در راستای انجام آزمایشات ذکر شده در پایان نامه، نیاز به یک سیستم کامل و جامع است که شامل لوله های قائم و افقی و همچنین زانویی ها در شرایط مختلف باشد. با توجه به اینکه دستگاهی برای اندازه گیری میزان سایش در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز وجود نداشت، نیاز به طراحی و ساخت دستگاه قدم اولیه در شروع پروژه بوده که ابتدا به توضیح و شرح دستگاه می پردازیم.
دستگاه آزمایش
دستگاه آزمایشگاهی مورد استفاده، که نمایی از آن در ) نشان داده شده، به صورت کلی برای انجام آزمایش سایش گاز حاوی شن و سایش گاز حاوی قطرات مایع طراحی شده است. از این دستگاه با توجه به سه فازی بودن جریان می توان برای اندازه گیری افت فشار جریان سه فازی نیز سود برد. به همین منظور در ابتدا و انتهای لوله های افقی وعمودی به منظور اندازه گیری افت فشار اتصالات مورد نیاز نصب شده است که از توضیح بیشتر به دلیل خارج از بحث بودن صرف نظر می شود. لوله های استفاده شده در دستگاه از جنس کربن استیل بوده و از شرکت سپاهان خریداری شده است. از لوله های یک اینچ، با قطر داخلی ۲۷ میلیمتر و قطر خارجی ۳۳ میلیمتر در لوله کشی های دستگاه استفاده شده است.
شکل (۲۴): نمای کلی از دستگاه سنجش سایش
تامین هوا از طریق سه دستگاه کمپرسور صورت می پذیرد. این کمپرسورها در دبی های مختلف بصورت موازی بکار گرفته شده اند تا دبی مورد نیاز برای آزمایش ها را فراهم سازند.
شکل (۲۵) نمایی از دو کمپرسور قابل حمل موجود در آزمایشگاه را نشان می دهد که هر کدام ۱۷۰ لیتر بر دقیقه هوا تولید می کنند. البته شایان ذکر است که هر دو کمپرسور قبل از استفاده در این دستگاه، کاملا بازسازی و تعمیر شده است.
شکل (۲۵): کمپرسور تامین هوا
شکل (۲۶): نمایی از کمپرسور آزمایشگاه عملیات
کمپرسور سوم با ظرفیت ۴۵۰ لیتر بر دقیقه که در ) نمایی از آن داده شده است متعلق به آزمایشگاه عملیات می باشد. شایان ذکر است که این کمپرسور هم تعمیر کامل انجام شده تا مورد استفاده قرار گیرد.
دبی هوا به وسیله یک دبی سنج که در ) نشان داده شده قبل از تزریق به دستگاه مورد اندازه گیری قرار می گیرد و برای تنظیم دبی جریان هوا از یک شیر فلکه ای استفاده شده است.
شکل (۲۷): دبی سنج هوا
در مسیر حرکت هوای تزریقی از کمپرسورها تا سیستم اندازه گیری طبق )، ذرات شن و آب به آن اضافه می شود. در ) قسمت تزریق شن و آب نشان داده شده است. آب بوسیله ی پمپ و شن بوسیله نیروی گرانش و همچنین هوایی که از روی شن میگذرد به جریان هوا تزریق می شود. لازم به ذکر است که مقدار تقریبی شن مورد نیاز در هر آزمایش درون قیف تزریق شن، ریخته شده و در حین آزمایش با جریان هوا به درون لوله کشی حمل می شود. مقدار شن درون قیف تزریق را قبل و بعد از هر آزمایش توزین نموده تا مقدار متوسط شن تزریقی در مدت زمان مشخص بدست آید. با شیرهای که روی قسمت تزریق آب و شن وجود دارد می توان دبی آّب و شن را کنترل کرد.
شکل (۲۸): ورودی سیستم قسمت تزریق آب و شن
شکل (۲۹): نمایی از دبی سنج مایع
برای کنترل میزان آب تزریقی به سیستم دبی سنجی با دقت بالا استفاده شده است. قبل از نصب دبی سنج آب، مراحل کالیبراسیون آن بصورت کاملا دقیق انجام گرفته است. در ) نمایی از دبی سنج و نحوه ی اتصال آن به سیستم لوله کشی نشان داده شده است.
