفت و گاز به ندرت اتفاق می‌افتد، زیرا فشارهای عملیاتی معمول عمومأ بالاتر از فشارهای بخار مایع می‌باشد. کاویتاسیون را گاهی می‌توان در چوکها، شیرهای کنترل و پره‌های پمپ مشاهده نمود اما احتمال وقوع آن در جاهای دیگر پایین است [24].
2-5- رابطهی تئوری برای اندازهگیری سایش
تا به حال مطالعات تئوری و آزمایشگاهی متعددی بر روی مسئلهی سایش توسط محققین مختلف صورت گرفته است. در فصل بعد به طور مفصل به کارهای انجام شده پرداخته میشود. اما ریشه و اساس مکانیسم سایش را می توان با رابطهی تئوری زیر که توسط آقایان فینی56[23] و بورگین57 [5] ارائه شده است، بیان کرد. مکانیسم سایش برای فلزات نرم و هادی به این صورت بیان می شود:
مقدار کار و انرژی مورد نیاز برای برداشتن و یا کنده شدن مواد از سطح یک فلز برابر است با مقدار انرژی جنبشی منتقل شده به فلز توسط ذرات برخورد کننده.
( dh/dt .A_impact )P=(((Q_P ρ_P ) V_P^2)/2) f(θ) (2-2)
(dh/dt A_impact) : نرخ حجمی کاهش ضخامت دیواره فلز بر حسب 〖(m〗^3⁄s)
P : تنش سیال بر روی فلز بر حسب kpsi
V_P : سرعت برخورد ذرات که تقریبأ با سرعت جریان برابر میباشد. (m⁄s)
Q_P ρ_P : دبی جرمی ذرات برخورد کننده (kg⁄s)
f(θ) : تابع زاویهی برخورد ذرات
البته رابطهی بالا رابطهی دقیق و کاملی نیست، زیرا تأثیر پارامترهایی نظیر سختی فلز، سختی ذرات جامد، دانسیته و ویسکوزیتهی سیال، سایز ذرات و دیگر پارامترهای دخیل در آن لحاظ نشده است. در واقع این رابطه سر منشأ کارها و تحقیقات سایر محققین قرار گرفته است.
2-5-1- گزارش نرخ سایش
در رابطه (2-2) نرخ سایش بر حسب ضخامت ساییده شده در واحد زمان، یا همان سرعت از بین رفتن فلز بیان شده است. چون نرخ سایش در سرعتهای متوسط، معمولأ پایین است، برای گزارش آن از واحد میلیمتر در سال (mm⁄year) استفاده میشود.
در تحقیقات صورت گرفته نرخ سایش به شکلهای متفاوتی بیان شده است. در ادامه به برخی از آنها اشاره میشود.
جرم (وزن) مادهی سایش یافته به ازای واحد جرم ذرات جامد ((gr eroded)/(gr particle))
کاهش حجم مادهی سایش یافته به ازای تعداد برخوردهای ذرات ساینده
ماکزیمم عمق حفرهی ایجاد شده روی سطح ماده توسط ذرات ساینده در طول یک سال (mm/year)
حجم کاهش یافتهی ماده به ازای واحد جرم ذرات ساینده (〖mm〗^3/(gr particle))
نرخ کاهش ضخامت دیواره به ازای واحد جرم ذرات ساینده (mm/(gr particle . time))
حجم کاهش یافتهی فلز یا ماده به ازای واحد حجم ذرات ساینده (〖mm〗^3/(m^3 particle))
کاهش وزن (جرم) مادهی سایش یافته در طول یکسال (gr/year)
در انجام این پروژه برای گزارش نرخ سایش از واحدهای کاهش وزن (جرم) مادهی سایش یافته در طول یکسال (gr/year) و ضخامت کاهش یافتهی دیواره در طول یکسال (mm/year) استفاده شده که در فصول بعدی به طور مفصل به آن پرداخته خواهد شد.
2-6- ارزیابی و محاسبهی نرخ سایش
همانطور که قبلأ گفته شد، تولید شن یکی از مهمترین چالشها در صنایع نفت و گاز به شمار میرود. اولین مرحله جهت کنترل شن تولید شده، به دست آوردن نرخ تولید آن میباشد. نرخ تولید شن را با ابزارهای مختلفی میتوان اندازه گرفت. اکثر روشهای اندازهگیری نرخ تولید شن، بر مبنای اندازهگیری سایش ایجاد شده توسط برخورد ذرات جامد و یا اندازهگیری سیگنالهای فراصوت58 ایجاد شده به سبب برخورد ذرات شن با دیوارهی لوله، طراحی شدهاند. برای اندازهگیری میزان سایش و خوردگی مواد روشهای مختلفی وجود دارد. با توجه به نوع سایش و خوردگی موجود و شدت آن، یکی از روشها انتخاب میشود. در ادامه به برخی از این روشها اشاره میشود [12].
