Please enter banners and links.
2-1- تعاریف سایش و خوردگیهمانطور که در قسمت قبل اشاره شد، سایش به فرآیند جدا شدن ماده از سطح لوله و تجهیزات در اثر واکنش مکانیکی گفته میشود. هنگامیکه ذرات جامد موجود در سیال با دیوارهی داخلی لولهها و سایر تجهیزات انتقال برخورد میکنند، چنانچه دارای سرعت و قدرت مناسب باشند، مطابق شکل زیر، باعث ساییده شدن مجرای عبور سیال میشوند.3365542291000699770287655Fluid flow
00Fluid flow
4616451390650Before impact
00Before impact
228219012077690027451055753100032912051378585After impact
00After impact
شکل (2-1). مکانیسم فرایند سایشسایش به عنوان یکی از مهمترین مشکلات موجود در فرایند تولید بشمار میآید. سایش در زانوییها، واحدهای متهزنی، و دیگر تجهیزات سر چاه میتواند اتفاق بیفتد. متغیرهای ذاتی پدیدهی سایش، استفاده از زانوییها را در طراحی و توسعهی تجهیزات تولید هیدروکربن را با مشکل روبه رو ساخته است [3].
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 شد. خوردگی، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها میباشد. خوردگی، پدیدهای خودبهخودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات، عبارت از اکسیداسیون فلز است. فرآیند خوردگی و یکی از مهمترین آن خوردگی سایشی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب میشود و یکی از دلایل شروع آن، سایش میباشد و برای کاهش آن کارهای زیادی میتوان انجام داد. با توجه به اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز میگردد. خوردگی یک فرایند خودبهخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش میرود که به حالت پایدار برسد. به طور مثال اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ میزند که یک نوع خوردگی و پدیدهای خودبهخودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز میتوانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونهی فلزی هستند[29].
خوردگی معمولأ فرایندی زیان‌آور است، لیکن گاهی اوقات مفید واقع میشود. بطور مثال آلودگی محیط به محصولات خوردگی و آسیب دیدن عملکرد یک سیستم از جنبه‌های زیان آور خوردگی، و تولید انرژی الکتریکی در یک باطری و حفاظت کاتدی سازه‌های مختلف از فواید آن میباشد. اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به بار آمده بواسطهی این فرآیند به مراتب بیشتر است. با نگاهی به آمار منتشر شده از خسارات مستقیم و غیر مستقیم خوردگی به اقتصاد کشورها میتوان به هزینه‌های سرسام‌آور این پدیده پیبرد. در ایران نیز پدیده خوردگی خسارات قابل توجهی را در صنایع گوناگون بوجود آورده است. بر اساس برخی بررسی‌های غیر رسمی، زیان اقتصادی مستقیم ناشی از خوردگی در ایران در سال 1373 حدود 5000 میلیارد ریال، در سال 1375 حدود 9000 میلیارد ریال و در سال 1379 حدود 27500 میلیارد ریال برآورد شده است.
2-2- انواع خوردگیخوردگی را به دو دستهی تر و خشک میتوان تقسیم نمود. مکانیزم خوردگی تر، الکتروشیمیایی است. خوردگی خشک به واکنشهای گاز جامد و در درجه حرارتهای بالا گفته میشود. در صنعت حفاری خوردگی تر مورد بحث میباشد. خوردگی آهن در الکترولیت گل حفاری و سیالات دیگر از انواع خوردگی تر میباشد. هرچه قدرت هدایت الکتریکی سیال بالاتر باشد، جریان عبوری بیشتر و میزان خوردگی بالاتر خواهد بود. در ادامه به طور خلاصه به معرفی انواع خوردگی پرداخته میشود[29].
تقسیم بندی جزئیتر انواع خوردگی به طور خلاصه شامل موارد زیر میشود:
1- خوردگی گالوانیک
2- خوردگی یکنواخت
3- خوردگی پیل غلظتی
4- خوردگی حفرهای
5- خوردگی بین دانهای
6- خوردگی تحت تنشی
7- خوردگی سایشی
2-2-1- خوردگی گالوانیک[8]
خوردگی گالوانیک وقتی رخ میدهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو مادهی متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذرهی خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. در منطقه تماس، فرایندی الکتروشیمیایی به وقوع میپیوندد که در آن مادهای به عنوان کاتد عمل کرده و مادهی دیگر آند میشود. در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید میشود.
2-2-2- خوردگی یکنواخت[9]
در خوردگی یکنواخت سطح اغلب فلزات در محیط خورنده به صورت یکنواختی دچار خوردگی میشود. این نوع خوردگی در اثر تغییر پیوسته مکان کاتد و آند در سطح فلز، به علت پولاریزاسیون[10] ایجاد میشود. قدرت تخریب و اهمیت این نوع خوردگی از انواع دیگر کمتر است. خوردگی فولاد در هوای مرطوب اغلب از این نوع است.
