Experimental characterization of erosion in abrasive jet impingement tests

Flows carrying various amounts of solids, like sand particles, can be found in many engineering fields, such as the oil and gas industry. These particles hit the solid walls, thereby they gradually remove the material leading to damages to the plants and devices. This phenomenon is called impact erosion. From a theoretical point of view, the impact erosion is studied making reference to the ideal condition of a single impact between a particle and a surface. This condition is usually approached experimentally by considering jets of air and solid particles hitting a specimen for a certain time. The present work aims at characterizing the impact erosion characteristics of materials by analogous tests with water as carrying fluid (slurry jets). The tests are performed for different impinging conditions, impact particles and specimens of several target materials like aluminum, different types of steels and GRE (Glass Reinforced Epoxy), whose behavior under impact erosion has not been deeply investigated so far. The campaign allowed assessing how the impact erosion produced by slurry jets is affected by the most significant parameters. Afterwards, the experimental analysis is extended from the specimen to a real-case geometry, which is a choke valve installed in a slurry flow loop.

Flussi contenenti varie quantità di solidi, come particelle di sabbia, possono trovarsi in molti campi di importanza ingegneristica, per esempio l’industria Oil & Gas. Queste particelle colpiscono le componenti fisse e le pareti, rimuovendo gradualmente il materiale e creando notevoli danni agli impianti e alle varie strumentazioni. Il fenomeno viene chiamato erosione da impatto. Da un punto di vista teorico. L’erosione da impatto viene studiata facendo riferimento alla condizione ideale di una singola particella che impatta una superficie. Questa condizione è generalmente studiata, da un punto di visa sperimentale, considerando getti di aria e particelle solide che impattano dei provini per un determinato periodo temporale. Questa tesi è volta alla caratterizzazione dell’erosione da impatto su diversi materiali con simile test ma con acqua come fluido che trasporta le particelle. I test sono effettuati con diverse condizioni di impatto, diversi tipi di particelle abrasive e diversi materiali come alluminio, differenti tipi di acciaio e GRE (Glass Reinforced Epoxy), il cui comportamento rispetto all’erosione da impatto non è ancora conosciuto approfonditamente. Questo studio ha permesso di capire come l’erosione da impatto, dovuta a flussi d’acqua e solidi, è influenzata dai fattori più importanti. Infine, l’analisi sperimentale si è allargata dai provini ad un caso reale, ovvero una valvola Choke.