مطالعه آزمايشگاهي پدیده ی سایش مایع حاوی شن در - دانلود رایگان
دانلود رایگان در این کار، به بررسی پدیدهی سایش ایجاد شده به واسطهی حرکت سیالات دو فازی در خطوط لوله پرداخته شده است. سیال مورد بررسی متشکل از دو فاز مایع و جامد میبا
دانلود رایگان
| مطالعه آزمايشگاهي پدیده ی سایش مایع حاوی شن در خطوط لوله...چکیده در این کار، به بررسی پدیدهی سایش ایجاد شده به واسطهی حرکت سیالات دو فازی در خطوط لوله پرداخته شده است. سیال مورد بررسی متشکل از دو فاز مایع و جامد میباشد. فاز مایع، آب میباشد، ذرات شن نیز فاز جامد را تشکیل میدهند. در این تحقیق پارامترهای تأثیرگذار بر نرخ سایش، از جمله: سرعت سیال، اندازهی ذرات شن، غلظت ذرات شن و سختی و دانسیتهی فلز مورد هدف، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای بدست آوردن میزان سایش، از کوپنهای دیسکی از دو جنس آلومینیوم و فولاد در شش مکان مختلف از جریان (مطابق با شرایط عملیاتی بهره برداری و انتقال مواد نفتی) استفاده شده است. در ابتدا سرعت سایش مایع (تک فاز) در شش مکان گفته شده اندازه گرفته میشود و در مرحلهی بعد مطالعه سایش مایع حاوی ذرات جامد شن مورد بررسی قرار میگیرد. در هر مرحله نتایج بدست آمده با مقادیر تعیین شده توسط استانداردهای موجود مقایسه شده و راهکارهایی ارائه میشود. سپس با استفاده از دادههای آزمایش و بهره گیری از الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب (روش تفاضل تکاملی Differential Evolution)، یک مدل ریاضی مناسب جهت محاسبهی نرخ سایش ارائه میشود. مقایسهی مدل ریاضی و داده های آزمایشگاهی نشان میدهد که این مدل توانایی خوبی جهت بیان دادههای آزمایشی دارد. کلمات کلیدی: سایش دانه های شن، کوپن، نرخ سایش، الگوریتم ژنتیک فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول.. 1 مقدمه.. 1 مقدمه.. 2 1-1- اهمیت سایش و خوردگی در صنعت.. 2 1-2- سایش و خوردگی در صنایع نفت و گاز.. 3 فصل دوم.. 7 تئوری تحقیق.. 7 2-1- تعاریف سایش و خوردگی.. 8 2-2- انواع خوردگي.. 10 2-3- مکانیسم های سایش.. 14 2-4- انواع سایش.. 16 2-5- رابطهی تئوری برای محاسبهی نرخ سایش32 2-6- ارزیابی و محاسبهی نرخ سایش.. 33 2-7- راهکارهای کاهش سایش.. 41 فصل سوم.. 44 مروری بر کارهای انجام شده.. 44 3-1- مقدمه.. 45 3-2- مدل سازی.. 46 3-3- مروری بر کارهای گذشته.. 48 3-4- مدلهای ارائه شده.. 50 فصل چهارم.. 57 سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایشها.. 57 سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایشها.. 58 4-1- طراحی سیستم آزمایشگاهی.. 58 4-2- نحوهی انجام آزمایش.. 64 4-3- طراحی آزمایشها.. 66 فصل پنجم.. 68 نتایج و بررسی دادههای آزمایش.. 68 نتایج و بررسی دادههای آزمایش.. 69 5-1- فرآیند تحقیق.. 69 5-2- روند آزمایش.. 70 5-3- طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار.. 70 5-4- آنالیز و بررسی دادهها.. 72 5-5- آنالیز ظاهری.. 83 5-6- مدل سازی.. 92 فصل ششم.. 99 نتیجه گیری و پیشنهادات.. 99 نتیجه گیری و پیشنهادات.. 100 6-1- نتیجه گیری.. 100 6-2- پیشنهادات.. 101 منابع.. 103 فهرست شکلها عنوان صفحه فهرست جدولها عنوان صفحه فصل اول مقدمه اهمیت سایش و خوردگی در صنعت پدیدههای خوردگی[1] و سایش[2] به عنوان یکی از آسیبها و چالشهای مهم در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی به حساب میآیند. پدیدهی خوردگی طبق تعریف، واكنش شیمیایی یا الكتروشیمیایی بین یك ماده، معمولأ یك فلزو محیط اطراف آن می باشد كه به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. فرایند خوردگي در صنعت، آثار زيان بار اقتصادي عظيمي را موجب میشود و براي کاهش آن کارهاي زيادي ميتوان انجام داد. برخي خسارتهای ناشي از خوردگي عبارتند از: ظاهر نامطلوب (مثلأ خوردگي رنگ خودرو)، مخارج تعميرات و نگهداري و بهره برداري، تعطیلی کارخانه، آلوده شدن محصولات، نشت يا از بين رفتن محصولات با ارزش مثل مواد هیدروکربنی و یا نشت مخازن حاوي اورانيوم و ... با توجه به اینكه از لحاظ ترمودینامیكی مواد اكسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین تر سبب اكسید (خورده) شدن فلز می گردد. خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می رود که به حالت پایدار برسد. پدیدهی خوردگی در تمامی دسته های اصلی مواد، شامل فلزات، سرامیكها، پلیمرها و كامپوزیتها اتفاق میافتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شایع و فراگیر بوده و اثرات مخربی بجای می گذارد كه هرگاه صحبت از خوردگی به میان میآید، ناخودآگاه خوردگی یك فلز به ذهن متبادر می شود. 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 بهره برداری هیدروکربنها شناخته شده است. بسیاری از خرابیهای خطرناک مربوط به زانوییها در سکوهای بهره برداری، 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]: ü هیدروکربنهای مایع: نفت و میعانات گازی[3] ü هیدروکربنهای جامد: واکس[4] و هیدرات[5] و غیره ü هیدروکربنهای گازی: گاز طبیعی[6] ü گازهای دیگر: هیدروژن سولفید[7]، کربن دی اکسید، نیتروژن و غیره ü آب همراه نمک ü 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 شنو 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] [1] corrosion [2] erosion [3] [4] [5] [6] [7] دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |