افزایش سرعت خوردگی یا از بین رفتن یک فلز در اثر حرکت نسبی بین یک سیال خورنده و سطح فلز را خوردگی سایشی گویند (مثل عبور سیال از درون یک لوله). محصولات جامد حاصل از خوردگی از سطح فلز به طریق مکانیکی کنده می‌شوند.
گاهی اوقات حرکت باعث تقلیل سرعت خوردگی موضعی می‌گردد. مخصوصاً 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.
خوردگی سایشی دارای ظاهری شیاردار، موجی شکل یا سوراخ دار و ناهموار می باشد و معمولا این اشکال درجهت خاصی قرار دارند. در اکثر موارد خوردگی سایشی در زمان های کوتاهی اتفاق می‌افتد و غیره منتظره بودن آنها عمدتا به این دلیل است که آزمایش های خوردگی تحت شرایط ساکن و یا بدون در نظر گرفتن اثرات سایشی انجام گرفته است.
اکثر فلزات و آلیاژها مستعد خوردگی سایشی هستند، در بسیاری از آنها مقاومت در مقابل خوردگی بستگی به نوع لایه های سطحی دارد. هر چه این لایه ها مقاومتر، چسبنده تر، همگن تر و متراکم‌تر باشند. مقاومت فلز به خوردگی سایشی بیشتر خواهد بود. اگر این پوسته های محافظ سطحی صدمه ببینند یا ساییده شوند، خوردگی سایشی اتفاق می افتد و در نتیجه فلز یا آلیاژ با سرعت بالایی خورده می‌شود. فلزاتی که سختی پایینی دارند و به سهولت صدمه می‌بینند یا از طریق مکانیکی زود ساییده می شوند، نسبت به این نوع خوردگی مستعدتر هستند.
تعداد زیادی از محیط‌های خورنده می‌توانند باعث ایجاد خوردگی سایشی شوند. جامدات معلق در مایعات مخصوصاً از نقطه نظر خوردگی سایشی خیلی مخرب می‌باشند. کلیه تجهیزاتی که در تماس با مایع اتم تحرک می‌باشند در معرض خوردگی سایشی قرار دارند. بعضی از این تجهیزات در صنعت نفت عبارتند از: سیستم های لوله کشی مانند زانوها ، خم ها، لوله های گردن غازی، سه راهی ها شیرها پمپ های گریز از مرکز تغذیه‌، پمپ‌های ‌رفت و برگشتی گل در ناحیه انتهای سیال و پروانه‌های پمپ گریز‌از مرکز و همزن‌ های موجود در مخازن گل و تجهیزاتی که در معرض پاشش سیال حفاری قرار دارند.
سایش ناشی از جریان هوا، شن و آب
با توجه به شناخت کامل سایش های قطره ای و شن در اینجا به بحث اصلی این پایان نامه میرسیم. با توجه به اینکه در موارد زیادی ترکیب سایش قطره ای و شن اتفاق می افتد به این موضوع خواهیم پرداخت. همواره میزان سایش جریان سه فازی فوق در سرعت هوای یکسان از میزان سایش هوا و شن کمتر می باشد و دلیل آن را باید در به دام افتادن ذرات شن در فاز مایع جستجو کرد. باید توجه داشت که در جریان افقی سایش کمتری نسبت به جریان عمودی در زانویی ها و لوله ها خواهیم داشت که در ادامه به توضیح این مطلب خواهیم پرداخت.
در این قسمت به برسی جریان های افقی و عمودی در این حالت می پردازیم. در جریان عمودی با توجه به ۱۰) حالت جریان در سرعت بالای گاز و مقدار مایع کم به صورت آنولار^[۲۴] را نشان می دهد. مایع بروی دیواره ی لوله و گاز در مرکز لوله جریان دارد و ذرات شن ها نیز درون دو فاز مایع و گاز پراکنده شده اند. هرچه ذرات شن درون فاز گاز حضور داشته باشند میزان سرعت برخورد و در نتیجه سایش بیشتری را خواهیم داشت. واضح است که افزایش سرعت گاز و کاهش میزان مایع، سایش را در این حالت بیشتر خواهد کرد. در جریان افقی در همان سرعت گاز و مایع قبل با توجه به ) حالت جریان اسلاگ^[۲۵] است. با توجه به ) مقدار ذرات شن درون فاز گاز به دلیل نیروی گرانش وارد بر مایع و ذرات شن کم است و شن و مایع تمایل بیشتری برای حرکت در کف لوله دارند که این امر سبب کاهش میزان سایش در جریان افقی نسبت به جریان عمودی شده است. ] ۲۱ [

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل ۹
شکل (۹): شماتیک جریان عمودی (آنولار) ] ۲۱ [
شکل (۱۰): شماتیک جریان افقی (اسلاگ) ] ۲۱ [
روش های مورد استفاده برای اندازه گیری و گزارش سرعت سایش:
روش های مختلفی برای اندازه گیری سایش تاکنون استفاده شده است که به آنها در اینجا اشاره خواهد شد.
روش اندازه گیری توسط کوپن ها
دستگاه های اندازه ­گیری اولتراسونیک
کاوشگرهای مقاومت الکتریکی
کاوشگرهای الکتروشیمیایی
روش اندازه گیری توسط کوپن ها:
اندازه گیری سایش کوپن ها از روش های متداول در فرایند سایش بوده و تمامی روشها را با بهره گرفتن از این روش کالیبره می کنند. هم اکنون در صنعت نفت و گاز برای اندازه گیری سایش و خوردگی به صورت بسیار متداول استفاده می شود.
کوپن ها ممکن است به شکل رینگ، ورق، میله و یا استوانه ای ساخته شوند. در ) انواع کوپن ها و نگهدارنده کوپن ها را نشان می دهد که در این پایان نامه از نوع دیسکی آن استفاده شده چون درون جریان قرار نمی گیرد و نقش دیواره لوله و زانویی را به خوبی ایفا می کند. البته شایان ذکر است که در فرایند سایش بیشترین کاربرد را داشته و سایر کوپن ها در خوردگی استفاده می شوند. اغلب کوپن های رینگ مانند را در ناحیه فرورفتگی ابزار اتصال، قرار می دهند. اندازه آن به گونه ای است که در این ناحیه محکم شده و تحت تنش قرار نمی گیرند. قطر داخلی آن به اندازه قطر داخلی ابزار اتصال است، تا جریان های آشفته در سیال تولید نکند، بهتر این است که رینگ ها از جنس ابزار اتصال ساخته شوند.] ۳۱ [
شکل (۱۱): انواع مختلف کوپن ها و نگهدارنده آنها ] ۳۱ [
شکل (۱۲): نحوه ی نصب کوپن بروی کوپن هولدر ] ۳۱ [
شکل (۱۳): نحوه ی قرار گرفتن کوپن ها در جریان ] ۳۱ [
در شکل (۱۲) نمایی از یک کوپن نشان داده شده که قطرهای داخلی و خارجی و ضخامت را مشخص کرده است. همواره بروی کوپن ها جنس و شماره سریال کوپن ها درج می شود تا آنها را از هم متمایز سازد.
شکل (۱۴): نمایی از اندازه کوپن
کوپن ها را با حلال مناسب کاملا تمیز می کنند و بعد از خشک کردن آنها را وزن کرده و در معرض جریان سیال قرار می دهند. بعد از گذشت مدتی از درون سیستم خارج کرده و با محلول مناسب تمیز شده و خشک میشود تا دوباره توزین انجام شود. اختلاف وزن اندازه گیری شده که همان وزن از دست رفته است را در فرمول های سایش قرار می دهند تا میزان سایش بدست آید.
کوپن ها فرم مخصوصی دارند که باید بطور دقیق پر نمود .این فرم شامل اطلاعاتی از قبیل محل قرار گرفتن رینگ، جنس رینگ، خواص سیال، نوع خوردگی، وزن اولیه رینگ، زمان، شماره رینگ و هر اطلاعاتی که لازم باشد.
دستگاه های اندازه ­گیری اولتراسونیک:
جهت بسته شدن به سطح خارجی لوله استفاده می­شوند. این ابزار یک موج اولتراسونیک به بیرون فرستاده و از این طریق ضخامت، کاهش و از دست رفتگی فلز را جهت تعیین شدت سایش اندازه می­گیرد. این روش به اختلالات صوتی ناشی از دیگر منابع حساس می­باشد و همچنین محدودیت ابتدایی این روش این است که تنها بخش محدودی از لوله را بررسی می­ کند. شکاف های ناشی از سایش در زانویی ها عموما در شعاع خارجی بین زاویه ۳۰ و ۹۰ درجه اتفاق می­افتد و این محتمل ترین مکانیسم که باید انتظار سایش را داشت. با این وجود بدلیل اختلالات ایجاد شده در بالادست زانویی، نظیر اثرات دیگر زانویی ها، شیرها یا محدودکننده­های جریان، ممکن است محل بیشترین سایش تغییر نموده و تشخیص آن دشوار گردد.] ۳۱ [
آزمایشات انجام شده در NEL نشان داده است در یک زانوی ۲ اینچی، جستجوگرهای اولتراسونیک ضخامت می­توانند ضخامت جداره را تا حدود ۲/۰ ± میلیمتر اندازه ­گیری نمایند. این اندازه ­گیری ها می ­تواند به آسانی شکافی به مساحت ۱ سانتیمتر مربع و عمق ۷/۰ میلیمتر را شناسایی کند. با این وجود مشخص نیست آیا این جستجوگرها می­توانند سوراخ های بسیار ریز اما عمیق روی سطح فلز را شناسایی کنند یا نه. همچنین ممکن است در بخش های مختلف زانویی مخصوصا قسمت خمیده آن حتی بدون وجود سایش، تغییراتی در ضخامت لوله وجود داشته باشد. ازاینرو باید اندازه ­گیری ها با دقت تکرار شده تا کاهش تدریجی ایجاد شده در ضخامت دیواره لوله توسط سایش مشخص شود.
کاوشگرهای مقاومت الکتریکی:
کاوشگرهای مقاومت الکتریکی یکی از ابزارهای اندازه گیری میزان سایش بوده و کاربرد زیادی را دارد. این کاوشگرها معمولا با مقاومت نسبتا بالا ساخته شده و در معرض جریان سیال درون لوله قرار می گیرند. یک کاوشگر از یک میله تشکیل شده که در داخل لوله یا مجاری عبور جریان وارد می شود. بروی این میله، چندین المان حسگر قرار گرفته است. برخورد ذرات شن و سیال به این حسگرها موجب سایش آنها و افزایش مقاومت الکتریکی آن می شود.با اندازه گیری این مقاومت در زمان های مختلف، میزان ساییده شده از المان بدست می آید. این ابزار میزان سایش تجمعی را بصورت افزایش در میزان مقاومت الکتریکی بروی یک سطح مقطع مشخص اندازه گیری می کند. یک سر آن درون لوله قرار می گیرد و سر دیگر آن به یک صفحه نمایش دهنده وصل می شود و با توجه به میزان مقاومت ایجاد شده در جریان عبوری سایش اندازه گیری می شود. با توجه به اینکه تغییرات دما منجر به تغییرات مقاومت الکتریکی المان می شود، در طول این فرایند باید دما تغییر چندانی نداشته باشد تا خطای ایجاد شده ناچیز باشد.
لازم به ذکر است که این حسگر در صورتی می تواند میزان دبی شن تولیدی را مشخص کند که میزان دبی شن ثابت باشد. نمونه ای از این حسگر صنعتی در ) زیر آورده شده است.] ۳۱ [
شکل (۱۵): نمونه حسگر مقاومت الکتریکی صنعتی ] ۲۱ [
کاوشگرهای الکتروشیمیایی:
میزان شدت سایش را از طریق اندازه ­گیری مقاومت پلاریزه خطی بین الکترودها از طریق یک الکترولیت رسانا که درون یک لوله جریان دارد، تعیین می­ کند. این روش برای سیالات مایع رسانا نظیر آب یا سیتمهای نفتی همراه با آب فراوان مناسب است.
راهکارهای کاهش سایش:
راهکارهای ارائه شده برای کاهش میزان سایش در اینجا بطور خلاصه آورده شده است.
کاهش دبی تولید :
کاهش دبی تولید شامل کاهش دبی سیال عبوری از قطعه ای که در خطر سایش است و همچنین کاهش نرخ تولید شن است. که با کاهش سیال تولیدی از چاه سرعت سیال که با افزایش کمی با توجه به آنچه در تاثیر سرعت سیال بروی سایش قبلا توضیح داده شده، کاهش می یابد و تاثیر عمده ای بروی کمتر شدن سایش دارد و همچنین مقدار شن تولیدی را نیز کاهش می دهد که به نوبه ی خود بصورت خطی سایش را کاهش می دهد. اما استفاده از این روش زیان اقتصادی را بر جا میگذارد و مقرون به صرفه نیست.
طراحی سیستم لوله­کشی:
کمتر نمودن سرعت سیال با بزرگتر شدن مسیر عبور سیال و جلوگیری از تغییرات ناگهانی در مسیر جریان (مثل زانویی، کاهنده­های سطح مقطع، چوک ها و شیرها) می تواند موثر واقع شود. مشاهده شده است که سه­راهی های مسدود نسبت به زانویی کمتر ساییده می­شوند. از اینرو با بهره گرفتن از شیرهای کاملا باز و هم قطر با لوله اصلی و سه­راهی های مسدود بجای زانویی ها، می­توان مشکلات مربوط به سایش را کم کند. همچنین رژیم جریان بر روی مشکلات سایش تاثیر دارد و جریان های لخته­ای بصورت خاص ایجاد آسیب می­ کنند، از اینرو استفاده از لخته­گیر می ­تواند جهت کاهش شدت هر نوع سایش مناسب باشد.
مواد مخصوص مقاوم در برابر سایش:
عموما در سیستم های بهره ­برداری نفت و گاز، تقریبا تمامی قطعات از فلزات نرم ساخته می­شوند، اگرچه دیگر مواد نظیر پلاستیک ها و لاستیک ها نیز ممکن است نورد استفاده قرار گیرد. خواص مواد دارای اثرات قابل ملاحظه­ای بر روی مسائل سایش می­باشد. اگر مشکلات سایش مورد انتظار باشد، مواد ویژه مقاوم در برابر سایش نظیر کربید تنگستن را می­توان مورد استفاده قرار داد.
نخستین عامل مهم در مورد کنترل سایش فلزات نرم، سختی آنها است. در نتیجه فولادها نسبت به سایر فلزات نرمتر، مقاومترند. در اجزاء آسیب_­­پذیر، مواد ویژه نظیرکربین تنگستن، پوشش ها و سرامیک ها اغلب مورد استفاده قرار می­گیرد. این مواد عموما سخت و شکننده بوده و نسبت به فولاد دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش هستند (اغلب ده ها بار مقاوم تر هستند). با این وجود، مقاومت تعدادی از مواد پوشش­ داده شده ممکن است بدلیل از بین رفتن پوشش یا زیرلایه آن، سریعا کاهش یابد.
افزایش ضخامت دیواره لوله:
اغلب لوله­های با دیواره ضخیم جهت افزایش عمر فرسایش سیستم لوله­کشی مورد استفاده قرار میگیرند. با این وجود ضخامت دیواره­ های ضخیم سبب کاهش اندازه سطح جریان شده و در نتیجه سبب افزایش سرعتهای جریان و افزایش شدت سایش مخصوصا در سیستم های با سطح مقطع کم جریان می­ شود.
ممانعت از تولید شن و جداسازی آن:
بیشتر از بسترهای شنی ته چاهی جهت جلوگیری از ورود شن به درون سیستم بهره ­برداری استفاده میشود. این پیشگیری ها معمولا برای چاه های تازه حفاری شده که تولید شن در آنها تشخیص داده شده است، مورد استفاده قرار می­گیرد. عموما غشاء های شنی از ورود ذراتی با قطر بیش از ۱۰۰ میکرون به درون جریان تولیدی جلوگیری می­ کنند. با این وجود این غشاء ها باعث افزایش مقاومت در برابر جریان سیال ورودی به چاه می­شوند و در نتیجه شاخص تولید چاه را کاهش می­ دهند. از اینرو باید تعادلی بین کاهش شاخص بهره ­برداری چاه و تولید شن اضافی برقرار شود. همچنین در صورتیکه شن کافی تولید شود حتی اگر ابعاد آنها بسیار ریز باشد، می توانند باعث ایجاد میزان سایش زیادی شوند، از اینرو استفاده از غربال ها و بسترهای شنی نمی تواند تضمینی بر تولید سیال بدون شن باشد.