شکل (2-2). خوردگی یکنواخت سطح لوله های حفاری [29]
2-2-3- خوردگی پیل غلظتی[11]
به خوردگی پیل غلظتی، خوردگی زیر رسوبات نیز میگویند. خوردگی اکسیژنی نیز از انواع خوردگی غلظتی به شمار میآید. پوشیده شدن قسمتی از سطح لولههای حفاری توسط گل، محصولات خوردگی و لاستیک حلقوی محافظ لولهها باعث ایجاد این نوع خوردگی میشود. اختلاف غلظت اکسیژنی ناحیه پوشیده شده توسط رسوبات و ناحیهی آزاد باعث شده که سطح زیر این رسوبات آند و بقیهی لوله کاتد شود.
2-2-4- خوردگی حفره ای[12]
خوردگی حفره ای تقریبأ همیشه به وسیله یونهای کلر و کلرید ایجاد میشود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ[13] بسیار مخرب است؛ چون در این خوردگی، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعیاش، به راحتی دچار شکست میشود. معمولأ عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات، ماده سوراخ میشود.
2-2-5- خوردگی بین دانه ای[14]
خوردگی بین دانهای وقتی رخ میدهد که مرز دانهها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار میگیرد. چندین عامل میتواند آلیاژی مثل فولاد ضد زنگ را مستعد این نوع خوردگی سازد؛ از جمله حضور ناخالصیها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی.
2-2-6- خوردگی تحت تنشی[15]
خوردگی تحت تنشی وقتی رخ میدهد که مادهای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد. ترکیب این عوامل با هم، ترکهایی را در قطعه تحت تنش ایجاد میکند.
2-2-7- خوردگی سایشی[16]
این نوع خوردگی وقتی رخ میدهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند. ( به عنوان نمونه مایعی که درون یک لوله جریان دارد.) یک پدیدهی مرتبط با این گونه خوردگی، فرتینگ[17] است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود میآید. این عمل میتواند پوششهای ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود. خوردگی سایشی یکی از انواع مختلف سایش است که بطور کامل در قسمتهای بعد مورد بررسی قرار خواهد گرفت [29].
2-3- مکانیسمهای سایشدو نوع مکانیسم اولیه سایش وجود دارد. اولین مورد در اثر برخورد مستقیم بوجود میآید. معمولأ بیشترین خسارت در اتصالاتی نظیر زانوییها و سهراهیها ( اتصالات T شکل) که جهت جریان را تغییر میدهند، اتفاق میافتد. ذرات موجود در سیال میتوانند انرژی کافی بدست آورده و خطوط جریان را قطع نموده و به دیوارهی لوله برخورد نمایند. دیگر مکانیسم، سایش ناشی از برخورد اتفاقی است. در این نوع سایش با وجود آنکه مؤلفهی سرعت متوسطی که سیال را به سمت دیوارهی لوله هدایت کند وجود ندارد، با این وجود تلاطمهای موجود در جریان میتوانند ذراتی با مومنتوم در جهت شعاعی ایجاد نموده و آنها را به سمت دیوارهی لوله حرکت دهد. اما تلاطمهای آشفته یک فرآیند اتفاقی بوده و از اینرو با نام برخورد اتفاقی نامیده میشود. این دو نوع مکانیسم میتوانند انواع مختلفی از سایش را سبب شوند [24].
2862580302895eddy
00eddy
185229538163500شکل(2-3). سایش در اثر برخورد مستقیم9804401574800025031702794000
شکل(2-4). سایش در اثر برخورد اتفاقیدو مکانیسم فوق میتوانند انواع مختلفی از سایش را در ترکیبات مختلف سیال، سرعت، اشکال مختلف لوله کشی ایجاد نمایند.
بدون توجه به نوع مکانیسم سایش، آسیب پذیرترین بخشهای یک سیستم تولیدی میتواند شامل مواردی باشد که در آنها:
1- جهت جریان به صورت ناگهانی تغییر می‌نماید.
2- سرعتهای بالای جریان که خود در نتیجه دبیهای تولید بالای سیال است.
3- سرعتهای بالای جریان، که در نتیجهی محدودیت سطح مقطع حرکت سیال ایجاد میشود.
