حضور مواد ساینده مانند ماسه در محیط نه تنها لایه‌های محافظ خوردگی که روی سطح تشکیل شده است را از بین می‌برد، بلکه سبب سایش و فرسایش دیواره‌ها و جداره‌ها در خطوط لوله و یا تجهیزات دیگر می‌شود.
دستگاههای موجود برای ردیابی، نظارت و ارزیابی اثرات ماسه را می‌توان به دو دسته کاوشگرهای نفوذی و کاوشگرهای غیرنفوذی یا تماسی تقسیم کرد.
کاوشگرهای نفوذی به داخل دیواره نفوذ کرده و وارد سیال درون لوله می‌شود، درحالی که کاوشگرهای غیرنفوذی بر روی سطح خارجی لوله نصب می‌شوند. اساس و مبنای پی بردن به حضور ماسه در تجهیزات و ردیابی، نظارت و ارزیابی اثرات آن عبارتند از:
1- اندازه‌گیری صدای ایجاد شده در اثر برخورد ماسه با سطح داخلی لوله و یا کاوشگر نفوذی نصب شده در داخل لوله.
2- اندازه‌گیری میزان ماده ساییده شده یا از دست رفته در اثر برخورد مواد ساینده روی سطح داخلی لوله و یا کاوشگر نفوذی نصب شده در مسیر حرکت سیال.
از کاوشگرهای نفوذی برای اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی و یا اندازه‌گیری صداهای ایجاد شده در اثر برخورد ذرات ماسه به آنها استفاده می‌شود. از سوی دیگر، کاوشگرهای غیرنفوذی یا تماسی در روشهای فراصوتی، تحلیل الگوی میدان الکتریکی و روش فعالسازی لایه نازک سطحی به کار گرفته می‌شوند. از جمله محدودیتهای عمده در تمام روشهای تجاری موجود برای پایش ماسه آن است که هیچ کدام از آنها مقدار ماسه موجود در سیستم را به طور مستقیم اندازه‌گیری نمی‌کنند، بلکه فقط اثرات برخورد ماسه بر روی سطح تجهیزات یا کاوشگر را اندازه‌گیری می‌کنند. شایان ذکر است که علاوه بر روشهای مذکور، روشهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند میزان ماسه موجود در محیط را به طور مستقیم اندازه‌گیری کنند که از جمله این روشها می‌توان به فیلترها اشاره کرد.
به طور کلی برای اندازه‌گیری اثرات ماسه بر تجهیزات و خطوط لوله از دو روش پایش صوتی و مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود.
پایش صوتی(Acoustic Monitoring)
این نوع دستگاهها صداهای تولید شده در اثر برخورد ذرات جامد و یا تلاطم سیال و همچنین صداهای حاصل از برخورد حبابها و قطرات با جداره لوله را شناسایی می‌کنند. کاوشگرهای این نوع ردیابها می‌توانند نفوذی و یا تماسی باشند، ولی اکثراً تماسی هستند. این نوع ردیابها برای شناسایی زود هنگام جامدات تولید شده و یا موجود در سیال استفاده می‌شوند تا این‌که خطرات حاصل از انهدامهای زودرس در اثر سایش و فرسایش را به حداقل برسانند.
ردیابهای صوتی بر مبنای اندازه‌گیری موجهای صوتی طراحی و ساخته شده‌اند. در این نوع ردیابها از حسگرهای پیزوالکتریک که در محلهای حساس نصب شده‌اند استفاده می‌شود. محلهای حساس جاهایی هستند که ذرات جامد ساینده در سیال به آن محلها بیشتر ضربه می‌زنند، مانند خمیدگیها، انحناها، اتصالات T و Y شکل.
طرز کار ردیابهای صوتی
زمانی که تنشی روی یک ساختار جامد وارد شود، ساختار شروع به تغییر شکل الاستیک می‌کند. با افزایش تنش، ممکن است تغییر شکل لاستیک در ساختار رخ دهد. این پدیده با آزاد شدن انرژی ذخیره شده در ساختار همراه است. از طرفی این امر تا حدودی همراه با نشر موجهای الاستیکی است که اصطلاحاً به آن «نشر صوتی» گفته می‌شود. اگر مقدار نشر موجهای الاستیک از یک حد آستانه بیشتر باشد، می‌توان آنها را توسط مبدلهای پیزوالکتریک حساس که روی تجهیزات نصب شده‌اند به علائم ولتاژ تبدیل کرد. اساس کار ردیابهای صوتی در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1- شمایی از پایش صوتی در یک قطعه تحت تنش
معمولاً در بیشتر ردیابهای صوتی، علائم صوتی مبدل (در پاسخ به ضربات ذرات جامد تولید شده) را در یک فاصله زمانی مشخص به دست آورده و با مقدار از پیش تعیین شده (از جریان بدون ذرات ماسه) مقایسه می‌کنند، بنابراین علائم اضافی به نرخ جامد تبدیل می‌شود. انجام این امر نیازمند به رسم منحنی کالیبراسیون است که این منحنی با افزودن مقدار معینی ماسه به محیط و اندازه‌گیری علائم به دست آمده رسم می‌شود. دامنه فرکانس ردیابهای صوتی متفاوت است و هرچه دامنه فرکانس ردیاب محدودتر باشد، دقت آن بیشتر خواهد بود.
