دانلود پایان نامه مطالعه آزمایشگاهی پدیده ی سایش مایع حاوی شن در خطوط لوله

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی  شیمی (بدون گرایش)

 مطالعه آزمایشگاهی پدیده ی سایش مایع حاوی شن در خطوط لوله

 اساتید راهنما:

 دکتر فریدون اسماعیل زاده

دکتر داریوش مولا

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

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، اندازه­ 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 بهره گرفتن از داده ­های 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. مقایسه­ مدل ریاضی و داده ­های آزمایشگاهی نشان می­دهد که این مدل توانایی خوبی جهت بیان داده ­های آزمایشی دارد.

کلمات کلیدی: سایش دانه­های 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 خوردگی… 10

2-2-1-  خوردگی گالوانیک…. 11

2-2-2-  خوردگی یکنواخت… 11

2-2-3-  خوردگی پیل غلظتی.. 12

2-2-4-  خوردگی حفره ای.. 12

2-2-5-  خوردگی بین دانه ای.. 12

2-2-6-  خوردگی تحت تنشی.. 12

2-2-7-  خوردگی سایشی.. 13

2-3-  مکانیسم های سایش…. 14

2-4- انواع سایش…. 16

2-4-1-  سایش ناشی از دانه‌های شن و ماسه. 16

2-4-1-1- اثر دبی تولید شن و روش انتقال آن.. 17

2-4-1-2- سرعت، گرانروی و  چگالی  سیال.. 18

2-4-1-3- شکل، اندازه و سختی ذرات شن.. 20

2-4-1-4- ترکیب و ماهیت اجزای سیال.. 22

2-4-1-5- پیکربندی مسیر جریان نظیر لوله های مستقیم، زانویی یا سه راهی.. 23

2-4-1-6- میزان سختی و مقاومت سطح مورد هدف… 25

2-4-1-7- زاویه­ی برخورد ذرات شن.. 25

2-4-1-8- دما و فشار. 26

2-4-2- سایش ناشی از قطره های مایع.. 27

2-4-3-  خوردگی سایشی.. 29

2-4-4-  پدیده­ کاویتاسیون.. 31

2-5- رابطه­ تئوری برای محاسبه­ی نرخ سایش…….32

2-5-1- گزارش نرخ سایش ……32

2-6- ارزیابی و محاسبه­ی نرخ سایش…. 33

2-6-1- اندازه گیری كاهش وزن ناشی از خوردگی و ساییدگی.. 34

2-6-2- پروب های مقاومت الکتریکی.. 37

2-6-3- دستگاه های اندازه گیری اولتراسونیک…. 39

2-6-4- پروب های الکتروشیمیایی.. 40

2-6-5- پرتونگاری با اشعه­ی ایکس و گاما 40

2-7- راهکارهای کاهش سایش…. 41

2-7-1- کاهش دبی تولید.. 41

2-7-2-  طراحی سیستم لوله کشی.. 41

2-7-3- مواد مخصوص مقاوم در برابر سایش…. 42

2-7-4- افزایش ضخامت دیواره­ی لوله. 42

2-7-5- ممانعت از تولید شن و جداسازی آن.. 43

فصل سوم.. 44

مروری بر کارهای انجام شده. 44

3-1- مقدمه.. 45

3-2- مدل سازی… 46

3-2-1- دسته بندی مدل های موجود. 47

3-3- مروری بر کارهای گذشته.. 48

3-4- مدل های ارائه شده. 50

3-4-1- مدل فینی.. 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 سایش و خوردگی دانشگاه تولسا 55

3-4-6- مدل شیرازی و همکاران.. 55

3-4-7- مدل فیزیکی.. 56

فصل چهارم.. 57

سیستم آزمایشگاهی و نحوه­ی انجام آزمایش ها. 57

سیستم آزمایشگاهی و نحوه­ی انجام آزمایش ها. 58

4-1- طراحی سیستم آزمایشگاهی… 58

4-1-1- تجهیزات اصلی.. 58

4-1-2- تجهیزات جانبی.. 59

4-1-3- ذرات شن و ماسه. 63

4-1-4- اندازه گیری  وزن.. 63

4-2- نحوه­­ی انجام آزمایش…. 64

4-3- طراحی آزمایش ها. 66

4-3-1-  متغیرهای مورد مطالعه در آزمایش…. 67

فصل پنجم.. 68

نتایج و بررسی داده های آزمایش…. 68

نتایج و بررسی داده های آزمایش…. 69

5-1- فرآیند تحقیق… 69

5-2- روند آزمایش…. 70

5-3- طراحی آزمایش با بهره گرفتن از نرم افزار. 70

5-4- آنالیز و بررسی داده ها. 72

5-4-1- بررسی سرعت سایش سیال فاقد شن.. 73

5-4-2- بررسی تأثیر سرعت سیال حاوی ذرات شن.. 75

5-4-3- بررسی مکان های مختلف در خط لوله. 77

5-4-4- بررسی اندازه­ ذرات شن.. 78

5-4-5- بررسی تأثیر غلظت شن.. 79

5-4-6- تأثیر سختی و دانسیته کوپن.. 80

5-5- آنالیز ظاهری… 83

5-5-1- میکروسکوپ الکترونی.. 84

5-5-2-آنالیز کوپن ها با میکروسکوپ الکترونی.. 85

5-6- مدل سازی… 92

5-6-1- الگوریتم ژنتیک…. 92

5-6-2- روش تفاضل تکاملی (DE). 94

5-6-3- جزئیات پیاده سازی الگوریتم ژنتیک برای مدل سازی.. 94

5-6-4- نتایج مدل سازی.. 96

فصل ششم.. 99

نتیجه گیری و پیشنهادات… 99

نتیجه گیری و پیشنهادات… 100

6-1- نتیجه گیری… 100

6-2- پیشنهادات… 101

منابع.. 103

–  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. پدیده­ خوردگی طبق تعریف، واكنش شیمیایی یا الكتروشیمیایی بین یك ماده، معمولأ یك فلز و محیط اطراف آن می‌باشد كه 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 اینكه از لحاظ ترمودینامیكی مواد اكسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اكسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد.

پدیده­ 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 می‌گذارد كه هرگاه صحبت از خوردگی به میان می­آید، ناخودآگاه خوردگی یك 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 پدیده­ 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 هزینه­ 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، می ­تواند 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 می ­تواند 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 بهره ­برداری (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 پیچیده­ چند فازی همراه است. که ممکن است شامل موارد زیر باشد [24]:

• هیدروکربن­های مایع: نفت و میعانات گازی^[3]
• هیدروکربن­های جامد: واکس^[4] و هیدرات^[5] و غیره
• هیدروکربن­های گازی: گاز طبیعی^[6]
• گازهای دیگر: هیدروژن سولفید^[7]، 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 می ­تواند 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)، اندازه­ ذرات جامد، اندازه­ 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].

تعداد صفحه :122

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.