اجزاء و سیستمهای لوله کشی بالادستی جداکننده‌های اولیه، حاوی مخلوطهای چندفازی گاز، مایع و ذرات جامد بوده و در نتیجه احتمال سایش ناشی از برخورد ذرات جامد، خوردگی سایشی و سایش قطرهای ( ناشی از برخورد قطرات مایع ) زیادتر است. همچنین آسیب پذیری بخشهای خاص در برابر سایش، به میزان زیادی به طراحی آنها و شرایط عملکرد آنها بستگی دارد. با این وجود، لیست زیر اجزائی را نشان میدهد که بیشترین آسیب پذیری را در برابر سایش دارند [2]:
چوکها[18]
انقباض ناگهانی
شیرهای نیمه بسته، شیرهای یک طرفه و شیرهایی که قطر آنها با قطر لوله برابر نیست[19]
زانوییها[20] با شعاع استاندارد
کاهندهها[21]
زانوییها با شعاع بلند، میترها[22]
سهراهیهای مسدود
لولههای صاف
2-4- انواع سایشمکانیسمهای بالقوه‌ای که میتوانند باعث آسیبهای سایشی شوند عبارتند از[6]:
1- سایش ناشی از دانههای شن و ماسه[23]
2- سایش ناشی از قطرات مایع[24]
3- خوردگی سایشی[25]
4- پدیدهی کاویتاسیون[26]
2-4-1- سایش ناشی از دانههای شن و ماسه سایش ناشی از دانههای شن و ماسه معمولترین و مهمترین منبع مشکلات سایشی در سیستمهای هیدروکربنی است، زیرا وجود مقدار جزئی از شن و ماسه همراه با سیال تولیدی میتواند سبب سایش و خوردگی سایشی قابل ملاحظهای گردد. حتی در سیال تولیدی عاری از شن و یا در مواقعی که دبی تولید شن بسیار کم و در حدود چند پوند در روز است، صدمات ناشی از سایش میتواند در سرعتهای بالا شدید باشد. سایش ناشی از شن و ماسه میتواند سبب ایجاد سایش محلی به مواد محافظت کنندهی خوردگی روی دیوارهی لولهها شده و در نتیجه شتاب دهنده به پدیده خوردگی سایشی شود.
نرخ سایش ناشی از شن و سیال توسط عوامل زیر تعیین میشود[3]:
دبی تولید شن و نحوهی انتقال آن
سرعت، گرانروی و چگالی سیال
اندازه، شکل و سختی ذرات شن
ترکیب و ماهیت اجزای سیال
پیکربندی مسیر جریان نظیر لولههای مستقیم، زانویی یا سهراهی
میزان سختی و مقاومت سطح مورد هدف
زاویهی برخورد ذرات شن
دما و فشار
برای درک بهتر اثرات بالا به توضیح آنها میپردازیم.
2-4-1-1- اثر دبی تولید شن و روش انتقال آنطبیعت شن و روش تولید و انتقال آن، یکی از عوامل مهم و تعیین کنندهی نرخ خوردگی و سایش در یک سیستم تولیدی است. نرخ تولید شن در یک چاه توسط ترکیب پیچیده‌ای از عوامل زمین‌شناسی تعیین میشود و میتوان آنرا توسط روشهای مختلفی تخمین زد. بطور طبیعی چاههای جدید هنگام تمیزسازی، مقدار زیادی شن تولید میکنند. سپس تولید شن در یک نرخ نسبتأ پایین، قبل از افزایش مجدد تولید شن بدلیل افزایش عمر مخزن، تثبیت میشود. نرخ تولید شن پایدار نبوده و اگر چاه بیش از 5 الی10 پوند در روز تولید شن داشته باشد، اغلب بعنوان چاه بدون تولید شن شناخته میشود. با این وجود، این امر احتمال حذف سایشی را که قرار است اتفاق بیافتد، نمی‌گیرد.
مکانیسم انتقال شن فاکتور مهمی در کنترل سایش شن است. سیستمهای گازی معمولأ دارای سرعتهای بالا هستند (بیشتر از 10 متر بر ثانیه) و همین امر سبب میشود سایش در سیستمهای گازی نسبت به سیستمهای نفتی بیشتر باشد. با این وجود در سیستمهای گاز مرطوب، ذرات شن میتوانند توسط فاز مایع به تله افتاده و توسط همین فاز انتقال داده شوند. در حالت خاص که جریان بصورت لخته‌ای[27] درآید بصورت دورهای میتواند تولید سرعتهای بالاتر نماید که بطور قابل ملاحظهای نرخ سایش را افزایش میدهد. اگر جریان ناپایدار بوده یا شرایط عملیاتی تغییر نماید ممکن است ذرات شن در هنگام سرعتهای پایین جریان تجمع یافته و در هنگام سرعتهای بالای جریان توسط سیال شسته شده و خارج شوند. مکانیسم جریان ممکن است بگونه‌ای عمل کند که غلظت شن زیاد شده و در بعضی بخشهای خاص سیستم بهرهبرداری سبب افزایش نرخ سایش شود.
با توجه به اطلاعات عملیاتی بدست آمده از واحدهای بهرهبرداری در مکانهای مختلف و همچنین نتایج آزمایشگاهی که توسط محققین گزارش شده است، مشخص شده که با افزایش میزان شن تولیدی (افزایش غلظت شن[28])، در ابتدا مقدار سایش افزایش مییابد. اما اگر مقدار شن از حدی تجاوز کند که دیگر سیال اصلی قادر به حمل آن نباشد، سایش کاهش خواهد یافت. که در این حالت تجمعی از شن را در سیستم خواهیم داشت. البته باید اشاره کرد که چنین وضعیتی بیشتر در آزمایشگاه اتفاق میافتد، و در حالت طبیعی در واحد بهرهبرداری به ندرت میتوان مشاهده کرد.