پایش مقاومت الکتریکی(Electrical Resistance Monitoring)
اساس کار این نوع ردیابها، افزایش مقاومت الکتریکی فلز در اثر کاهش ضخامت آن است. کاوشگرهای مربوط به این نوع ردیابها فقط از نوع نفوذی بوده و شامل یک یا چند المان حسگر هستند. ذرات جامد موجود در سیال به المان حسگر برخورد کرده و در اثر سایش سبب کاهش ضخامت آن می‌شوند. با اندازه‌گیری تغییر در مقاومت الکتریکی المانهای حسگر، می‌توان به مقدار ماده جامد در سیستم پی برد.
دو نکته مهم در به کارگیری این ردیابها وجود دارد که یکی محل قرارگیری آنها در داخل لوله و دیگری میزان نفوذ آنها به داخل سیال است. طول این ردیابها بستگی به قطر خط لوله دارد. المانهای حسگر این نوع ردیابها از فلزات و آلیاژهای مقاوم به خوردگی (مانند نیکل و طلا) ساخته می‌شوند، تا کاهش ضخامت فلز در اثر خوردگی وجود نداشته باشد. هرچه ضخامت المان حسگر کمتر باشد حساسیت و دقت آن بیشتر است، ولی عمر آن کوتاهتر خواهد بود. به عنوان مثال، هر المان حسگر در حدود 8 میلی‌متر پهنا، 40 میلی‌متر طول و 20 تا 500 میکرون ضخامت دارد.
المانهای حسگر بر روی نگهدارنده‌های سرامیکی نصب می‌شوند و با عبور جریان و اندازه‌گیری افت پتانسیل، ضخامت المان حسگر اندازه‌گیری می‌شود. برای جبران اثر تغییر دما بر روی مقاومت الکتریکی اندازه‌گرفته شده، یک المان حسگر مرجع را در پشت نگهدارنده طوری نصب می‌کنند که در معرض برخورد ذرات جامد سیال قرار نگیرد. اطلاعات مربوط به چندین کاوشگر را می‌توان به طور همزمان و پیوسته توسط رایانه ردیابی کرد.
شکل 2- شمایی از ردیابهای نفوذی مقاومت الکتریکی با 4 المان حسگر
کاهش ضخامت المان حسگر در اثر سایش ناشی از برخورد ذرات ماسه در سیال به وسیله معادله تجربی 3-12 به دست می‌آید.
معادله 3-12 ER=(K)(M)dVF
ER= مقدار کاهش ضخامت المان در اثر سایش(nm)
K = ثابت هندسی
M = مقدار ماسه در سیال (Kg)
d= قطر ذرات ماسه (mm)
V = سرعت مخلوط سیال- ماسه(m/s)
F = تابعی که به کسر حجمی آب، روغن و گاز بستگی دارد.
دقت پیش‌بینی‌ها بستگی به دقت اندازه‌گیری ضخامت المان حسگر، دقت معادله تجربی 3-12 و دقت پارامترهای ورودی سیستم دارد. این معادله با فرض توزیع یکنواخت ذرات ماسه در داخل سیال درون لوله ارئه شده است. توصیه شده است که المانهای حسگر در فاصله D10 (D قطر خط لوله) بعد از انحنا و خمها نصب شوند. بدیهی است که در این فاصله توزیع یکنواخت ماسه به ویژه بعد از اتصالات Tشکل تضمین نمی‌شود.
استفاده از روش ER در محیطهایی که آلوده به H2S هستند با خطا همراه خواهد بود. یکی از بهترین مزیتهای روش ER این است که به یک مسیر پیوسته از سیال نیاز ندارد و در محیطهای چند فازی نیز کاربرد دارد.
مزایای سامانه های پایش ماسه:
1- وجود ذرات ماسه در سیستم و اثرات سایندگی آن را روی تجهیزات به سادگی می‌توان ردیابی کرد.
2- به روز بودن وضع ماسه تولیدی.
3- متوقف نشدن تولید.
محدودیتهای سامانه‌های پایش ماسه:
1- مقدار کمی جامد موجود در سیستم و ویژگی‌های آن را مشخص نمی‌کند.
2- فقط اثرات وجود جامدات روی تجهیزات را تعیین می‌کند.
3- دقت نتایج به دست آمده بستگی به محل نصب کاوشگرها و المانها دارد.
نظر شما