1- اندازهگیری کاهش وزن ناشی از خوردگی و ساییدگی
2- پروبهای مقاومت الکتریکی59
3- دستگاههای اندازهگیری اولتراسونیک
4- پروبهای الکتروشیمیایی60
5- پرتونگاری با اشعهی ایکس و گاما61
2-6-1- اندازهگیری کاهش وزن ناشی از خوردگی و ساییدگی
یکی از معمولترین روشهای گزارش نرخ سایش، کاهش وزن ناشی از آن است. برای این کار از قطعاتی به نام کوپن62 استفاده میشود. کوپن صفحهای صاف و براق و صیقل داده شده با ضخامت کم از جنس فلز یا غیر فلز میباشد که برای تست سایش درون جریان قرار میگیرد. کوپن توسط برخی از شرکتها، طبق استانداردهای خاصی ساخته میشود. کوپنهای کاهش وزن از همان جنس یا جنسهای مشابه با مواد بکار رفته در لوله بوده و بصورت دورهای برداشته شده و وزن میشوند. این کوپنها مشاهدهای غیر پیوسته را در اختیار ما قرار میدهند و برای تجهیزات مهندسی زیر دریا نامناسباند، به همین دلیل بیشتر در کارهای آزمایشگاهی از آنها استفاده میشود.کوپنها به طور کلی به سه دستهی کوپنهای دیسکی63، کوپنهای تیغهای64 و کوپنهای پیچی تقسیم بندی میشوند.
شکل (2-9). انواع کوپن ها [12]
نحوهی کوپن گذاری بدین صورت است که: رینگ کوپن مربوط به آزمایش سایش را در ابتدا وزن کرده و درون لوله قرار میدهند، پس از انجام تست آن‌ را بیرون آورده و شستشو میدهند و بعد مجددأ وزن میکنند و از این طریق میزان وزن کاهش یافته یا همان سایش را بررسی میکنند. برای شستن کوپنها از حلالهای مختلفی، مثل آب، الکل، اسید کلریدریک رقیق، اسید نیتریک رقیق و … استفاده میشود. شستشو باید به گونهای باشد تا جرم و آلودگی به طور کامل از سطح کوپن برطرف شود. مدت زمان تست باید مقداری باشد تا سایش ایجاد شده ملموس بوده و قابل اندازهگیری باشد. با مطالعه رینگ کوپن میتوان نوع، طبیعت و سرعت سایش را بدست آورد. رینگ کوپن به گونهای طراحی میشود که اطلاعاتی در مورد شکنندگی هیدروژنی و یا خوردگی نیز به ما بدهد. اغلب کوپنهای رینگ مانند را در ناحیه فرورفتگی ابزار اتصال، قرار میدهند. اندازهی آن به گونهای است که در این ناحیه محکم شده و تحت تنش قرار نمیگیرند. قطر داخلی آن به اندازهی قطر داخلی ابزار اتصال است، تا تولید جریانهای آشفته در جریان ننماید. نحوهی قرار دادن کوپن در جریان در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل (2-10). نحوه قرار گرفتن کوپنها در لولههای جریان[12]
شرکتهای سازنده کوپن، آنها را در اندازههای استانداردی میسازند. کوپنها توسط کوپن هولدر65 نگه داشته میشوند. در واقع کوپن، به کوپنهولدر وصل میشود و بعد داخل لوله قرار میگیرد. کوپنهولدرها نیز در انواع مختلف با کاراییهای متفاوت وجود دارند. حتی یک پیچ یا یک میخ ساده میتواند نقش یک کوپنهولدر را ایفا کند. نوعی از آنها یک پردازنده دارند و این قابلیت را دارند تا میزان سایش را به یک رایانه انتقال داده و به راحتی محاسبه کنند. در شکل زیر نمونهای از یک کوپنهولدر نشان داده شده است.
شکل (2-11). نحوه اتصال کوپن به هولدر [12]
کوپنها به لحاظ خوردگی و اثرات مکانیکی باید مورد بررسی قرار گیرند. در مواردی که خوردگی شدید باشد، علت آن باید سریعأ مورد مطالعه قرار گرفته و راه حلی برای آن پیدا شود.
2-6-2- پروبهای مقاومت الکتریکی66
اکثر روشهای اندازهگیری میزان تولید شن و ذرات جامد همراه با نفت و گاز، بر مبنای اندازهگیری سایش ایجاد شده توسط برخورد این ذرات، و یا اندازهگیری سیگنالهای آلتراسونیک ایجاد شده به واسطهی برخورد ذرات جامد با دیوارهی لوله، میباشند. پروبهای مقاومت الکتریکی یکی از ابزارهای اندازهگیری نرخ تولید شن در لولهها هستند. پروبها از مواد نسبتأ مقاوم در برابر سایش و خوردگی ساخته میشوند. یک پروب از یک میله تشکیل شده است که به داخل لوله و یا مجاری عبور جریان وارد میشود. روی این میله، چندین المان حسگر67 وجود دارد. برخورد ذرات جامد به این حسگرها باعث سایش پروب شده و مقاومت الکتریکی آن تغییر میکند. با اندازهگیری مقاومت الکتریکی عبوری از این حسگرها در زمانهای مختلف، مقدار کاهش ضخامت المان بدست میآید. این ابزار میزان سایش تجمعی را بصورت افزایش در مقاومت الکتریکی بر روی یک سطح مقطع مشخص اندازه میگیرد. یک سر آن درون لوله قرار میگیرد و سر دیگر به یک صفحهی نمایش دهنده وصل میشود. با توجه به تغییرات مقاومت عبوری از این وسیله، میزان سایش بدست میآید. بدلیل اینکه تغییرات دما منجر به تغییرات مقاومت الکتریکی این المانها میشود، در طول فرآیند باید تغییرات دما بسیار ناچیز باشد تا خطای ایجاد شده مینیمم گردد. به همین جهت کالیبراسیون و تغییرات دمایی آنها باید مد نظر قرار گیرد [12]. شماتیکی از عملکرد یک پروب در

مطلب مرتبط :   مقاله رایگان درمورداطلاعات مالی، صورت های مالی، اندازه گیری، ویژگی های کیفی

دیدگاهتان را بنویسید