2-4-1-2- سرعت[29]، گرانروی[30] و چگالی[31] سیال
میزان سایش ناشی از شن وابستگی بالایی به سرعت سیال داشته و با سرعت برخورد ذره متناسب است. هر چه سرعت زیادتر باشد، نرخ سایش نیز بیشتر خواهد بود. هنگامی که سرعت سیال به اندازهی کافی زیاد باشد ذرات را حمل نموده و سایش با ذرات شن عامل اصلی خواهد بود. زمانیکه سرعت سیال به اندازه کافی بالا باشد، سرعت برخورد شن به سرعت سیال نزدیک بوده و سایش یک امر محتمل است. از اینرو زمانیکه سرعت سیال در بیشترین مقدار خود قرار دارد احتمالأ سایش به بیشترین مقدار خود میرسد. افزایشهای جزئی در سرعت سیال در صورتیکه شرایط مهیا باشد، میتواند سبب افزایش بیشتر نرخ سایش شود. ممکن است در سرعتهای خیلی زیاد (نزدیک به سرعت صوت)، افزایش سرعت تأثیری در میزان سایش نداشته باشد، زیرا در این حالت مقاومت سطح هدف تقریبأ از بین میرود.
همانطور که قبلأ گفته شد، در سرعتهای کم نیز سایش وجود دارد ولی مقدار آن به قدری کم است که میتوان از آن صرف نظر کرد. حداکثر سرعتی را که میتوان در یک سیستم به کار برد و میزان سایش مقدار مجاز است، سرعت آستانه[32] یا سرعت بحرانی[33] میگویند.
این سرعت، توسط شرکتهای مختلف و تحت عنوان استانداردهای طراحی، برای سیستمهای مختلف ارائه شده است، که در قسمتهای بعدی به آن اشاره خواهد شد.
در سیالات گرانرو، ذرات جامد بجای برخورد با جدارهی اتصالات تمایل دارند در مسیر حرکت سیال حرکت نمایند. در حالیکه در سیالات با گرانروی و جرم ویژهی کم، ذرات جامد تمایل دارند در مسیرهای مستقیم حرکت نمایند و در هنگام تغییر جهت مسیر جریان، به دیوارهها برخورد نمایند. از اینرو در جریانات گازی بدلیل گرانروی و جرم مخصوص کمتر و سرعتهای بالاتر، احتمال سایش توسط ذرات شن بیشتر است. و یا به عبارت دیگر: در سیالهایی با دانسیتهی بالا و ویسکوز، شن به همراه خط جریان حمل شده و برخورد کمتری با دیوارهها داشته و در نتیجه سایش کمی خواهیم داشت. اما در جریانهای با دانسیته و ویسکوزیتهی پایین، دانههای شن خطوط جریان را قطع میکنند و در زانوییها به صورت مستقیم حرکت کرده و برخوردهای شدیدی را ایجاد میکنند و سایش زیادی ایجاد میکنند. در جدول (2-1) سرعتهای مجاز برای انواع شیرها در غلظتهای مختلف شن توسط آقای راسل[34] [16] آورده شده است. ملاحظه میشود که افزایش غلظت موجب کم شدن سرعت بحرانی یا به عبارت دیگر افزایش میزان سایش شده است [16].
جدول(2-1). تأثیر غلظت شن بر روی سرعت بحرانی برای شیرهای مختلف[16]
Water Russell Russell Russell
53 micron 53 micron 53 micron
Sand Concentration 3.5 Valve
Casing ID 3.5 Valve
Valve ID 3.5 Valve
ID Flow Port
(ppm) V (ft/s) V (m/s) V (ft/s) V (m/s) V (ft/s) V (m/s)
2.9 95 29 73 22 66 64 20
5.7 78 24 60 18 52 53 16
8.6 69 21 53 16 46 47 14
11 64 19 49 15 43 43 13
14 60 18 46 14 39 41 12
17 57 17 44 13 39 39 12
20 54 17 42 13 36 37 11
23 52 16 40 12 36 36 11
26 51 15 39 12 33 34 10
29 49 15 38 11 33 333333 10
2-4-1-3- شکل، اندازه و سختی ذرات شناندازهی دانههای شن در جریان تولید هیدروکربنها به خواص زمین شناسی منطقه، اندازهی غربالهای شن درون چاهی و شکست ذرات در هنگام انتقال از مخزن تا سطح بستگی دارد. بدون محدودیت اندازه دانههای شن نظیر غربالهای شنی ته چاهی، اندازهی ذرات عمومأ بین 20 تا 500 میکرون[35] متغیر است. چگالی دانههای شن تا حدود 2600 کیلوگرم بر مترمکعب مورد قبول است.