جریان مخلوط چند فازی، ابتدا به لوله عمودی به طول ۵/۵ متری نشان داده شده در ) وارد شده و مسیر عمودی را طی می کند. در شکل محل قرار گرفتن کوپن ها در ارتفاع ۵/۴ متری نشان داده شده است. یک سوراخ به قطر ۲۰ میلیمتر روی لوله ایجاد شده تا کوپن به راحتی به جای آن قرار گیرد.
شکل (۳۰): نمای لوله عمودی
مخلوط چند فازی پس از جریان عمودی، به زانویی عمودی برخورد می کند که در ) نشان داده شده است. توجه شود که زانویی به دلیل تغییر ناگهانی جهت جریان بیشترین میزان سایش را دارد. جریان بعد از عبور از زانویی به لوله افقی که در ) نشان داده شده وارد می شود. طول این لوله ۱۰ متر است و در فاصله ۸ متری از ابتدای لوله محل قرار گرفتن کوپن می باشد.
شکل (۳۱): نمایی از زانویی عمودی
شکل (۳۲): نمایی از لوله افقی
جریان در انتهای لوله افقی به یک زانویی افقی برخورد می کند که در ) نشان داده شده است. در این شکل مکان قرار گرفتن کوپن روی زانویی کاملا نشان داده شده است. همانطور که در شکل مشخص است اتصالاتی برای اندازه گیری اختلاف فشار در دو طرف زانویی در نظر گرفته شده است.
شکل (۳۳): نمایی از زانویی افقی
در انتها نیز یک لوله عمودی رو به پایین به طول ۵ متر وجود دارد که در ) آورده شده است. در نهایت مخلوط هوا، شن و آب در یک ظرف استوانه ای تخلیه شده و آب و شن از پایین و هوا از بالا خارج می شود. شن بازیابی شده در هر مرحله، دوباره پس از الک شدن مورد استفاده قرار می گیرد.
لازم به ذکر است که تمامی مراحل لوله کشی توسط اینجانب و مهندس مهدی محمدی رهقی طراحی و اجرا گردیده است. پس از اتمام لوله کشی با آزمایش هیدرولیک اقدام به از بین بردن نشتی های احتمالی نمودیم. با توجه به فشار پایین خط لوله حداکثر تا ۱۰ اتمسفر آزمایش هیدرولیک با آب انجام شد و نشتی های موجود برطرف گردید. بعد از آن با رنگ زرد، لوله ها رنگ آمیزی شدند.
شکل (۳۴): نمایی از لوله عمودی جریان رو به پایین
آماده سازی شن
چون در اجرای آزمایش ها، یکی از فاکتور های موثر اندازه ی ذرات می باشد، با بهره گرفتن از الک های استاندارد نشان داده شده در شکل (۳۶)، شن های موجود در اندازه های مختلف دسته بندی شدند.
شکل (۳۵): الک های شن
شکل (۳۶): شن در اندازه ی ۲۲۵ میکرون
با توجه به اینکه الک های استاندارد، در اندازه های ۱۲۵، ۱۵۰، ۳۰۰، ۴۲۰ و ۶۰۰ میکرون را در اختیار داشتیم اقدام به مش بندی ذرات شن نمودیم. میانگین اندازه هر دو مش متوالی، به عنوان اندازه شن در نظر گرفته شده است. بنابراین چهار اندازه شن تزریقی ۵/۱۳۷، ۲۲۵، ۳۶۰ و ۵۱۰ را برای آزمایش ها در اختیار داریم. همچنین در ) شن الک شده در اندازه ۲۲۵ میکرون نشان داده شده است.
مراحل انجام آزمایش ها
پس از ساخت دستگاه توضیح داده شده در قسمت قبل، به اجرای آزمایش ها پرداخته شد. جریان گاز به همراه ذرات شن را در شرایط مختلف به سیستم تزریق کرده و نرخ سایش را در پنج نقطه در نظر گرفته شده، اندازه گیری شد. کمیت های متغیر در طول آزمایش در ) نشان داده شده است.
جدول (۱): کمیت های موثر در آزمایش ها
دو و سه فاز
تعداد فازهای جریان
۵/۱۳۷، ۲۲۵، ۳۶۰ و۵۱۰ (میکرون)
سایز شن
۳/۰- ۵/۰ – ۷/۰ – ۱ – ۲/۱
(متر بر ثانیه)
سرعت ظاهری آب تزریقی
[سه شنبه 1401-04-14] [ 04:17:00 ب.ظ ]
|