جستجو در سایت :   

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی 

عنوان : 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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد

 :دانلود فایل متن کامل پایان نامه در سایت sabzfile.com

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

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

چکیده

در این کار، به مطالعه پدیده­­ی سایش ایجاد شده به واسطه­ی حرکت سیالات دو فازی در خطوط لوله پرداخته شده می باشد. سیال مورد مطالعه متشکل از دو فاز مایع و جامد می­باشد. فاز مایع، آب می­باشد، ذرات شن نیز فاز جامد را تشکیل می­دهند. در این پژوهش پارامتر­های تأثیر­گذار بر نرخ سایش، مانند: سرعت سیال، اندازه­ی ذرات شن، غلظت ذرات شن و سختی و دانسیته­ی فلز مورد هدف، مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. برای بدست آوردن اندازه 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) بهره گیری شده می باشد. در آغاز سرعت سایش مایع (تک فاز) در شش مکان گفته شده اندازه گرفته می­گردد و در مرحله­ی بعد مطالعه سایش مایع حاوی ذرات جامد شن مورد مطالعه قرار می­گیرد. در هر مرحله نتایج بدست آمده با مقادیر تعیین شده توسط استاندارد­های موجود مقایسه شده و راهکار­هایی ارائه می­گردد. سپس با بهره گیری 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 می­گردد. مقایسه­ی مدل ریاضی و داده ­های آزمایشگاهی نشان می­دهد که این مدل توانایی خوبی جهت اظهار داده­های 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 صنعت2

1-2- سایش و خوردگی در صنایع نفت و گاز. 3

فصل دوم.. 7

تئوری پژوهش7

2-1-  تعاریف سایش و خوردگی8

2-2- انواع خوردگی10

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- اندازه 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-  پدیده­ی کاویتاسیون.. 31

2-5- ارتباط­ی 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 کاهش 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 سازی46

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 چگونگی­ی انجام آزمایش ها. 57

سیستم آزمایشگاهی و چگونگی­ی انجام آزمایش ها. 58

4-1- طراحی سیستم آزمایشگاهی58

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- چگونگی­­ی انجام آزمایش…. 64

4-3- طراحی آزمایش ها. 66

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

فصل پنجم.. 68

نتایج و مطالعه داده های آزمایش…. 68

نتایج و مطالعه داده های آزمایش…. 69

5-1- فرآیند پژوهش69

5-2- طریقه آزمایش…. 70

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

5-4- واکاوی و مطالعه داده ها. 72

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

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

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

5-4-4- مطالعه اندازه­ی ذرات شن.. 78

5-4-5- مطالعه تأثیر غلظت شن.. 79

5-4-6- تأثیر سختی و دانسیته کوپن.. 80

5-5- واکاوی ظاهری83

5-5-1- میکروسکوپ الکترونی.. 84

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

5-6- مدل سازی92

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 پیشنهادات99

نتیجه گیری و پیشنهادات100

6-1- نتیجه گیری100

6-2- پیشنهادات101

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. 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 گردید. فرایند خوردگی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب می­گردد و برای کاهش آن کارهای زیادی می­توان انجام داد. بعضی 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 در نظر داشتن اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، پس تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز می گردد. خوردگی یک فرایند خودبخودی می باشد، 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 می گردد.

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 می باشد. سایش خطوط لوله جهت انتقال دانه­های خوراکی و ذرت به عنوان جایگزین حمل و نقل با تسمه و نقاله، از موضوعات مورد مطالعه در صنعت کشاورزی می باشد. مورد هایی 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 بهره گیری جهت انتقال سیالات حاوی ذرات جامد یک مشکل اساسی در بسیاری از صنایع مانند صنعت نفت و گاز می­باشد. سایش برای مدت زمان طولانی بعنوان یک منبع ایجاد مشکل در سیستم­های تولید و بهره­‌برداری هیدروکربن­ها شناخته شده می باشد. بسیاری از خرابی­های خطرناک مربوط به زانویی­ها در سکوهای بهره‌­برداری، واحد­های حفاری و دیگر تأسیسات زیردریایی در دهه­­های قبل در نتیجه سایش بوده می باشد. این معضلات و خرابی­ها، هم شامل هزینه­ی تعویض بخش­های فرسوده شده و هم معضلات محیط زیستی و مسائل ایمنی را به دنبال دارد. زمانیکه نفت و گاز از مخازن دارای مقاومت نسبتأ پایین تولید می­گردد (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 گردد [2و7].

سایش علاوه بر اینکه موجب خرابی تجهیزات و افزایش هزینه های برآورد شده به علت خرید و جابجایی تجهیزات می­گردد، می­تواند باعث آلودگی محیط و یا آتش­سوزی به دلیل سوراخ و پاره شدن مجرای عبور مواد هیدروکربنی گردد. اندازه خرابی­ها و از بین رفتن تجهیزات دریایی خیلی بیشتر از تجهیزات سطحی و زمینی می باشد. به دلیل نیاز جهان به انرژی (که بیشتر از سوخت­های فسیلی تأمین می­گردد) بایستی تولید هرچه بیشتر نفت و گاز (حداکثر ظرفیت تولید) توسط شرکت­های مربوطه مد نظر قرار گیرد. اما برای رسیدن به تولید بیشتر، معضلات زیادی مانند 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 می باشد به صورت تک فازی باشد و هم می­تواند چند فازی باشد. اندازه سایش در جریان­های چند فازی در شرایط مشابه ظرفیت تولید، به مراتب بیشتر از جریان­های تک فازی می باشد [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 می باشد. تجهیزات سر چاه بایستی طوری طراحی شوند تا در طول مدت بهره­برداری (بعضأ 50 سال) تحمل و مقاومت کافی را داشته باشند. سایز بندی خطوط لوله، واکاوی صدمات و خرابی­ها، اندازه بهینه بهره برداری و … از مورد هایی هستند که قبل از آن­ها بایستی اندازه و نرخ سایش مشخص شده باشد. پدیده­های سایش و خوردگی به علت محیط مساعد، و حرکت و جنبشی که در هر سیستم می باشد، همیشه و در همه جا وجود دارند. نمی­توان فرایندی را پیدا نمود که از این دو پدیده در امان باشد. حتی در سرعت­های بسیار کم و غلظت ناچیز ذرات جامد همراه با سیال، سایش هست. بایستی راهکاری ابداع نمود که نرخ این سایش و خوردگی را به حداقل برساند [4].

مواد هیدروکربنی خروجی از چاه­ها با مخلوط پیچیده­ی چند فازی همراه می باشد. که ممکن می باشد شامل موردها 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 می باشد، 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 می­گردد. سایش با شن و ماسه می­تواند موجب از بین رفتن پوشش­های جلوگیری از خوردگی شده و به تشدید خوردگی سایشی منجر گردد. با این تفاصیل دیگر مکانیسم­های سایشی می­توانند در شرایط عملیاتی خاص خسارات جبران ناپذیری به سیستم تولید وارد کنند. در بیشتر موردها شناسایی سایش به راحتی ممکن نیست و این مورد مدیریت سایش را با معضلات فراوانی مواجه ساخته می باشد.

عوامل مؤثر بر سایش عبارتند از: سرعت جریان، رژیم جریان، تعداد فاز­های جریان، اندازه 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، اندازه تیزی دانه­های شن و ماسه، زاویه­ی برخورد ذرات با دیواره­ی تجهیزات، ژئومتری و هندسه مجرای عبوری جریان، اندازه سختی ذرات جامد، اندازه سختی قطعات و تجهیزات و … [5].

تعداد صفحه :122

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد : مقایسه کارآیی پوشش‌های کروم و کروم‌ اکسید برای جلوگیری از خوردگی فولاد کورتن در آب دریا

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 گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

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.

***  *** ***

دسته‌ها: شیمی