اندازهی ذرات شن در ابتدا با دانستن اینکه چه تعداد از ذرات به سطح برخورد میکنند سایش را تحت تأثیر قرار میدهند. ذرات بسیار ریز (تقریبأ در حدود 10 میکرون) توسط سیال انتقال یافته و به ندرت به دیوارههای لوله برخورد میکنند. ذرات بزرگتر تمایل دارند در مسیرهای مستقیم حرکت نموده و به سطوح دیواره برخورد نمایند. ذرات بسیار بزرگ ( تقریبأ در حدود یک میلیمتر ) تمایل به حرکت آرام یا تهنشینی دارند و از اینرو صدمهی زیادی وارد نمیکنند. پس به طور کلی با افزایش سایز ذرات شن، و یا به عبارتی افزایش اندازه حرکت[36] ذرات، میزان صدمات افزایش مییابد. اما این افزایش به صورت مطلق نیست. در آزمایشهایی که برای جریان گاز حاوی ذرات شن انجام شده است، مشخص شده در سایزهای بزرگتر از 300 میکرون، سایش کمتر شده است. آقایان فینی[37] [23] و همکارانش نشان دادند که شدت سایش با افزایش اندازهی ذرات افزایش مییابد. در اندازههای بیشتر از (150 – 300) میکرون نرخ سایش مستقل از اندازهی ذرات خواهد بود. برای جریان مایع و شن اطلاعات جامعی در دسترس نیست. اما اگر سیال قادر به حمل ذرات باشد، و بتواند ذرات بزرگتر را نیز با خود حمل کند، سایش پیوسته زیادتر خواهد شد [ 24 و 8 و7].
معمولأ ذرات سختتر نسبت به ذرات نرمتر سبب سایش بیشتری میشوند و ذرات تیز نیز نسبت به ذرات دارای لبههای گرد شده آسیب بیشتری وارد میکنند. شن های آهکی و ساحلی به مراتب نرمتر از سایر شنها هستند. با اینحال به روشنی معلوم نیست که آیا تغییر سختی و تیزی سنگ باعث ایجاد اختلاف قابل ملاحظهای بین نرخ سایش در سیستمهای بهرهبرداری همراه با چاهها یا میادین مختلف میشود یا خیر؟ [9]
شکل زیر تأثیر اندازهی ذرات و دانسیته و ویسکوزیتهی سیال را بر نحوهی حرکت اجزای جریان در یک زانویی نشان میدهد.
28511519621500866140669290(الف)
00(الف)
2566670690880(ب)
00(ب)
4296410691515(ج)
00(ج)
152401480820Small – light particles
size = 10 µm , liquid solvent
00Small – light particles
size = 10 µm , liquid solvent
16821151480820Medium particles
Size = 200 µm , liquid solvent
00Medium particles
Size = 200 µm , liquid solvent
34156651471295Large – heavy particles
size > 200 µm , gas solvent
00Large – heavy particles
size > 200 µm , gas solvent
شکل (2- 5). تأثیر اندازهی ذرات و دانسیته و ویسکوزیتهی سیال بر رژیم جریان در داخل زانویی[24]
2-4-1-4- ترکیب و ماهیت اجزای سیالیک جریان تکفازی[38] در مقایسه با یک جریان چندفازی[39] در یک سرعت برابر، سایش بسیار کمتری دارد. طبق استاندارد ملی شرکت نفت ایران[40] سرعت مجاز برای سیالات مایع درون خطوط لوله 4 متر بر ثانیه و برای گازها 20 متر بر ثانیه است. در صورتیکه جریان مایع و گاز حاوی مقدار کمی از ذرات شن باشند (چندفازی باشند)، سرعت مجاز جریان مایع به یک متر بر ثانیه و جریان گاز به 5 متر بر ثانیه تقلیل مییابد. در جریانهای چندفازی میزان سایش به جزء غالب سیال بستگی بیشتری دارد، و حتی ماهیت سیال میتواند مکانیسم سایش را تغییر دهد. هر سیالی از یک سری مواد تشکیل شده است. بعضأ این مواد خورنده هستند و باعث خوردگی سیستم میشوند [10 و3].
2-4-1-5- پیکربندی مسیر جریان نظیر لوله های مستقیم، زانویی یا سهراهیدر زانوییها و سهراهیها مکانیسم سایش برخورد مستقیم ذرات با دیواره است در صورتیکه در لولههای صاف مکانیسم برخورد اتفاقیست. به طور حتم میزان سایش در زانوییها و سهراهیها بیشتر از لولههای صاف است. بیشترین میزان سایش در تجهیزات با تغییر ناگهانی جهت جریان اتفاق میافتد و زانویی در میان تجهیزات تولید و خطوط انتقال هیدروکربن بیشترین تغییر جهت جریان را دارا است. شکل(2-5) مسیر حرکت ذرات را در یک زانویی نشان میدهد. مسیرهای حرکت سیال به وزن و میزان اصطکاک[41] اعمال شده بر روی ذرات توسط سیال در هنگام حرکت از درون زانویی بستگی دارد. شکل(2-5- الف) مسیرهای حرکت مشاهده شده برای ذرات ریز ( در حدود 10 میکرون) در یک سیال مایع را نشان میدهد. شکل(2-5- ب) بیانگر ذرات شن دارای ابعاد متوسط ( در حدود 200 میکرون) در جریان مایع و شکل (2-5- ج) نشان دهنده ذرات شن با ابعاد بزرگ در جریانهای گازی است. ذرات جامد کوچک نیازمند نیروی دراگ کمی جهت تغییر جهت می‌باشند. از اینرو این ذرات مسیر طی شده توسط سیال را می‌پیمایند. این شکل همچنین بیانگر حالتی است که ذرات در یک سیال بسیارگرانرو و بسیار چگال حرکت میکنند. شکل(2-5-ج) نشان دهندهی مسیر حرکت ذرات سنگین و بزرگ در یک زانویی است. ذرات سنگین و بزرگ دارای مومنتوم نسبتأ بالایی بوده و به سختی توسط جریان سیال منحرف میشوند و از اینرو تمایل دارند در مسیرهای مستقیم حرکت نموده و در حین حرکت، دیوارههای زانویی را مورد اصابت قرار داده و کمانه نموده و مجددأ به دیوارههای دیگر برخورد نمایند. همچنین شکل (2-5-ج) نشان دهنده حالتی است که ذرات جامد در سیال با گرانروی پایین و جرم ویژهی پایین جریان دارند.
در لولههای مستقیم سایش زیادی مشاهده نمیشود و دلیل آن این است که تغییر جهت برای سیال در طول لوله اتفاق نمیافتد. رژیمهای جریان در لولههای مستقیم به سرعت سیال و مقدار شن بستگی دارد. مثل تمام موارد سایش افزایش سرعت موجب افزایش نرخ سایش در لوله خواهد شد. اما در یک سرعت ثابت با افزایش مقدار شن، میزان سایش کاهش مییابد. چون سیال با سرعت مشخص در درصدهای شن بالا توانایی حمل ذرات شن را دارا نیست و
نیروی وزن ذرات موجب حرکت شن در کف لوله میشود.
مشاهده شده است سهراهیهای مسدود، عمومأ در معرض سایش کمتری نسبت به زانوییهای استاندارد با شعاع 5/1 برابر قطر زانویی، قرار دارند و از اینرو بعضی از اپراتورها در مواردی که احتمال وجود مشکلات ناشی از سایش را پیشبینی کنند، زانوییها را با سهراهیهای سنگین وزن جایگزین مینمایند.
اگر یک سهراهی مسدود بصورت صحیح قرار داده شود و شرایط جریان اجازه دهد، میتوان یک مجرابند شنی[42] در شاخهی مردهی سهراهی ایجاد نمود. ذرات جامد عبور کننده از سهراهی تمایل دارند بجای دیوارهها به این مجرابند برخورد نمایند و در نتیجه میزان سایش کاهش مییابد. با اینحال، این مجرابند همچنین ممکن است از رسیدن مواد ضدخوردگی به دیوارهها جلوگیری نموده و سبب ایجاد مشکلات ناشی از خوردگی شود. در بعضی موارد ذرات جامد تغلیظ شده و در شاخهی مردهی سهراهی به چرخش در آمده، باعث ساییدن سطح داخلی و ایجاد سایش قابل ملاحظهای میگردد. یک نوع خاص از سهراهی (سهراهی هدف) نیز بکار گرفته میشود که در آن شاخهی مرده، شامل یک لایه از یک فلز نرم نظیر آلومینیوم بوده تا انرژی ضربات ذرات جامد را جذب کند [20].
شکل (2-6). شماتیکی از یک سه راهی مسدود[20]
2-4-1-6- میزان سختی و مقاومت سطح مورد هدفوقتی ذرات شن به سطح یک فلز برخورد میکنند باعث از بین رفتن سطح فلز میشوند. نرخ این سایش به عوامل مختلفی مثل نرمی و سختی فلز بستگی دارد. مکانیسم سایش برای فلزات و یا مواد نرم با مواد سخت تفاوت دارد. مواد نرم در ابتدا به آرامی خراشیده میشوند و این خراشیدگی در مدت زمان زیاد به ساییدگی منجر میشود. اما وقتی ذرات شن به مواد سفت و شکننده برخورد میکنند، در لحظهی برخورد مولکولهای سطح را جدا کرده و با خود میبرند. برای فلزاتی که معمولأ در تجهیزات نفت و گاز استفاده میشوند (مانند نیکل[43]، آهن[44] و فولاد کربن دار[45]، فولاد ضد زنگ و …) سختی فلز اثر کمی بر روی نرخ سایش دارد. بدیهی است که در شرایط فوق با افزایش میزان سختی فلز شدت سایش کاهش مییابد. در جدول زیر سرعتهای بحرانی سیال برای فلزات هدف مختلف آورده شده است که بیانگر این مطلب میباشد [19].
جدول (2-2). تأثیر جنس فلز بر روی سرعت سایش[19]
Critical Velocity Ft/s Flow Stress (kpsi) Hardness Material
50 11 23 Brinell Aluminum 1100
100 47 100 Brinell 99.67 % Ni
125 128 270 Vickers 316 ss
125 180 280 Vickers Ti 6A1- 4v
315 346 730 Vickers Cast Iron
2-4-1-7- زاویهی برخورد ذرات شن
مکانیسم فرایند سایش برای مواد ترد[46] و نرم[47] در اثر برخورد ذرهی جامد تحت زاویهی کمتر از 90 درجه در شکل (2-7) نشان داده شده است. برای مواد و فلزات نرم سایش در اثر فرایند حرکت ذرات بر روی سطح و جداره لوله انجام میگیرد و با افزایش زاویه تا 90 درجه میزان سایش کاهش مییابد. در مقابل برای مواد ترد با افزایش زاویهی برخورد میزان شدت سایش افزایش یافته به نحوی که ذرات ریز با سرعتهای پایین نیز باعث سایش در سطح ماده میشوند. نتایج نشان داده است مواد نرم در زاویههای پایین و مواد ترد در زاویههای نزدیک به قائم حداکثر میزان سایش را دارند[3].
61531550800Ductile Material
00Ductile Material
710565355600Cutting wear
00Cutting wear
312991560325Brittle Material
00Brittle Material
2691765368935Cracking & Chipping wear
00Cracking & Chipping wear
977265182245Angle of impact
00Angle of impact
شکل (2-7). تأثیر زاویة برخورد ذرات برای مواد نرم و ترد [3]
2-4-1-8- دما و فشاربیشتر آزمایشات انجام شده در فشارهای معمولی (اتمسفر) و دماهای محیط صورت گرفته است و اطلاعات زیادی در فشارهای بالاتر موجود نیست. در واقع پارامترهای دما و فشار بیشتر بر روی گرانروی و چگالی جریان نقش دارند تا اینکه خود تأثیر مستقیمی داشته باشند. در بعضی از منابع نشان داده شده که با افزایش دما، سایش زیاد میشود. اما در برخی دیگر نتیجهای معکوس درج شده است.
2-4-2- سایش ناشی از قطره های مایعاین نوع سایش در سیستمهای گاز مرطوب[48] یا جریان چندفازی که در آن قطرههای مایع شکل میگیرد اتفاق میافتد. نرخ سایش به عواملی نظیر اندازهی قطره، سرعت برخورد، تعداد برخوردها و گرانروی و جرم ویژهی گاز و مایع بستگی دارد.
نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد تحت گسترهی وسیعی از شرایط، از بین رفتن مواد توسط سایش قطرهای با زمان متغیر است. در ابتدا قطرات برخورد کننده بدلیل وجود لایههای محافظ بر روی سطح لوله باعث خوردگی نمی‌شوند. با این وجود بعد از گذشت یک دوره زمانی سایش سریع اتفاق افتاده و کاهش وزن بسیار قابل ملاحظه شده و بصورت خطی با زمان افزایش مییابد. هیدرودینامیک مخلوطهای چندفازی درون لوله نیز درجهی ترشوندگی دیوارههای لوله و توزیع مواد ضد خوردگی تزریق شده به درون سیستم لوله کشی را تحت تأثیر قرار میدهد.
46062902604135(2-1)
00(2-1)
وقتی یک مایع در داخل جریان گاز قرار میگیرد (حالت دو فازی گاز و مایع)، به صورت قطرههای معلق در خواهد آمد. این قطرات توسط گاز حمل شده و با دیوارهها برخورد کرده و منجر به سایش میشوند. با توجه به دبی تولید مایع، نرخ سایش تغییر خواهد کرد. در ابتدا با افزایش مقدار مایع، سایش زیادتر میشود، اما تا جایی ادامه پیدا میکند که فاز گازی قادر به حمل قطرات مایع باشد. اگر مقدار مایع از حد خود تجاوز کند به صورت فیلم نازکی در میآید که دیگر توسط گاز حمل نخواهد شد، در این حالت سایش به حداقل مقدار ممکن میرسد. برای سایش با قطرات مایع نیز سرعت آستانه تعریف میشود که طبق استاندارد مهندسین نفت آمریکا[49] از رابطه زیر محاسبه میشود [11].
در این رابطه سرعت سایش بر حسب فوت بر ثانیه، جرم ویژه مخلوط بر حسب پوند بر فوت مکعب و مقدار ثابتی است که مقدار آن از جداول بدست میآید. رابطهی بالا یک رابطهی کلی است که برای مکانیسمهای دیگر سایش نیز کاربرد دارد. شرکتهایی که در این زمینه فعال هستند یک سری استانداردها را برای محدودة مقدار بدست آوردهاند. چند استاندارد معروف عبارتند از:
American Petroleum Institute, Recommended Practice (API – RP – 14E)
Det Norsok Veritas, (DNV – RP – 0501)
M.M. Salama, E.S. Venkatesh, (S &V)
(IPS – E – PI – 140)
جدول زیر مقادیر سرعتهای سایش مختلف ارائه شده توسط محققین مختلف را نشان میدهد.
جدول (2-3 ). سرعت سایش برای سیستم های گاز میعانی با نسبت های مختلف میعانات به گاز [24]
بر اساس استاندارد API جهت جلوگیری از زدوده شدن فیلم محافظ خوردگی ایجاد شده بر روی دیوارهی لولهها، حداکثر سرعت جریان گاز نباید از 15 متر بر ثانیه تجاوز کند [11]. با این وجود به نظر میرسد این استاندارد خیلی محافظه کارانه باشد. بر اساس پیشنهاد ارائه شده در DNV-RP-O501 احتمال ایجاد سایش قطرهای و سایش ناشی از برخورد قطرات در قطعات فولادی در سرعت های کمتر از 70 تا 80 متر بر ثانیه پایین بوده و این فرض بیشتر به واقعیت نزدیک است [21]، اگرچه مشخص نیست این مقادیر از کجا آورده شدهاند. شینوگایا[50] [11] و همکاران دادههای تجربی سرعت های آستانه به میزان 110، 100 و 80 متر بر ثانیه را برای برخورد قطرات آب به سطوح فولاد ضد زنگ، آهن خالص و آلومینیوم را ارائه نمودهاند [11].
برای آب در شرایط استاندارد این معادله با ثابت برابر با 300، مقدار سرعت آستانه را به میزان 6/11 متر بر ثانیه یا 38 فوت بر ثانیه میدهد که مقداری محافظهکارانه است. سالاما[51] و ونکاتش[52] [9] سرعتهای آستانهی سایش ناشی از برخورد قطرات مایع را برای فولادهای مختلف بدست آوردهاند. این مقادیر از 26 تا 118 متر بر ثانیه متغیرند. آرنولد[53] [25] بیان نموده است که در سرعت های سایش کمتر از 100 فوت بر ثانیه، سایش قطرهای اتفاق نمیافتد.
اما طبق استاندارد IPS-E-PI-140 سرعت مجاز گاز باید در محدوده 5 تا 10 متر بر ثانیه و برای جریان مایع در محدوده 1 تا 2 متر بر ثانیه باشد. حداکثر سرعت گاز در لوله نباید از 20 و مایع نباید از 4 متر بر ثانیه بیشتر باشد. در صورت وجود ذرات جامد در جریان گاز و مایع، سرعت گاز باید کمتر از 5 متر بر ثانیه و سرعت مایع کمتر از 1 متر بر ثانیه باشد. بر اساس تجربه در اغلب خطوط لوله، سرعت پیشنهادی گاز بین 40 تا 50 درصد سرعت سایش میباشد [10].
2-4-3- خوردگی سایشیخوردگی سایشی عبارت است از افزایش سرعت خوردگی و یا از بین رفتن فلز در اثر حرکت نسبی بین یک سیال خورنده و سطح فلز. معمولأ این حرکت بسیار سریع بوده و اثرات سایش مکانیکی وجود دارد. ظاهر خوردگی سایشی، شیاردار و موجیشکل و یا به صورت سوراخهای کروی و ناهمواره بوده که معمولأ در جهت خاصی قرار گرفتهاند. اکثر تخریبهای ناشی از این نوع خوردگی در زمانهای کوتاه رخ میدهد. اکثر فلزات و آلیاژها مستعد به این خوردگی بوده و مقاومت به آن، بستگی به نوع پوستهی سطحی دارد. مانند؛ آلومینیوم[54]، سرب[55] و فولاد ضدزنگ. در بسیاری از آنها مقاومت در مقابل خوردگی بستگی به نوع لایههای سطحی دارد. هر چه این لایهها مقاومتر، چسبندهتر، همگنتر 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 کاویتاسیونزمانیکه 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 فینی[56][23] و بورگین[57] [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.
(2-2)
: نرخ حجمی کاهش ضخامت دیواره فلز بر حسب
: تنش سیال بر روی فلز بر حسب
: سرعت برخورد ذرات که تقریبأ با سرعت جریان برابر میباشد.
: دبی جرمی ذرات برخورد کننده
: 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 سایشدر رابطة (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 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
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
حجم کاهش یافتهی ماده به ازای واحد جرم ذرات ساینده
نرخ کاهش ضخامت دیواره به ازای واحد جرم ذرات ساینده
حجم کاهش یافتهی فلز یا ماده به ازای واحد حجم ذرات ساینده
کاهش وزن (جرم) مادهی سایش یافته در طول یکسال
در انجام این پروژه برای گزارش نرخ سایش از واحدهای کاهش وزن (جرم) مادهی سایش یافته در طول یکسال و ضخامت کاهش یافتهی دیواره در طول یکسال استفاده شده که در فصول بعدی به طور مفصل به آن پرداخته خواهد شد.
2-6- ارزیابی و محاسبهی نرخ سایشهمانطور 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 فراصوت[58] 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 الکتریکی[59]
3- دستگاههای اندازهگیری اولتراسونیک
4- پروبهای الکتروشیمیایی[60]
5- پرتونگاری با اشعهی ایکس و گاما[61]
2-6-1- اندازهگیری کاهش وزن ناشی از خوردگی و ساییدگییکی از معمولترین روشهای گزارش نرخ سایش، کاهش وزن ناشی از آن است. برای این کار از قطعاتی به نام کوپن[62] 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 دیسکی[63]، کوپنهای تیغهای[64] 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). نحوة قرار گرفتن کوپنها در لولههای جریان[12]